第九章-蛋白质相互作用网络讲解学习
蛋白质相互作用网络和信号通路的构建
蛋白质相互作用网络和信号通路的构建随着科技的不断进步，人们对生物体内蛋白质相互作用网络和信号通路的研究也越来越深入。
构建蛋白质相互作用网络和信号通路，探寻其机制和作用在现代医学、生物学领域具有重要的意义。
当前，通过高通量技术、红外线相互作用技术和计算机虚拟技术等手段，蛋白质相互作用网络和信号通路的构建取得了很大的进展。
一、蛋白质相互作用网络的构建蛋白质相互作用网络是指一组各种蛋白之间的相互作用关系网络，通常用大规模的蛋白质相互作用实验来发现。
现阶段主要实验方法包括酵母双杂交实验、酵母三杂交实验、GST-Pull down法、共免疫沉淀法等。
其中，酵母双杂交实验是应用最为广泛的方法之一。
酵母双杂交实验基于两个蛋白质结构域的相互作用特性，构筑一个生物学分子筛，来筛选出大量蛋白质-蛋白质相互作用关系。
其步骤主要分为分裂型杂交载体的构建、转化酵母菌的操作、小蓝菌酵母鉴定及酵母基因库的建立。
通过这些步骤，可以高效地挖掘出大量的蛋白质相互作用信息，为后续研究工作打下良好的基础。
二、信号通路的构建相信大家对信号通路并不陌生，常常出现在我们生活中的各种场合中，譬如说，人体内的神经调节、细胞增生、免疫应答等。
这是一组相互作用的蛋白质，由多重生物化学和细胞生物学过程构成，进行信息传递和调控各种生理学功能。
构建信号通路是指通过蛋白质之间的相互作用，揭示蛋白质与蛋白质之间的信号传递机制及其功能。
信号通路的构建通常需要基于疾病相关的基因或蛋白质，实验方法与蛋白质相互作用网络有所不同。
目前主要的实验方法包括二维凝胶电泳法、荧光激发蛋白法、共免疫沉淀法和蛋白质组学。
信号通路构建的关键问题就是如何通过各种蛋白质所形成的细胞信号传递网络，发现故障信号通路中不正常的关键分子和过程，找到治疗和预防疾病的可能途径。
三、蛋白质相互作用网络和信号通路的计算建模随着信息时代的到来，在高通量产出的基础上，建立了大规模的生物大数据平台，使得计算学方法在蛋白质相互作用网络和信号通路的研究中得到了广泛应用。
蛋白质蛋白质相互作用ppt课件
在应用中，通常利用三个物种 进行交互Blast以便更好地确 定直系同源蛋白质。
Org A, Protein1 Blast Org B, All proteins P2 with smallest E value
IleS-MG345- MJ0947
Org B, Protein2 Blast Org A, All proteins P1 with smallest E value
基因位点的上下文 基因临近
聚集
分散
基因融合 (Rosetta-Stone method )
电子双杂交
系统发育上下文
系统发生谱方法 系统树相近 (Mirror tree)
基因表达: mRNA共表达
.
20
一些重要的概念
Ortholog: 直系同源，是指不同物种中来自同一个 祖先的基因和蛋白质。
.
35
Mirror Trees Method
该方法的假设前提是：相互作用的蛋白可能是共进化的。方法是：计算包含
不同物种的蛋白质家族间的进化距离，构建各自相应的进化树，在进化树之间相
似性距离的基础上，构建镜像树，然后由镜像树之间的相似性距离和蛋白质在镜
像树上的位置确定蛋白质之间的两两相互作用。
.
36
.
31
基因组临近/ 基因临近 (1)
蛋白质相互作用
蛋白质相互作用与代谢性疾病
蛋白质相互作用在心血管疾病中发挥重要作用，如动脉粥样硬化的发生和发展。
心血管疾病
蛋白质相互作用也与自身免疫性疾病的发病有关，如类风湿性关节炎和系统性红斑狼疮中的免疫细胞信号转导。
自身免疫性疾病
蛋白质相互作用与其他疾病
蛋白质相互作用的干预策略
06
基于小分子的干预策略
总结词：通过小分子调节蛋白质相互作用，改变蛋白质复合物的组成或活性，从而调控细胞功能。
蛋白质相互作用与神经退行性疾病
肥胖症
蛋白质相互作用也与肥胖症的发生有关，如脂肪细胞分化、脂肪代谢等过程中的蛋白质相互作用。
非酒精性脂肪肝
蛋白质相互作用还涉及非酒精性脂肪肝的发病机制，如脂肪酸氧化和甘油三酯的积累。
糖尿病
蛋白质相互作用在糖尿病的发生发展中起到重要作用，如胰岛素与其受体之间的相互作用和信号转导。
蛋白质磷酸化修饰对相互作用的调控
去乙酰化酶抑制剂可以抑制去乙酰化酶的活性，从而增强乙酰化修饰的作用，促进蛋白质相互作用。这些抑制剂在癌症治疗和其他疾病治疗中具有潜在的应用价值。
乙酰化是一种通过将乙酰基团添加到蛋白质的特定氨基酸残基上，如赖氨酸和精氨酸，来调节蛋白质活性和功能的过程。这种修饰通常由乙酰化酶和去乙酰化酶催化。
结构生物学方法
VS
通过计算机模拟蛋白质的动态行为，预测蛋白质相互作用的模式和稳定性。
序列比对和进化分析
通过比较不同物种间同源蛋白质的序列差异，推断相互作用的可能性和进化关系。
分子动力学模拟
计算生物学方法
蛋白质相互作用网络
03Biblioteka 通过将两个蛋白质分别与两个转录激活因子融合，在酵母细胞中检测它们之间的相互作用。
第九章-蛋白质相互作用网络
1.组成和修复生物体 蛋白质是生物体细胞的基本构成物质。 人体的肌肉、内脏、皮肤、大脑、毛发、血液及骨 骼等的主要成分都是蛋白质。 蛋白质还可以帮助伤口血液凝固并促进其愈合。
2.调节生物体的生理机能 构成生物体差不多所有的生命活性物质，例如：
催化体内各种生物化学反应的酶 调节机体生长、发育并行使正常生理功能的激素
认为如果由于进化压力来维持特定模体的话，模体中的 组成蛋白应该是进化保守的并且在其他物种中具有直系 同源性。
他们研究了678个蛋白质，且在五个其他物种中都分别 具有一个直系同源蛋白。
五个物种：拟南芥、果蝇、小鼠、线虫和人。
分析结果发现，不同的模体中的蛋白质具有不同的保守率。
只有不到5%的三节点组成的线性模体其组成蛋白质在五个物种 中是完全保守的，而47%的五节点组成的完全连通的模体在五个 物种中是完全保守的。这些结果说明直系同源蛋白在酵母蛋白质 相互作用网络中不是随机分布的，而是保守模体的基本组成使得 这些模体是进化保守的。
蛋白质相互作用：
1. 通过对蛋白质相互作用的研究，认识生命活动的 基本规律。（科学）
2. 利用蛋白质相互作用，发展技术，用于研究生命 活动的规律或应用性技术。（技术）
蛋白相互作用网络
PPIN在许多生物过程和研究防治疾病中发挥着非常重要 的作用。
PPIN的研究比基因网络更为复杂和困难。 蛋白质相互作用网络近年来明显发展较快。
综上所述，蛋白质参与了生命的几乎所有过程，例如遗 传、发育、繁殖、物质和能量的代谢、应激等。
揭示生物体内成千上万种蛋白质的具体功能及其实施功 能的机制，是在21世纪后基因组时代蛋白质研究的核心 内容，也是当前生物科学极富挑战性的研究领域之一。
二、蛋白质组学
生物相互作用网络的分析与建构
生物相互作用网络的分析与建构1. 生物相互作用网络的概念生物相互作用网络（Biological Interaction Network）是指在生物体内存在的、多种分子之间的相互作用关系的总和，包括蛋白质与蛋白质之间、蛋白质与DNA之间、蛋白质与小分子之间的相互作用。
生物相互作用网络的研究对于深入理解生物体内的基本生命现象很有帮助，比如细胞信号传导、代谢途径、基因调控等。
2. 生物相互作用网络的分类生物相互作用网络可以按照不同的分子种类进行分类。
2.1 蛋白质相互作用网络蛋白质相互作用网络是研究最多的一类生物相互作用网络。
它是指在细胞内或细胞间发生的蛋白质与蛋白质之间的相互作用，包括蛋白质与蛋白质结合、酶促反应、酶与底物结合等多种类型。
2.2 代谢途径相互作用网络代谢途径相互作用网络是指在细胞内发生的代谢反应之间的相互关系。
代谢途径相互作用网络通常是以代谢途径的组成和反应之间的相互关系为基础建立的。
2.3 基因调控网络基因调控网络是指基因或转录因子在细胞内的相互作用。
它一般包括基因或转录因子结合DNA、转录因子和共调控因子之间的相互作用等。
3. 生物相互作用网络的建构生物相互作用网络的建构需要大量的生物实验和数据分析。
建构生物相互作用网络的主流方法包括高通量分析、物种互补法和基于文献的手工构建法。
3.1 高通量分析高通量分析是对生物分子相互作用进行大规模、高通量实验和数据分析的方法。
高通量分析包括蛋白质互作域（protein interaction domain）分析、蛋白质互作（protein-protein interaction）分析等。
3.2 物种互补法物种互补法是一种基于不同物种的生物系统学分析方法，通过比较不同物种之间的生物相互作用网络，来了解这些生物之间的共同性和差异性。
这种方法对于解决物种特异性问题和补充高通量分析的局限性都很有帮助。
3.3 基于文献的手工构建法基于文献的手工构建法是一种人工根据文献资料建立生物相互作用网络的方法。
基因组蛋白相互作用网络的分析和构建
基因组蛋白相互作用网络的分析和构建生物大分子之间互相作用是维持生命机制的基础。
其中，基因组蛋白相互作用网络（Protein-protein interaction network， PPI network) 组成了重要的一部分。
PPI network是基于蛋白质相互作用的节点和边构成的图形模型。
PPI network的构建和分析可以帮助我们深入解析生物体内的调控机制和信号传导通路。
同时，PPI network也可以成为新型药物设计的难得工具。
本文将重点探讨PPI network在分析构建中的一些关键因素和存在的问题。
一、PPI network 的构建方法PPI network的构建方法通常有两种，即实验室验证法和预测算法。
实验室验证法是指通过实验手段（如双杂交技术、免疫共沉淀等）验证蛋白质相互作用的真实性，将其用图形模型呈现。
这种方法的优点是实验结果准确可靠，但缺点是耗时费力，难以积累大量数据。
预测算法是指通过已有的数据，利用计算机模型的方法，对蛋白质相互作用关系进行预测。
这种方法的优点是速度快、成本低、高通量，缺点是结果可能存在不准确性。
二、PPI network的基本特征PPI network的基本特征包括节点度和网络密度。
节点度是指连接某个节点的边的数量，表示该节点在网络中的重要性程度。
网络密度是指网络中连接节点的边所占总可能边数的比例，反映了节点之间相互作用的紧密程度。
益兔（Yeast）以及人类PPI network的网络密度均为0.1左右。
而笔者最近的一篇研究表明，犬PPI network的平均度数和网络密度分别为2.8和0.013，相较于人类和益兔PPI network 而言，具有较小的规模和复杂性。
三、PPI network的拓扑结构PPI network的拓扑结构可以分为随机网络、小世界网络和无标度网络。
其中，随机网络是一个平均度数非常低、网络密度非常稀疏的系统，节点之间呈随机连接，类似于一个骰子的点数分布；小世界网络则是介于随机网络和无标度网络之间的结构，具有很高的网络聚类度和很小的平均路径长度，节点之间有近邻连接，同时也有跨越整个网络的长程连接；而无标度网络则是一种包含一些高度连通中心节点的复杂网络，节点度数呈幂律分布，具有非常高的鲁棒性、腐败性和规模自相似性。
第九章 生物分子网络与通路
负调控
转录调控网络-2
转录调控网络-检测技术
ChIP是一项比较流行的研究转录因子与启动子相互
结合的实验技术。
CHIP与基因芯片相结合建立的CHIP-on-chip方法 已广泛用于特定反式因子靶基因的高通量筛选； CHIP-SEQ新一代测序技术。
基本流程
转录调控数据库
TRANSFAC数据库——MATCH软件
网络的基本概念
网络定义 有向网络与无向网络 加权网络与等权网络 二分网络
网络中的路径与距离
网络定义
网络定义：通常可以用图G=（V,E）表示网络。 其中， V 是网络的节点集合，每个节点代表一个生 物分子，或者一个环境刺激； E 是边的集合，每条边代表节点之间的相互关系。 当V中的两个节点v1与v2之间存在一条属于E的边e1 时，称边e1连接v1与v2，或者称v1连接于v2，也称作 v2是v1的邻居。
有向网络与无向网络
根据网络中的边是否具有方向性或者说连接一条边 的两个节点是否存在顺序，网络可以分为有向网络 与无向网络，边存在方向性，为有向网络，否则为 无向网络。
生物分子网络的方向性取决于其所代表的关系。
如调控关系中转录因子与被调控基因之间是存在顺 序关系的，因此转录调控网络是有向网络，而基因 表达相关网络中的边代表的是两个基因在多个实验 条件下的表达高相关性，因此是无向的。
人体经络网络 思考：如果 说经脉图就 是一个网络 的话，那么 网络的节点 应该是什么？ 网络的边又 应该是什么？
人体穴位就是该网络的节点，其医疗功能不同且相 互联系。 经络理论和针炙是网络科学初创时期有文字记载的 最早的人体生物网络模型及成功的医学应用。
发展历史-2
最新蛋白质分子间的相互作用教学讲义ppt
X
yeast plasmid expression vector
predator
unknow
tis s u e
b a it
predator
X
Y
does X bind with a protein?
to ta l m R N A re v e rs etra n s c rip ta s e
DNAb in d in g d o m a in transfection
yeast plasmid expression vector
b a it
predator
X
Y
does X bind with a protein?
tran s fo rm e d yeast
X
W e ' l l s t a r t b y m a k i n g t r a n s f o r m e d y e a s t e x p r e s s i n g X
cDNAforX
DNAb in d in g d o m a in transfection
tran s fo rm e d yeast
X
yeast plasmid expression vector
tran s fo rm e d yeast
?Y
predator
unknow
tis s u e
b a it
• 3，细菌的抗药性
• AcrA, AcrB, Tol C • 乙酰螺旋霉素抗性
三，生物学对蛋白质相互作用 的研究方法
• 1，突变体系列和互补测验（遗传学）
•
突变体
蛋白质相互作用的网络分析方法
蛋白质相互作用的网络分析方法蛋白质相互作用的网络分析方法，这听起来是不是有点高大上？但其实啊，它就像我们日常生活中的人际关系网一样，有着千丝万缕的联系和有趣的规律。
咱们先来说说什么是蛋白质相互作用。
想象一下，我们的身体就像一个超级大工厂，里面有各种各样的“小工人”，那就是蛋白质。
这些“小工人”可不会单打独斗，它们会相互合作，一起完成各种复杂的任务。
比如，有的蛋白质负责传递信息，有的负责运输物质，有的负责催化化学反应。
它们之间的这种合作关系，就是蛋白质相互作用。
那怎么去分析这些蛋白质之间的相互作用呢？这就像是要搞清楚工厂里的“小工人”是怎么分工协作的。
有一种常见的方法叫酵母双杂交系统。
这名字听起来有点怪，但其实原理挺简单。
就好比我们办了一场相亲大会，把两个可能会相互吸引的蛋白质分别放在不同的“房间”里，如果它们能相互“牵手成功”，我们就能知道它们之间有相互作用。
还有一种方法叫免疫共沉淀。
这就像是我们拿着一个大网去捞鱼，只不过我们捞的不是鱼，而是和特定蛋白质相互作用的伙伴。
比如说，我们知道了一个关键的蛋白质，然后用专门针对它的抗体把它和它的小伙伴们一起“网”下来，再通过各种检测手段来看看都捞到了哪些“小伙伴”。
给大家讲个我在实验室里的小故事吧。
有一次，我们正在用免疫共沉淀的方法来研究一组蛋白质的相互作用。
一切都准备就绪，满心期待着能有重大发现。
结果呢，实验进行到一半，突然发现用来标记蛋白质的试剂不够了！这可把我们急坏了，赶紧联系其他实验室借试剂。
好在最后有惊无险，顺利完成了实验，也得到了一些很有价值的数据。
再说说蛋白质芯片技术。
这就像是一个超级大的“人才市场”，各种蛋白质都在上面展示自己，我们通过检测它们之间的相互作用信号，就能快速了解它们的关系。
通过这些网络分析方法，我们能更好地理解细胞内的各种生命活动是怎么进行的。
比如说，为什么细胞会生病？为什么有些药物能起作用，而有些却不行？这就像是我们通过了解工厂里“小工人”的关系，来找出生产线上的问题，然后想办法解决。
蛋白质互作网络与信号传导
蛋白质互作网络与信号传导在生物体内，各种生命活动都是由细胞和器官之间的相互作用而产生的。
而要实现这种相互作用，就需要通过信号传导来促进各种生化反应的发生和运转。
而在信号传导的过程中，蛋白质互作网络扮演着至关重要的角色，影响着细胞的生命活动。
蛋白质是细胞内活性物质的主要组成部分，它们不仅能够支持细胞的结构和功能，同时还能在环境变化和细胞信号传导过程中起着非常重要的传递者和执行者的角色。
在细胞信号传导的过程中，不同的蛋白质互相作用，从而组成了一个复杂的蛋白质互作网络。
蛋白质互作网络实际上是一种链式、分枝状的网络结构，其中的结点是蛋白质分子，边缘上的节点代表不同的蛋白质分子之间的相互作用。
这个网络可以通过物理作用、化学反应或电子传递来完成信号传导。
除了蛋白质之间的相互作用，也有其他的因素会影响蛋白质互作网络的形成和运作。
例如，酵母菌中的转录因子TFIIIB通过核糖体RNA的结合来影响转录的启动和进展。
同样，重要的转移因子DIF-1在成虫中也可以对蛋白质的互动起到重要的影响。
蛋白质互作网络对信号传导过程的影响，不仅仅存在于单个细胞内部的生命活动中，而且还会直接影响细胞间的相互作用。
例如，白细胞趋化蛋白BCL-2在卵巢和乳腺癌中有着重要的作用，它可以通过白细胞的激活来促进肿瘤的发展。
此外，在细胞间相互作用的传递中，蛋白质互作网络也在其中发挥着重要的作用。
由此可见，蛋白质互作网络在细胞活动和信号传导中的重要性是不可忽视的。
未来的研究方向应该紧密围绕着蛋白质互作网络的构成和运作等方面进行，以科学地探寻信号传导机制，为生物医学研究提供更加深入的理论基础和应用依据。
Co-IP实验质谱揭示蛋白质相互作用网络：启示生物药物研发和治疗策略
Co-IP实验质谱揭示蛋白质相互作用网络：启示生物药物研发和治疗策略蛋白质相互作用是细胞中生物学过程的关键组成部分，对于疾病的发生和发展具有重要作用。
为了全面了解蛋白质相互作用网络，并为生物药物研发和治疗策略提供准确的靶点信息，科学家们不断发展改进实验技术。
其中，结合Co-IP实验和质谱分析的方法成为了揭示蛋白质相互作用网络的有力工具。
本文将详细探讨Co-IP实验质谱揭示蛋白质相互作用网络的方法和应用，并强调其在生物药物研发和治疗策略中的重要性。
1.Co-IP实验与质谱分析的原理与步骤。
1.1原理：Co-IP实验与质谱分析相结合的方法可以帮助鉴定和分析蛋白质间的相互作用关系，并解析相互作用蛋白的分子量。
其基本原理是通过Co-IP实验富集蛋白质复合物，然后利用质谱分析技术对富集的蛋白质进行鉴定和定量。
1.2Co-IP实验的步骤包括：（1）细胞裂解和共沉淀：将目标蛋白质所在的细胞或组织进行裂解，释放出蛋白质复合物。
通过特异性抗体将目标蛋白质及其相互作用的蛋白质共沉淀，形成复合物。
（2）洗涤和离心：通过一系列洗涤步骤，去除非特异性结合的蛋白质，将目标蛋白质及其相互作用的蛋白质保留在沉淀物中。
离心沉淀物，去除洗涤缓冲液。
（3）质谱分析：将沉淀物中的蛋白质进行凝胶电泳或液相色谱分离，然后利用质谱分析技术，如质谱鉴定和质谱定量，对蛋白质进行鉴定和定量。
2.Co-IP实验质谱揭示蛋白质相互作用网络的意义。
Co-IP实验与质谱分析的方法可以揭示蛋白质相互作用网络，对于生物药物研发和治疗策略具有重要意义。
2.1靶点发现与验证：通过Co-IP实验质谱揭示的蛋白质相互作用网络，我们可以鉴定和验证潜在的治疗靶点。
这些相互作用关系可能涉及信号传导通路、蛋白质功能和疾病发生机制等重要生物学过程，为疾病治疗的靶点发现提供宝贵线索。
2.2药物作用机制研究：通过Co-IP实验质谱揭示药物与蛋白质的相互作用，可以揭示药物的作用机制。
蛋白质的相互作用研究方法课件.ppt
四、Bimolecular Fluorescent Complementation
蛋白质的相互作用研究方法课件
蛋白质的相互作用研究方法课件
五、Yeast Two－Hybrid Systerm
蛋白质的相互作用研究方法课件
1.原理 酵母双杂交系统由Fields和Song等首先在研究真
蛋白质的相互作用研究方法课件
蛋白质的相互作用研究方法课件
2008年诺贝尔化学奖
蛋白质的相互作用研究方法课件
GFP主要应用: • 对活细胞中的蛋白质进行准确定位及动态观察
可实时原位跟踪特定蛋白在细胞生长、分裂、分化过 程中或外界刺激因子的作用下的时空表达, 如某种转录因 子的核转位、蛋白激酶C的膜转位等。
GFP基因与分泌蛋白基因连接后转染细胞, 可动态观察 该分泌蛋白分泌到细胞外的过程
GFP基因与定位于某一细胞器特殊蛋白基因相连,就能 显示活细胞中细胞核、内质网、高尔基体、线粒体等细胞 器的结构及病理过程。
膜蛋白的移动 （Fluorescence Recovery After Photobleaching FRAP ） • 蛋白之间的相互作用（FRET） • 报告分子 将GFP的基因连在特殊的启动子的后面，可以检 测基因表达的时间和部位。
容易检测 分子量小
Douglas Prasher was the 不需要其它底物
first person to realize the potential of GFP as a tracer molecule.
Douglas Prasher 1992 克隆了GFP基 因
蛋白质的相互作用研究方法课件
核基因转录调控中建立。 典型的真核生长转录因子， 如GAL4、GCN4、
第九章蛋白质相互作用网络-12-16.
蛋白质组学是应用各种技术研究蛋白质组 的一门新兴科学。 其目的是从整体的角度分析细胞内动态变 化的蛋白质组分、表达水平与修饰状态， 了解蛋白质之间的相互作用与联系，揭示 蛋白质功能与细胞生命活动规律。
9. 3 蛋白质相互作用网络
蛋白质的相互作用(PPI, Protein-protein interaction)是指蛋白质分子之间的相关性， 并从生物化学、信号转导和遗传网络的角 度研究这种相关性。 将此内容看作是一个“蛋白质相互作用网 络”（PPIN）的尝试性定义。
在蛋白质相互作用的网络中： 度非常大的蛋白质节点不直接相连 与度比较小的蛋白质节点相连接
6.生物分子网络具有一定的鲁棒性和适应性
生物分子网络具有鲁棒性： 即对于外界环境的变化或者内部个体之间的不相容 有着一定的承受能力，这与生物分子网络无标度的 拓扑性质息息相关。拥有不同度值的节点对移除表 型的影响差异很大。当移除网络中的多数非关键节 点基因时，几乎没有明显的表型影响。 生物分子网络也具有适应性： 当外界环境发生变化时，也表现出适应性，这些性 质的产生机制都是目前研究的重点。
Protein interaction：two or more proteins (same or different) interact or form complex
蛋白质相关知识及研究蛋白质相
互作用的必要性
有一些蛋白质可以以单体的形式发挥 作用，但是大部分的蛋白质都是和 伴侣分子或是与其他蛋白质一起发 挥作用的。
第六列：给出的是第四列和第五列之比，如果该 值越高说明了该模体越是高度保守的。
另外，为研究模体中组成蛋白的功能对其进化保 守的影响，研究者将模体和生物功能通过模体的
组成蛋白质连接起来。
蛋白质互作网络的分析和预测
蛋白质互作网络的分析和预测蛋白质是生命体内最为重要的分子之一，它们参与了许多生物过程，如代谢、信号传递、细胞分化和凋亡等。
蛋白质分子本身虽然已经具有很强的功能性，但更为复杂的生物过程往往需要多个蛋白质相互作用，形成蛋白质互作网络。
因此，对于蛋白质互作网络的分析和预测具有很大的意义。
在过去的几十年中，科学家们通过不断研究，逐渐揭示了许多蛋白质之间的相互作用。
但是，随着数据量的不断增加，传统的实验方法面临着很大的挑战，因为对大规模蛋白质互作网络的实验验证是非常难以实现的。
这时，计算机科学可以为我们提供一种新的方法，通过构建数学模型来预测蛋白质互作网络。
以蛋白质互作网络预测为例，最核心的问题是如何找到候选互作蛋白质对。
目前，有三种主流的方法可用于解决这个问题：同源模拟、非同源模拟和实验数据审查。
相比于实验方法，计算方法所产生的成果通常都更为广泛，因为计算方法可以基于大量的数据进行分析，并且一旦建立了分析模型，就可以很容易地将其应用到新的数据集中。
同源模拟是预测蛋白质互作网络的一种常用方法。
它基于已知的蛋白质结构和序列相似性，找到蛋白质之间可能的相互作用。
这个方法的优点是简单易行，但是它的准确性可能受限于已知结构的数量和质量。
此外，对于生物体系中许多蛋白质的结构未知，同源模拟方法难以发挥其应有的作用。
与之相对的是非同源模拟方法，它假设在不同生物体中由相似的蛋白质可能表明它们可能发挥相似的生物学作用，因此可以预测蛋白质之间的相互作用。
非同源模拟方法通常需要利用大量的进化信息来进行分析，因此需要更为高效的计算机算法。
实验数据审查是第三种预测蛋白质互作网络的方法。
它使用实验数据来验证已经建立的模型，从而可以使用更加准确的数据来推出新的蛋白质互作数据。
然而，这种方法相对来说通常较慢且成本很高，因为它需要进行更多的实验来验证已经建立的模型。
除了以上所述的方法外，还有许多其他的方法可以用于预测蛋白质互作网络。
例如，一些人工智能和机器学习方法也可以用来构建预测模型。
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为了更好地理解细胞的生物学活性， 必须很好地理解蛋白质单体和复合物 的功能，这就会涉及到蛋白质相互作 用的研究。因此，揭示蛋白质之间的 相互作用关系、建立相互作用关系的 网络图，已成为蛋白质组学研究中的 热点,也是后基因时代的难题所在。研 究蛋白质相互作用的方法也就具有更 为重要的意义。
蛋白质相互作用：
第九章 蛋白质相互作用网络
南京师范大学 比较基因组学与生物信息学实验室
蛋白质
蛋白质（protein）是一种复杂的有机化合 物，也称“多肽”，它由氨基酸分子排列的 线性链所构成，其氨基酸序列是由对应的 基因序列（遗传密码）所确定。
除了按照遗传密码所编码的十种标准氨基 酸外，在某些生物体中，遗传密码还包括 其他氨基酸。
d：生物体内的信号转导 路径、代谢路径和有关的 细胞过程是构建PPIN的骨 干。要了解细胞，研究和 建立上述路径模型也是至 关重要的。在许多信号转 导和代谢路径中都有蛋白 质相互作用。
一、蛋白质的功能
蛋白质的功能很多，例如以下几种最基本的 生理功能：
1.组成和修复生物体 2.调节生物体的生理机能 3.运输载体 4.供给能量
1.组成和修复生物体 蛋白质是生物体细胞的基本构成物质。 人体的肌肉、内脏、皮肤、大脑、毛 发、血液及骨骼等的主要成分都是蛋 白质。 蛋白质还可以帮助伤口血液凝固并促 进其愈合。
4.供给能量
由于蛋白质中含碳、氢、氧元素，当机体 需要时，可以被代谢系统分解，释放出能 量。
综上所述，蛋白质参与了生命的几乎所有 过程，例如遗传、发育、繁殖、物质和能 量的代谢、应激等。
揭示生物体内成千上万种蛋白质的具体功 能及其实施功能的机制，是在21世纪后基 因组时代蛋白质研究的核心内容，也是当 前生物科学极富挑战性的研究领域之一。
二、蛋白质组学
蛋白质组学（Proteomics）主要是大规模 地研究蛋白质的结构和功能。
定义：在一定时间内一个细胞或一类细胞 中存在的所有蛋白质被称为蛋白质组（ proteome），意指proteins expressed by a genome，即一个细胞或一个组织的“ 基因组所表达的全部蛋白质”。
2.调节生物体的生理机能 构成生物体差不多所有的生命活性物质，例
如： 催化体内各种生物化学反应的酶 调节机体生长、发育并行使正常生理 功能的激素
抵御外来细菌和病毒的抗体及免疫类 物质，当蛋白质充足时，一旦需要这 些抗体和免疫物质在数小时内就可以 增加数百倍。
参与细胞的信号转导，调控细胞的发 育和凋亡，乃至生物体的命运。
c：研究PPIN中蛋白质复合 体是至关重要的。一些蛋白 质可与其他多个蛋白质结合 组成蛋白质复合体。通常这 些复合体可以组成一个稳定 的单位，在一定时间内不会 发生重大变化。但也有另一 些高度动态变化的复合体可 导致细胞状态和功能的改变 。
蛋白质复合体的形态可转化为其他不同形 态，由此可以构造一种蛋白质复合体形态 演化网络。
二、蛋白质组学
蛋白质组学是应用各种技术研究蛋白质组 的一门新兴科学。
其目的是从整体的角度分析细胞内动态变 化的蛋白质组分、表达水平与修饰状态， 了解蛋白质之间的相互作用与联系，揭示 蛋白质功能与细胞生命活动规律。
三、蛋白质相互作用网络
蛋白质的相互作用(PPI, Protein-protein interaction)是指蛋白质分子之间的相关性 ，并从生物化学、信号转导和遗传网络的 角度研究这种相关性。
形成生物体的渗透压，引发生物体的 各种活动，例如肌肉的做功等。
3.运输载体
蛋白质是生物体内很多重要的代谢物和营养 素的载体。
氧、脂类、维生素、矿物质与微量元素都需 要利用各种蛋白质运输到生物体需要的地方。
例如，血红蛋白质可以输送氧；脂蛋白可以 输送脂肪。
蛋白质还可以充当营养物质储备，例如植物 种子中的大量蛋白质，就是在萌发时用的储 备。
如此复杂的相互作用，哪些是有相关功能的？哪些 是分
在研究PPIN的计算方法中面临着许多 挑战性问题。
a：为全面了解某一生物功能的机理，研究 并确定PPIN中两个节点之间相互作用的边 是需要解决的第一个重要问题，这被称为 小规模实验。
b：研究PPIN的拓扑 结构和规模，对于了 解该网络的全局性能 是非常重要的。
将此内容看作是一个“蛋白质相互作用网络 ”（PPIN）的尝试性定义。
Protein interaction：two or more proteins (same or different) interact or form complex
蛋白质相关知识及研究蛋白质相 互作用的必要性
有一些蛋白质可以以单体的形式发挥 作用，但是大部分的蛋白质都是和 伴侣分子或是与其他蛋白质一起发 挥作用的。
人类蛋白质组
基因组计划--大量的新基因不断被发现，然而单纯的基因 组DNA序列尚不能解答许多生命问题。基因是相对静态 的，而基因编码的产物—蛋白质则是动态的，具有时空性 和调节性，是生物功能的主要体现者和执行者。蛋白质的 表达水平、存在方式以及相互作用等直接与生物功能相关。
在所有生命活动中，蛋白质之间的相互作用是必不可少 的，它是细胞进行一切代谢活动的基础。细胞接受外源或 是内源的信号，通过其特有的信号途径，调节其基因的表 达，以保持其生物学特性。在这个过程中，蛋白质占有很 重要的地位，它可以调控, 介导细胞的许多生物学活性。
蛋白质相互作用 关系的复杂性， 超出任何个人或 特定机构的研究 能力。
如何研究蛋白质 相互作用？
考虑到PPIN的复杂性，研究人员往往从 多种方向和视角来研究某一生物所有的蛋 白质相互作用。
运用生物信息学 的方法由繁入简。 研究的广度
实验分析的方 法由简入繁。 研究的深度
酵母蛋白质相互作用联络图 人蛋白质相互作用联络图
1. 通过对蛋白质相互作用的研究，认识 生命活动的基本规律。（科学）
2. 利用蛋白质相互作用，发展技术，用 于研究生命活动的规律或应用性技术。 （技术）
蛋白相互作用网络
PPIN在许多生物过程和研究防治疾病中发挥 着非常重要的作用。
PPIN的研究比基因网络更为复杂和困难。 蛋白质相互作用网络近年来明显发展较快。