宏蛋白组学Metaproteomics-生物化学与分子生物学
宏蛋白质组学研究进展及应用
宏蛋白质组学研究进展及应用吴重德;黄钧;周荣清【摘要】Metaproteomics is a newly emerging technology to investigate the micro-ecosystem in environmental system by proteomic approach,and it has shown powerful functions in the fields of environmental ecosystem.This review summarized the research strategies of metaproteomics and applications in wastewater biotreatment,soil and fermented food.It demonstrated the directions for future research in the field of microbial ecosystems.%宏蛋白质组学是近几年出现的一种应用蛋白质组学方法对环境微生态系统进行研究的一种新技术,已在环境生态领域研究中展示出了强大的功能.文中综述了宏蛋白质组学的研究技术及策略、介绍了其在污水生物处理、土壤及发酵食品微生物群落结构分析中的应用,并对其在环境微生态领域中的研究进行了展望.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2016(042)005【总页数】5页(P259-263)【关键词】宏蛋白质组学;二维电泳;环境微生物;微生物群落结构【作者】吴重德;黄钧;周荣清【作者单位】四川大学轻纺与食品学院,皮革化学与工程教育部重点实验室,四川成都,610065;酿酒生物技术及应用四川省重点实验室,四川自贡,643000;四川大学轻纺与食品学院,皮革化学与工程教育部重点实验室,四川成都,610065;四川大学轻纺与食品学院,皮革化学与工程教育部重点实验室,四川成都,610065【正文语种】中文人类基因组计划的完成，标志着生命科学研究进入了后基因组时代。
分子生物学---蛋白组学整理英文
proteomicsProteome: 细胞或组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质。
Proteomics: 分析细胞内动态变化的蛋白质组成成分，表达水平于修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用于联系，在整体水平上研究蛋白的组成与调控的活动规律。
研究蛋白组学希望达到的目标：By studying global patterns of protein content and activity and how these change during development or in response to disease, proteomics research is poised to boost our understanding of systems-level cellular behaviors. Clinical research also hopes to benefit from proteomics by both the identification of new drug targets and the development of new diagnostic markers.蛋白质组学研究内容：蛋白鉴定，蛋白定量，蛋白相互作用，蛋白修饰。
Why proteomics（为什么研究蛋白组学）•Proteins distinguish various types of cells, since all cells have essentially the same “Genome” their differences are dictated by which genes are active and the corresponding proteins that are made.•Similarly, diseased cells may produce dissimilar proteins to healthy cells.•Post-translational modifications can dramatically alter protein function - the task of studying proteins is often more difficult than genes.What’s MS(mass spectrometry)，即质谱的工作原理1.The basic principle of MS is to generate ions from either inorganic or organiccompounds by suitable method, to separate these ions by their mass-to-charge ratio (m/z) and to detect them qualitatively and quantitatively by their respective m/z and abundance.即质谱能够实现不同质量离子的分离和相对定量，m/z（谱图中的x轴）值可以区分出不同的离子，intensity（谱图中的y轴）表示离子的相对丰度。
化学生物学专业一级学科-概述说明以及解释
化学生物学专业一级学科-概述说明以及解释1.引言1.1 概述化学生物学作为一级学科，是化学和生物学两个领域的融合和交叉学科。
它研究生物系统中化学物质的结构、功能和相互作用，探索生命现象的化学基础。
随着科学技术的发展和生物医学领域的进步，化学生物学正在成为一个重要的研究领域。
化学生物学专业涵盖了许多领域，包括生物化学、分子生物学、生物技术、药物化学等。
学生需要掌握化学和生物学的基本理论知识，具备综合分析和解决问题的能力。
该专业培养学生在生物医药、生物工程、食品安全等领域的应用能力，为社会的发展和健康做出贡献。
本文将从化学生物学专业的概述、重要性和应用以及学科发展趋势等方面展开论述，以帮助读者更深入地了解这一领域的研究内容和发展前景。
1.2 文章结构文章结构部分旨在介绍本文的整体框架和组织方式，以便读者更好地理解和阅读全文。
本文的结构分为三个主要部分：引言、正文和结论。
- 引言部分主要包括概述、文章结构和目的。
在概述中，将对化学生物学专业进行简要介绍，引出下文讨论的主题；文章结构部分则是本节所在位置，介绍整篇文章的框架和组织方式；目的部分则明确本文撰写的目的和意义，为后续内容提供铺垫。
- 正文部分将分为三个小节：化学生物学专业概述、重要性和应用、学科发展趋势。
在第二部分中，将详细讨论化学生物学专业的概况，以及其在实际生活和科研中的重要性和应用；同时，还将探讨该学科在未来的发展趋势和展望，为读者提供对化学生物学专业的全面了解。
- 结论部分则包括总结、展望和结束语。
在总结部分，将对全文进行简要回顾，概括出本文的主要内容和观点；展望部分将展望化学生物学专业的未来发展，并提出一些可能的研究方向或趋势；结束语则是对全文的总结和展望，为读者留下深刻的印象。
整体来说，本文的文章结构清晰明了，将为读者带来系统性和连贯性的阅读体验，帮助读者更好地理解和掌握化学生物学专业的相关知识和信息。
1.3 目的文章的目的是探讨化学生物学专业一级学科的重要性和应用，揭示该学科在生物领域中的地位和作用，同时分析学科的发展趋势，为学生选择专业提供参考和指导。
生物化学与分子生物学第二版(贾弘禔)名词解释与课后题总结
可利用氨基酸理化特性对其进行定性定量分析 2 氨基酸 氨基酸具有两性离子特征，氨基酸具有特征性的滴定曲线 氨基酸的氨基和羧基可发生多种化学反应，包括肽反应和形成 schiff 碱。 利用其理化性质进行定性定量反应的方法 氨基酸与茚三酮试剂发生呈色反应 氨基酸与 2，4-二硝基氟苯反应生成二硝基苯基氨基酸 氨基酸与亚硝酸反应生成氮气 含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质 薄层层析是鉴定氨基酸及其修饰的经典方法 此外，含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质，色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附 近。 核苷酸：核苷酸的紫外吸收特征可用于其定性定量分析 嘌呤碱和嘧啶碱共轭双键最大吸收 峰值 260nm 核苷酸的解离特征可用于其分离纯化 核苷酸分子在特定溶液中各基团的解离常数（pK）和等电点（pI）均为特征性常数，这些特 性赋予核苷酸以层析和电泳行为的差异，因此被广泛用于核苷酸的分离和纯化。例如，薄层 层析、离子交换层析、毛细管电泳等技术都可用于分离和纯化核苷酸。
除了 mRNAtRNArRNA 外，细胞内存在的许多其他种类的小分子 RNA ，统称为非信使小 RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 简答 1 双螺旋结构 DNA 是反向平行、右手螺旋的双链结构 两条多聚核苷酸链相互平行但走向相反，围绕着同一个螺旋轴形成右手双螺旋结构 由脱氧核糖和磷酸基团构成的亲水性骨架（backbone）位于双螺旋结构的外侧，而疏水的碱 基位于内侧。 直径为 2 nm，螺距为 3.4 nm 从外观上看， DNA 双螺旋结构的表面存在一个大沟 （major groove） 和一个小沟 （minor groove） DNA 双链之间具有碱基互补关系 碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成氢键配对（互补配对形式： ） 相邻碱基平面距离 0.34nm，螺旋一圈螺距 3.4nm，一圈 10 对碱基 疏水作用力和氢键维系 DNA 双螺旋结构的稳定 相邻的两个碱基对平面在旋进过程中发生相互重叠（overlapping） ，由此产生了疏水性的碱 基堆积力（base stacking interaction） 。 这种碱基堆积力和互补碱基对的氢键共同维系着 DNA 双螺旋结构的稳定，并且碱基堆积力 在双螺旋结构的稳定中起着更为重要的作用。 科学依据：1952 年，奥地利裔美国生物化学家查伽夫（E.chargaff，1905— ）测定了 DNA 中 4 种碱基的含量，发现其中腺膘呤与胸腺嘧啶的数量相等，鸟膘呤与胞嘧啶的数量相等。 这使沃森、 克里克立即想到 4 种碱基之间存在着两两对应的关系， 形成了腺膘呤与胸腺嘧啶 配对、鸟膘呤与胞嘧啶配对的概念。 1953 年 2 月，沃森、克里克通过维尔金斯看到了富兰 克琳在 1951 年 11 月拍摄的一张十分漂亮的 DNA 晶体 X 射线衍射照片，这一下激发了他们 的灵感。他们不仅确认了 DNA 一定是螺旋结构，而且分析得出了螺旋参数。他们采用了富 兰克琳和威尔金斯的判断，并加以补充：磷酸根在螺旋的外侧构成两条多核苷酸链的骨架， 方向相反；碱基在螺旋内侧，两两对应 X-射线衍射图 2 tRNA 结构特点：P55 3 嘌呤和嘧啶含有共轭双键，在紫外波段有吸收。不同的原因是一般 DNA 是双链，RNA 是 单链。 第四章 糖与复合糖 名解 单糖是不能被分解成更小分子的糖，如葡萄糖(glucose) 、果糖(fructose)和核糖(ribose)等 由 2~10 个单糖以葡糖苷键连接而成的糖称为寡糖 由 10 个以上单糖通过糖苷键连接而成的线性或分支聚合物称为多糖 糖蛋白聚糖结构的不均一性称为糖形（glycoform） 聚糖中的 N-乙酰葡糖胺与多肽链中天冬酰胺残基的酰胺氮以共价键连接，形成 N-连接糖蛋 白 N-连接糖蛋白中 Asn-X-Ser/Thr 三个氨基酸残基组成的序列段称为糖基化位点。 聚糖中的 N-乙酰半乳糖胺与多肽链的丝/苏氨酸残基的羟基以共价键相连而形成 O-连接糖 蛋白。 糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为核心蛋白。 简答 1 聚糖中的 N-乙酰葡糖胺与多肽链中天冬酰胺残基的酰胺氮以共价键连接，形成 N-连 接糖蛋白。N-连接聚糖结构有高甘露糖型、复杂型和杂合型 N-连接聚糖是在内质网上以长 萜醇作为聚糖载体，先合成含 14 个糖基的聚糖链，然后转移至肽链的糖基化位点上，进一 步在内质网和高尔基体进行加工而成。 每一步加工都由特异的糖基转移酶催化完成，糖基必须活化为 UDP 或 UDP 的衍生物。 2 丝/苏氨酸残基的羟基，O-连接聚糖常由 N-乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核心二糖，核心二
宏基因组,宏转录组,代谢组,蛋白组
宏基因组,宏转录组,代谢组,蛋白组宏基因组、宏转录组、代谢组和蛋白组是当前生物大数据研究领域中的热门话题，它们分别代表了生物学研究在不同层面上的探索和解析。
本文将围绕这四个主题展开深入探讨，并从简到繁，由浅入深地介绍它们的概念、研究方法和意义，帮助你更全面、深刻地理解这些关键词。
1. 宏基因组宏基因组是一种研究生态系统中不同生物种类基因组的方法。
它通过对不同生物群体中的基因组进行大规模的测序和比较分析，来了解它们在生态系统中的功能和相互作用。
宏基因组的研究范围涵盖了微生物、植物和动物等广泛的生物群体，为我们揭示了整个生态系统的多样性和稳定性。
在实际应用中，宏基因组的研究可以帮助我们更好地理解生态系统中的物种组成、功能特征和生态学意义，为环境保护和资源利用提供科学依据。
2. 宏转录组宏转录组是研究生物体内所有基因的转录活动的方法。
通过宏转录组技术，我们可以全面了解细胞内转录的全貌，包括RNA的种类、丰度和转录调控。
宏转录组的研究不仅可以帮助我们发现新的非编码RNA，还可以解析细胞在不同生理状态下的转录调控网络，为疾病诊断和药物研发提供重要依据。
宏转录组的研究也对生态系统的功能和动态过程有着重要的启示，有助于揭示生物体对外界环境变化的适应机制和调控策略。
3. 代谢组代谢组是针对生物体内所有代谢物的研究。
通过代谢组学技术，可以全面解析生物体内代谢物的种类、丰度和相互关系，从而揭示生物体在不同生理状态下的代谢活动和代谢调控网络。
代谢组的研究对于疾病诊断、药物研发和个体化治疗具有重要意义。
代谢组学也为植物代谢工程和微生物发酵工艺的优化提供了重要的信息和方法支持。
4. 蛋白组蛋白组学是研究生物体内所有蛋白质的研究。
通过蛋白组学技术，我们可以全面了解生物体内蛋白质的种类、结构和功能，从而揭示蛋白质在生物体内的相互作用和调控网络。
蛋白组学的研究对于疾病诊断、药物研发和蛋白质工程具有重要意义。
蛋白组学也为生物体内信号转导通路和代谢途径的解析提供了关键信息和技术手段。
蛋白质组学Proteomics-PPT课件.ppt
ICAT的优点
• ICAT具有广泛的兼容性，主要表现在：(1) 能够兼容分析任何条件下体液、细胞、组 织中绝大部分蛋白质；(2)烷化反应即使在 盐、去垢剂、稳定剂(如SDS、尿素、盐酸 胍等)存在下都可进行；(3)只需分析含Cys 残基的肽段，从而降低了蛋白质混合物分 析的复杂性；(4)ICAT战略允许任何类型的 生化、免疫、物理的分离方法，因此能很 好地定量分析微量蛋白质。
双向凝胶电泳
• 首先利用等电点聚焦来分离不同等电点的 蛋白，再利用SDS－PAGE来分离不同分子 量的蛋白，其分辨率是非常高的。微克级 的蛋白质就可以被很好的分辨开了。
基质辅助的激光解吸电离技术
（MALDI）的发展
• 日本岛津公司的田中耕一的工作，是质谱分析发 展的一个主动力。 1987年，在第二届中－日质谱 分析联合讨论会上，田中耕一论述了软激光解吸 附技术可以使蛋白质分子离子化。一年之后，他 的这篇创造性的论文发表在Rapid Communications in Mass Spectrometry上。田中 耕一的工作为基质辅助的激光解吸电离技术 （Maldi）打下了基础。2019年，他和弗吉尼亚联 邦大学的John B Fenn，由于他们对软吸附电离 方法上的贡献一起被授予了该年度诺贝尔化学奖
应用实例
• 1.通过比较给药前后细胞的蛋白质组, 鉴别出毒理学的蛋白质标志物 。
• 2. 疟疾疫苗的研究。
ICAT技术
同位素标记的亲和标签（isotope-coded affinity tag， ICAT）技术作为一种体外标记稳定同位素的相对定量方法， 已经成为重要的蛋白质组学定量分析方案。2019年，Gygi 等人用化学方法合成一种能和半胱氨酸反应的亲和试剂， 称为稳定同位素编码的亲和标签，它有轻链和重链(稳定重 同位素)两种形式，可以在体外标记不同状态下的蛋白质样 品，酶解并用亲和柱分离纯化被标记的肽段后，再用质谱 进行分析，和体内标记法一样也能够得到成对的峰表示不 同样品中肽段及对应蛋白质含量的差异。这种稳定同位素 亲和标签技术可以广泛地应用在细胞和组织的定量蛋白质 组学分析上，提供精确的蛋白质相对定量数据。
《分子生物学》课程教学大纲
《分子生物学》课程教学大纲课程代码：0700163课程负责人：刘青珍课程中文名称: 分子生物学课程英文名称：Molecular Biology课程类别：必修课程学分数：3课程学时数：54授课对象：生科院国际班、弘毅班、生物学基地班、生物学技术基地班、化学生物学基地班本课程的前导课程：生物化学，遗传学，细胞生物学一、教学目的本课程在生物化学、遗传学和细胞生物学基本知识的基础上，从生物大分子水平阐述基因组的保持、基因组的表达和基因表达调控的机制；并在掌握理论知识的基础上，系统介绍基本分子生物学技术的原理及其应用。
本课程授课内容是学生将来从事生物学研究所需掌握的基础理论知识。
因此，在讲授理论知识的同时，我会提醒学生注意相关知识与科学研究之间的联系，以促进学生的科研思维能力，为学生今后从事科研工作奠定一定基础。
本课程是英文或双语授课, 以提高学生在分子生物学相关知识方面的英语听力、英语思维能力和英语表达能力，为学生适应研究生学习阶段阅读英文文献的要求和顺利进入日趋国际化的工作岗位打好基础。
二、教学任务重点掌握：原核生物和真核生物保持和表达遗传信息及基因表达调控的分子机制。
掌握：常规分子生物学技术原理。
熟悉：在基因组保持、表达和基因调控中主要酶和蛋白质的结构和作用机制；分子生物学技术在鉴定、诊断和治疗中的作用。
三、课程内容与学时分配课程内容与学时分配表第一章相互认识及课程简介1．认识学生、了解学生的英语水平, 并据此初步确定授课语言比例及英语语速。
2．课程介绍：介绍教学目标和方法及教学内容和安排。
3．促使学生开始像科学家一样思考。
4．完成学习小组分组。
第二章基因组保持1－核酸与染色体的结构（教材第6至第7章）第一节DNA的结构与拓扑异构酶重点：DNA的双螺旋结构与DNA的功能和复制之间的关系，以及DNA拓扑异构酶在解决细胞中DNA拓扑结构中的重要性。
第二节RNA的结构与核酶重点：RNA可以折叠成高级结构的机制，不同核酶的结构与功能。
宏蛋白组学Metaproteomics
一些新的能够快速检测和鉴定新的 微生物的方法
• 宏基因组学（metagenomics）：又叫微生物环境 基因组学，元基因组学。自然界约99%的微生物 不能通过传统的分离筛选途径进行培养（即未培 养微生物）,为获得新的基因资源,更全面地认识微 生物多样性和微生物在自然环境和生物圈中的重 要作用，近年来随着分子生物学的快速发展及其 在微生物研究中的广泛运用,以环境中未培养微生 物为研究对象的新兴学科 • 可利用环境微生物基因组技术进行土壤污染修复、 畜禽养殖除臭、鉴定新物种以及确定特定生态环 境体系中未培养微生物种群与群落的结构组成及 物种的进化模式
宏基因组学研究策略
• 从环境样品中提取并纯化微生物群体 基因组： • 构建环境基因组： • 环境基因组的筛选分析：
宏蛋白组学(Metaproteomics):是由Paul和Philip二人 在2004年首先提出，是应用蛋白质组学技术对微生 物群落进行研究的一项新技术，其定义为在特定的时 间对微生物群落的所有蛋白质组成进行大规模鉴定 . 近年来，人们已经意识到微生物在自然界中的重 要作用，它们是生态系统中各种元素循环不可或 缺的一环，而且它们大多具有许多独特的生物功 能，如有些微生物对各种复杂有机化合物有降解 作用、有些微生物可以在一些极端环境下生存等 等，而使微生物具有这些独特功能的是一些特殊 的酶．众所周知，大多数酶的化学本质是蛋白质， 因此对不同自然生态环境中所有的蛋白质的研究 就显得特别重要，宏蛋白质组学就是在这种背景 下诞生的．
Байду номын сангаас在全球性的改变方面发挥关键的作用。
2，微生物对三个主要的全球性问题，包括能源安
全，环境方面面临的挑战和传染疾病的解决方案。
微生物体已经被广泛的开发用于 医药，农业，食品和工业上
蜂群崩溃失调病_CCD_研究进展_苏松坤
２００７Ｖｏｌ．５８Ｎｏ．１１中国蜂业ＡＰＩＣＵＬＴＵＲＥＯＦＣＨＩＮＡＡｄｖａｎｃｅｓｏｎｃｏｌｏｎｙｃｏｌｌａｐｓｅｄｉｓｏｒｄｅｒ（ＣＣＤ）ｏｆｈｏｎｅｙｂｅｅＳｕＳｏｎｇｋｕｎＺｈａｎＹｉＣａｉＦａｎｇＬｉｕＦａｎｇＣｈｅｎＳｈｅｎｇｌｕ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｎｉｍａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ｆｒｏｍｔｈｅｗｉｎｔｅｒｉｎ２００６ｔｏｔｈｅｓｐｒｉｎｇｉｎ２００７，ｃｏｌｏｎｙｃｏｌｌａｐｓｅｄｉｓｏｒｄｅｒ（ＣＣＤ）ｐｒｅｖａｉｌｅｄｗｏｒｌｄｗｉｄｅｌｙａｎｄｃａｕｓｅｄｈｅａｖｙｌｏｓｓｅｓ．ＣＣＤｉｓａｓｙｎｄｒｏｍｅｔｈａｔｍｏｓｔｏｆｔｈｅａｄｕｌｔｗｏｒｋｅｒｂｅｅｓｄｉｓａｐｐｅａｒｅｄｒａｐｉｄｌｙａｎｄａｂｒｕｐｔｌｙ，ｗｉｔｈｏｕｔａｎｙｂｏｄｉｅｓｉｎｓｉｄｅｈｉｖｅ．Ｔｈｅｒｅｏｎｌｙｌｅｆｔｔｈｅｑｕｅｅｎ，ｂｒｏｏｄｓ，ｓｏｍｅｙｏｕｎｇｗｏｒｋｅｒｂｅｅｓａｎｄｈｕｇｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｈｏｎｅｙａｎｄｐｏｌｌｅｎｉｎｃｅｌｌｓ．ＡｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｃａｕｓｅｏｆＣＣＤｈａｓｎｏｔｂｅｅｎｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ，ｔｈｅＩｓｒａｅｌｉＡｃｕｔｅＰａｒａｌｙｓｉｓＶｉｒｕｓ（ＩＡＰＶ）ｗａｓｓｕｒｖｅｙｅｄｔｏｂｅｓｔｒｏｎｇｌｙｒｅｌａｔｉｖｅｔｏＣＣＤ．ＴｈｅｐａｔｈｏｇｅｎｅｓｉｓｏｆＣＣＤｗａｓｓｔｉｌｌｕｎｄｉｓｃｏｖ－ｅｒｅｄ．Ｔｈｅａｄｖａｎｃｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｙｍｐｔｏｍｓｏｆＣＣＤａｎｄｉｔｓｐｏｓｓｉｂｌｅｐａｔｈｏｇｅｎｅｓｉｓ，ｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗ．ＩｔｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈａｔｓｅｖｅｒａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｏｎＣＣＤｓｈｏｕｌｄｂｅｓｅｒｉｏｕｓｌｙｐａｉｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｓｓｈｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎｔｏｃｏｎｔｒｏｌＣＣＤ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｈｏｎｅｙｂｅｅ，ＣｏｌｏｎｙＣｏｌｌａｐｓｅＤｉｓｏｒｄｅｒ（ＣＣＤ），ＩｓｒａｅｌｉＡｃｕｔｅＰａｒａｌｙｓｉｓＶｉｒｕｓ（ＩＡＰＶ）摘要：２００６年冬到２００７年春，蜂群崩溃失调病（ｃｏｌｏｎｙｃｏｌｌａｐｓｅｄｉｓｏｒｄｅｒ，简称ＣＣＤ）在世界范围内流行，已造成巨大损失。
生化名词解释
蛋白质学【proteomics】蛋白质组学是指采用各种大规模蛋白质分离和识别技术研究手段来研究蛋白质组的一门科学。
目前，蛋白质组学作为基因组DNA序列与基因功能之间的桥梁，通过蛋白质的鉴定、定量检测、细胞或亚细胞分布、修饰状态、相互作用研究等，揭示蛋白质功能。
代谢组学【metabolomics】代谢组学指通过对某一细胞、组织、器官或者体液内所有代谢物进行高通量检测、定性和定量分析，研究生物体整体或组织细胞系统的动态代谢变化，尤其是内原代谢、遗传变异、环境变化及各种物质进入代谢系统的特征和影响，并寻找代谢物与生理病理变化相对应关系的研究方式的科学。
RNA组学【RNonmics】RNA组学是从基因水平系统研究细胞中全部非编码RNA分子的结构与功能，从整体水平阐明RNA的生物学意义的科学。
RNA组学作为后基因组时代一个重要的前沿科学。
是基因组学和蛋白质组学研究的扩充和延伸。
RNA组学重在揭示由RNA介导的遗传信息表达控制网络，以不同于蛋白质编码基因的角度来注释和阐明人类基因组的结构与功能，为人类疾病的研究和治疗提供理论基础。
生物信息学【Bioinformatics】生物信息学是伴随着基因组的研究加之计算机信息管理技术的快速发展而诞生的一门新兴的交叉学科。
它以生物大分子为研究对象，以计算机为主要工具，发展各种软件，对日益增长的DNA和蛋白质的序列和结构进行收集、整理、储存、发布、提取、检索与分析，揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘，已到达理解这些生物大分子信息的生物学意义。
糖复合物【glycoconjugates】糖复合物是由聚糖以共价键与蛋白质或脂类结合形成的化合物。
包括糖蛋白、蛋白聚糖及糖脂。
N—连接糖链【N-linked glycosylation】糖蛋白分子中，糖链的N—乙酰葡糖胺与多肽链的天冬酰胺残基的酰胺氮连接，形成N—糖苷键，此种糖链为N—连接糖链，也称N—连接聚糖。
连接点的结构为：GlcNAcβ-N-Asn。
宏蛋白质组学
蛋白质组学的一般研究策略
一般研究策略
双向电泳加生物 质谱的方法鉴定 群落中各种蛋白 的表达谱以及各 蛋白表达程度的 相对变化
多维色谱与生物 质谱相结合的称 之为鸟枪法的技 术路线。
蛋白质组学的一般研究策略
研究方法大致为3步
（1）
从环境样品中分离总蛋白质组分， 随后进行分馏与酶处理。
物群落, 利用2D电泳展示了其蛋白质组, 并通过质谱方法 鉴定了部分蛋白。
蛋白质组学的一般研究策略
早期环境微生物研究主要依赖于纯培养技术，在过去的25
年中，依靠纯培养技术所进行的研究揭示了一些有关环境 微生物的组成及其多样性的信息。 但是，环境微生物仅有一小部分可培养，其余大多数为未 培养微生物，宏基因组学的出现部分弥补了传统的研究方 法所存在的局限性。
的复杂和多样, 大量的不可培养微生物是潜在的资源宝库,
如何认识这些不可培养微生物以及如何对其利用是值得研 究者深入思考的问题。
2005 年, 美国一项针对切萨皮克海湾(Chesapeake)的蛋
白质组学研究, 被认为是第一个研究纯天然环境的宏蛋白
质组学工作, 研究者利用滤膜收集了海湾不同水域的微生
宏蛋白质组学面临的挑战和难点
从海水、土壤等复杂环境样品中提取还有很大困
难。
AMD生物膜和活性污泥，这些样品中微生物多样性较低
，但是微生物生态学家对海水，土壤等这类复杂环境更有
兴趣，应用目前的蛋白质分离技术仅能对复杂环境样品不 到1％ 的蛋白质组分进行研究。
另一个重要问题是如何分离具有生物活性的蛋白
宏蛋白质组学的兴起
宏蛋白质组学是近年来新出现的一种概念和研究
技术，虽然现在已经开展的宏蛋白质组学的研究
非靶和靶向 代谢组学;转录;蛋白组学;宏基因组学
非靶和靶向代谢组学、转录组学、蛋白组学和宏基因组学是近年来在生物医学领域中备受关注的研究方向。
这些研究方法和技术不仅为生命科学领域的研究提供了新的视角和手段，也为疾病的筛查、诊断和治疗提供了新的思路和途径。
本文将分别就这四个研究领域进行介绍，分析其在生物医学领域中的应用和发展前景。
一、非靶和靶向代谢组学1. 非靶代谢组学是指在没有预设代谢产物的假设下，全面分析生物样本中的所有代谢产物。
该技术通过质谱和核磁共振等方法对生物样本中的代谢产物进行检测和分析，从而揭示生物体内的代谢组成和代谢途径。
非靶代谢组学已被广泛应用于疾病的早期诊断、疾病机制的研究和药物的研发等领域，展现出了巨大的应用潜力。
2. 靶向代谢组学则是一种有目的地筛选和分析特定代谢产物的方法。
通过这种技术，研究者可以有针对性地对某些代谢物进行深入研究，从而更好地理解其在疾病发生发展中的作用机制。
靶向代谢组学在肿瘤研究、心血管疾病研究等方面取得了重要进展。
二、转录组学1. 转录组学是一种全面研究生物体内全部转录本的方法。
通过高通量测序技术，研究者可以获得生物样本中所有mRNA的序列信息，从而全面了解生物体内基因的表达情况和调控网络。
转录组学已被广泛应用于肿瘤、免疫系统疾病等领域，为疾病的诊断和治疗提供了重要参考。
2. 近年来，单细胞转录组学技术的发展为转录组学研究带来了新的突破。
该技术能够从单个细胞中获得转录组信息，揭示不同细胞类型和状态下的转录差异，为细胞分化、疾病发生发展等提供了重要线索。
三、蛋白组学1. 蛋白组学是一种全面研究生物体内全部蛋白质的方法。
通过质谱等技术，研究者可以了解生物样本中所有蛋白质的种类、表达水平和修饰情况，从而全面了解蛋白质在生物体内的功能和调控机制。
蛋白组学已被广泛应用于肿瘤标志物的发现、药物靶点的筛选等研究领域。
2. 磷酸化、甲基化等蛋白质修饰的研究成果为蛋白组学研究带来了新的发展方向。
研究者可以通过蛋白组学技术对这些蛋白质修饰进行深入研究，从而揭示它们在疾病发生发展中的作用机制。
化学生物学专业博士研究生课程精选全文
可编辑修改精选全文完整版化学生物学专业博士研究生课程教学大纲课程名称：蛋白质组学及应用课程编号：0703201F08学分：2总学时数：40开课学期：第2学期考试方式：笔试课程说明：（课程性质、地位及要求的描述）随着人类基因测序的基本完成，人类基因组计划开始进入后基因组时代。
蛋白质组学(Proteomics)已成为功能基因组学的重要研究领域，是当今生命科学研究的热点与前沿领域。
本课程主要从蛋白质组与蛋白质组学的基本概念入手，重点介绍这一崭新领域的诞生与发展，并以具体的研究成果，详细介绍蛋白质组学研究的相关技术及应用进展。
通过本课程的学习，使学生了解和掌握蛋白质的结构、功能基因组和蛋白质组、蛋白质组学研究的方法及相关分离、分析、检测、鉴定技术，蛋白质组学研究中的生物信息学及蛋白质组学的应用等，如肿瘤发生与发展的比较蛋白质组学、细胞凋亡的蛋白质组学、蛋白质组学与新药开发等方面的知识。
本课程主要适用于化学、化工、生物、医学等学科领域的研究生选修。
教学内容、要求及学时分配：第一章功能基因组与蛋白质组(2学时)1. 基因组、蛋白质组研究中的基本概念、相互关系2. 蛋白质组学研究的内容和意义3. 蛋白质组学的特点和难点及蛋白质组学发展趋势本章要求：了解基因组、蛋白质组研究中的基本概念、相互关系，蛋白质组学研究的内容和意义。
蛋白质组学的特点和难点及蛋白质组学发展趋势。
第二章蛋白质的结构与表征(2学时)1. 蛋白质的组成、分类2. 蛋白质的一级、二及、三级结构等基本概念3. 蛋白质结构与功能的关系4. 蛋白质结构分析的方法和技术本章要求：了解蛋白质的组成、分类、一级、二及、三级结构等基本概念，蛋白质结构与功能的关系，蛋白质结构分析的方法和技术等。
第三章蛋白质组学研究方法(3学时)1. 蛋白质组学研究的方法和技术2. 二维凝胶电泳技术3. 多维色谱分离技术4. 生物质谱鉴定技术本章要求：了解蛋白质组学研究的方法和技术，如二维凝胶电泳技术、多维色谱分离技术、生物质谱鉴定技术等。
宏基因组和宏蛋白组ppt课件
环境微生物群落多样性分析测序区域
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Shannon Ra 曲 线
物 种 累 曲 线
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环境微生物群落多样性分析测序
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环境微生物群落多样性分析测序
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环境微生物群落多样性分析测序
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环境微生物群落多样性分析测序的研究特性
• 有效的对微生物群落进行分类，物种组成以及进化关系的 分析。
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本文通过宏蛋白组学方法，揭示了贫 瘠土壤与肥沃土壤中微生物种群的不 同生物学功能： 1. 种群结构趋向一致 2. 贫瘠土壤中基因功能偏向于C源和N
源的固定 3. 肥沃土壤基因功能偏向于对腐殖质
的分解利用
作者认为宏蛋白组学能够有效 的揭示不同环境下土壤微生物 群落功能的异质性，不同的生 化趋势，不同的生物地理特征
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本文作者追踪研究了执行不同海 域任务军舰的壳体水线的生物膜 中的微生物群落物种丰度及功能 特性，阐述了微生物群落在不同 的物理、化学、地理和季节因素 下的变化和特性； 研究方式整合了宏基因组分析和 宏蛋白组分析的研究方案，为 meta-omics研究模式提供了很好 的范例。
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宏蛋白组的研究现状
(1)可以捕捉新的功能基因和代谢途径； (2)鉴定与特异胁迫有关的蛋白。蛋白质组学联合宏基因组数据可以更好地揭示环境群落分类多样 性、功能多样性和生物过程。
目前成熟的蛋白组研究手段为宏蛋白组研究提供了可靠的工具 • 2DGE-LC-MS • 2DLC-MS • Itraq • Labelfree
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• 无需培养分离菌群：
直接从环境样本中扩增核糖体rDNA高变区进行测序，解决了 大部分菌株不可培养的难题。
• 客观还原菌群结构：
专业、成熟、稳定的样本制备流程，严格控制PCR循环数， 客观还原样品本身的菌群结构及丰度比例。
宏蛋白质组学
2. 宏蛋白质组研究可以用于开发环境中一些特殊
的生物分子。
3. 宏蛋白质组学可以作为一种研究工具在微生物
相互作用的研究中发挥作用。
总结和读书感想
蛋白质是生命活动的主要承载者，一切生命活动所涉及的
所有反应都需要酶的参与，而生命活动是无处不在的。 但是目前来看针对蛋白质的研究却充满挑战, 主要表现在 其结构复杂，稳定性差，难以扩增，而且蛋白丰度差异较 大，特别是对于大规模分析来说，研究仪器价格昂贵、体 积巨大，限制了研究开展的范围。 相信随着越来越多的基因组序列的测定完成，各种组学技 术的协同发展，以及新的高通量质谱技术的出现，宏蛋白 质组学研究必然会越来越成熟，将在环境微生态、极端微 生物、未知样品检测、医学研究等方面发挥重要作用
质。
宏蛋白质组学未来的展望
在基因组、转录组、蛋白质组、代谢组这四个研
究层次中，蛋白质组学是最直接的对特定环境和
时刻中生物功能本质的研究，这种研究具有巨大
的生物学意义。
在得到一些我们感兴趣的蛋白质后，如何阐述其
在生态环境中的功能及其作用方式，将是今后研
究的热点之一
宏蛋白质组学未来的展望
1. 宏蛋白质组研究可以探索并揭示环境中许多未
不同环境含有高浓度有机物的水样品进行宏蛋白质组成分
析，并研究这些蛋白质的来源及其在生态系统中的功能。 对土壤样品中的蛋白质组成分析表明大多数蛋白质是细菌 蛋白质，湖水表层水样中78％的蛋白质也来自细菌；而 在森林采取的水样中，来自植物，真菌和脊椎动物的蛋白 质含量约是湖水样品中的2倍。有趣的是，森林土壤中的 细菌蛋白数量在冬天比夏天多。 当把所有发现的已知功能的蛋白质进行比较时发现，在湖 水和森林样品中的蛋白质组成存在不同。 降解复杂分子的过氧化物酶只在来自森林土壤的水样品中 发现，而与甲烷合成有关的酶只在湖水样品中发现。 不同微生物群体及其功能不同，从而反应出微生物生态系 统的整体变化。
蛋白组学技术和低丰度蛋白检测
蛋白组学技术和低丰度蛋白检测一、蛋白组学研究概述1994年Williams和Wilkins首先提出蛋白组学（proteome or proteomics）的概念，这是由英文“蛋白”和“基因”组合而成的新英文名词，表示由基因组或一个细胞表达的全部蛋白质。
是研究细胞、组织和生物体蛋白质组成及其变化规律的学科，旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式。
自2001年Nature和Science同时公布人基因组，意味着生命科学的研究进入了包括蛋白组学的后基因时代。
蛋白组学为生命科学中的新领域，成为研讨、检测蛋白质的平台。
蛋白质组学概念提出以后，也在不断地演变和深化，显示了人们对蛋白质认识不断发展。
在实际工作中，临床蛋白质组更多指蛋白质群，一组蛋白质成为某些疾病的诊断标志，将提高临床实验诊断效果和准确性，使治疗目标更明确，帮助判断预后。
人类细胞约有3万个基因，重要的蛋白质约2万～10万种，蛋白质种类繁多，物理特性不一，生理作用广泛，且分子量差别很大，在体内浓度不一（从102g/L～10-18g/L）。
在上万种蛋白质中，全部血浆蛋白质含量为60～80g/L，血浆中最高丰度蛋白质（浓度＞g/L）有10种：清蛋白、IgG、转铁蛋白、纤维蛋白原、IgA、α2巨球蛋白、IgM、α1抗胰蛋白酶、补体C3和触珠蛋白。
占所有血浆蛋白质的90%，次高丰度（浓度＞10-1g/L）蛋白质有12种：载脂蛋A1、载脂蛋B、酸性-1-糖蛋白、脂蛋白、H因子、铜蓝蛋白、补体C4、补体因子B、前清蛋白、补体C9、补体C1q和补体C8；血浆其他1%蛋白质浓度约在0.1pg/L～0.1g/L之间，目前，临床上常规方法的最低检测限＞10-14mol（约0.01ng/L），能检测的蛋白质约1000余种，见图-1。
图-1 蛋白质检测水平当前技术水平只能检测到实际存在的蛋白质的10%，大量的可能携带疾病信息的蛋白无法检出。
综观现代医学，其中最薄弱的环节是实验诊断医学。
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2，微生物对三个主要的全球性问题，包括能源安
全，环境方面面临的挑战和传染疾病的解决方案。
微生物体已经被广泛的开发用于 医药，农业，食品和工业上
• 1，很大一部分小分子药物，如青霉素和万 古霉素都来自微生物。大多数的工业酶也 是从微生物中分离得到。 • 2，微生物作为一个全细胞式的催化剂被用 于许多重要的化学转化反应。 • 3，微生物被设计用来生产重组蛋白和药物， 生物燃料，氨基酸等化学品
• 有人认为利用转录组学很蛋白质组学，可进一步 提高生物修复中的实用效率。虽然运用设计微生 物这种想法很具有吸引力，具体的实现仍然受当 地微生物种群和其保持活性能力的相互制约。 • Lorenzo指出通过连接到（UMBBD）美国明尼苏 达大学生物催化和生物降解数据库，通过设计代 谢网络（metabolic networks）中的代谢途的 微生物的方法
• 宏基因组学（metagenomics）：又叫微生物环境 基因组学，元基因组学。自然界约99%的微生物 不能通过传统的分离筛选途径进行培养（即未培 养微生物）,为获得新的基因资源,更全面地认识微 生物多样性和微生物在自然环境和生物圈中的重 要作用，近年来随着分子生物学的快速发展及其 在微生物研究中的广泛运用,以环境中未培养微生 物为研究对象的新兴学科 • 可利用环境微生物基因组技术进行土壤污染修复、 畜禽养殖除臭、鉴定新物种以及确定特定生态环 境体系中未培养微生物种群与群落的结构组成及 物种的进化模式
微生物解决能源保证
Microbial solutions to energy security
• 根据新的能源政策法案，直到2012年，成亿加仑 的可再生燃料一定会是生物燃料通过可再生的生 物体产生的。 • 乙醇和生物柴油是两种使用最广泛的产生于可再 生资源的生物燃料，然而，由于这两种物质很低 的能量含量，这两种生物燃料都不是运输燃料的 理想替代品。近年来，人们已经开始尝试设计微 生物从可再生木质纤维生物中来生产运输燃料产 品。 • Keasling小组很好的总结了在这个领域的最新进 展，对运用微生物来生产异丁醇，异丙醇，高不 饱和脂肪酸和作为生物柴油的烷烃都进行了讨论。
微生物解决全球性变化
microbial solutions to global change
—杨拉维
• 一 引言：了解微生物世界
• 二：1，微生物和能源 2，微生物和环境 3，微生物和疾病
了解微生物世界 Understanding the microbial world
微生物的作用： 1，微生物体是地球上生活的生物的主要组成部分，
• 在过去的几十年里，大量的工业污染物被释放到 环境中。最近几年，生物修复做为一种很好的环 境清理方法得到广泛的研究。然而，这些污染物 的顽固的性质已经促使利用代谢工程或合成生物 学的方法针对目标设计微生物进行有效的清理。 Wood很好的概括了这方面的一些成果。最显著的 是利用先进的代谢工程和蛋白质工程手段作为复 杂的通路工程对有机和无机污染物进行整治。
• 微生物之间通信交流的一个重要特点就是 细胞—细胞间的通信。微生物相互之间能 够交流的一个方式就是通过群体感应 (quorum sensing)，其中微生物能够通过制 造，释放和检测信号分子，根据细胞密度 的变化来调节基因的表达
群体感应(quorum sensing)
• 细菌根据细胞密度变化进行基因表达调控的一种 生理行为.具有群体感应的细菌能产生并释放一种 被称为自体诱导物(autoinducer)的信号分子,它随 着细胞密度增加而同步增加.当自体诱导物积累到 一定浓度时会改变细菌特定基因的表达.革兰氏阳 性及阴性细菌通过群体感应与周围环境进行信息 交流,从而改变细菌的一系列生理活性,这些细菌的 生理特性包括共生、细菌毒性、竞争、接合、抗 生素的产生、运动性、孢子及生物膜的形成.这种 信号传递方式可能对低等的细胞进一步进化,并形 成高等的生物体有重要作用.细菌中群体感应系统 的进化可能是多细胞体形成的早期阶段。
• 除了传统的液体生物燃料，使用微生物生 产生物电池已经受到了相当的重视。现有 的微生物燃料电池技术的一个主要限制是 相对较低的电流密度。 • Lovely总结归纳了在这个领域的一些新兴的 技术。认为更深一步的理解电子从微生物 体向电池阳极的转移，是提高电池效率的 关键。
微生物解决环境面临的挑战 Microbial solutions to environmental challenges
宏基因组学研究策略
• 从环境样品中提取并纯化微生物群体 基因组： • 构建环境基因组： • 环境基因组的筛选分析：
宏蛋白组学(Metaproteomics):是由Paul和Philip二人 在2004年首先提出，是应用蛋白质组学技术对微生 物群落进行研究的一项新技术，其定义为在特定的时 间对微生物群落的所有蛋白质组成进行大规模鉴定 . 近年来，人们已经意识到微生物在自然界中的重 要作用，它们是生态系统中各种元素循环不可或 缺的一环，而且它们大多具有许多独特的生物功 能，如有些微生物对各种复杂有机化合物有降解 作用、有些微生物可以在一些极端环境下生存等 等，而使微生物具有这些独特功能的是一些特殊 的酶．众所周知，大多数酶的化学本质是蛋白质， 因此对不同自然生态环境中所有的蛋白质的研究 就显得特别重要，宏蛋白质组学就是在这种背景 下诞生的．
代谢网络（metabolic networks）
宏蛋白质组的研究策略
• 环境总蛋白质的提取纯化:环境总蛋白质
提取纯化一般是以经典的生物化学、细胞 生物学和分子生物学技术为基础,包括细胞 的破碎和总蛋白的沉淀。 • 环境总蛋白质分离：蛋白质分离一般采 取凝胶的(如2D电泳)或非凝胶的(如液相色 谱)方法。 • 环境总蛋白质鉴定及数据处理：以生物 信息学为基础，获取和分析全面的蛋白质 系统发育起源和功能信息