Введение в протеомику презентация

пространственной структуры белков
Базы данных в протеомике
Интерактомика и протеомика
Клиническая протеомика

постгеномная дисциплина
Инструментарий протеомики
Приложения протеомики

53 000 а.е.м.









Титин — компонент саркомеров мышц, самый большой из известных полипептидов
34350 аминокислотных остатков – 2 993 442.763 а.е.м.

Размер белков коррелирует с молекулярной массой, которая обычно выражается в кДа, 1 кДа=1000 а.е.м.

C132983H211861N36149O40883S693

изоэлектрическая точка

Изоэлектрическая точка
в основном - 5,5 до 7,0,
значения лежат в экстремальных областях для специализированных белков:
пепсин -  pI ~ 1, желудочный сок
сальмин -  pI ~ 12, протамин молок лосося (высокое содержание аргинина)

Белки, связывающиеся с нуклеиновыми кислотами за счёт электростатического взаимодействия с фосфатными остатками нуклеиновых кислот, часто являются основными белками. Примером таких белков служат гистоны и протамины.

фиброин.





гидрофильные и гидрофобные.
Гидрофильные – большинство белков цитоплазмы, ядра и межклеточного вещества, в т.ч. нерастворимые кератин и фиброин.
Гидрофобные - большинство белков, входящих в состав биологических мембран интегральных мембранных белков, которые взаимодействуют с гидрофобными липидами мембраны (есть и небольшие гидрофильные участки).
Для извлечения гидрофобных белков из мембраны используют метод солюбилизации детергентами.

– катализаторы химических реакций
Сигнальные белки – участвуют в передаче сигнала.
Регуляторные – специфически контролируют скорость химических реакций или поступления веществ в клетку
Структурные
Транспортные
Двигательные
ДНК и РНК связывающие
Защитные

белки, шапероны, белки протеосомы
Сигнальные и ДНК-связывающие белки – 20-25%
Функция неизвестна – 40%
Функциональная геномика – поиск функций неизвестных генов

Гены и геномы

Гомологичные последовательности называют ортологичными, если к их разделению привел акт видообразования: если ген существует у некоего вида, который дивергирует с образованием двух видов, то копии этого гена у дочерних видов называются ортологами. Гомологичные последовательности называют паралогичными, если к их разделению привело удвоение гена: если в пределах одного организма в результате хромосомной мутации произошло удвоение гена, то его копии называют паралогами.

30-80% от возможных продуктов генома
Кол-во белка в клетке зависит от нескольких факторов:
Скорость транскрипции
Скорость трансляции
Скорость деградации белка
Используемость кодонов

одна из последних стадий процесса биосинтеза белка для многих белков.

ацетилирование
фосфорилирование
гликозилирование
изменение природы аминокислоты
метилирование
протеолиз

структуру.
Независимая структурная единица.
Может эволюционировать независимо от остального белка

На основании доменной структуры белки подразделяются на семейства
Примеры доменов: Zn-пальцы, домены иммуноглобулинов

цитомика - цитом
пептидомика - пептидом

Транскриптом - Протеом

Несколько уровней регуляции ген-функция
Белки – молекулы, реализующие физиологический эффект

из: Graves and Haystead, 2002

Одни и те же гены, но...

и "genOMe"

Клеточный протеом – все белки определенной клетки на конкретной стадии дифференцировки, развивающейся в определенных условиях.
Гепатоцит (клетка печени) содержит 10000-20000 различных белков, каждый из которых может находиться в количестве 20 тыс. – 100 млн. копий на одну клетку.
Протеом гепатоцита имеет массу 0,5 нг, что составляет 18-20 % от общей массы клетки.

Общий протеом организма - весь набор белков конкретного организма в данный момент времени, и в том числе объединяет различные клеточные протеомы.
Один и тот же организм может иметь различный протеом в зависимости от стадии жизненного цикла, окружающих условий среды и т.д.
Протеом человека включает в среднем 2 миллиона различных белков, каждый из которых имеет свою структуру и обладает различными функциями.

белок-белковые взаимодействий (с интерактомикой)
5) установление характера посттрансляционных модификаций
6) структурный анализ белков протеома
7) экспериментальная биоинформатика в области протеомики (создание и усовершенствование существующих экспериментальных и биоинформационных методов и выявление новой информации и создание новых баз данных о белках)
7) поиск биомаркеров патологических процессов
8) установление механизмов возникновения заболеваний на молекулярном уровне

Цель протеомики - идентификация, характеристика и количественный учет ВСЕХ белков метаболического пути, органеллы, клетки, ткани, органа и всего организма.

Протеомика: цель и задачи

Объект исследования - протеомы

не охарактеризован ни один эукариотический протеом

Proteome Organization / HUPO).

Journal of Proteome Research
(January 4, 2013, Volume 12, Issue 1)

Интеграция и обработка данных в швейцарском институте биоинформатики (SIB), Женева

Деятельность: реализация проекта «Протеом человека» (HPP)
«Хромосомный» подход к протеомике

и обработки полученной информации

информации из «шумных» или слишком объёмных данных о структуре ДНК и белков, полученных экспериментально.

Биоинформа́тика
математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике (геномная биоинформатика).
разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры белков (структурная биоинформатика).
исследований стратегий, соответствующих вычислительных методологий, а также общее управление информационной сложности биологических систем.

Биоинформатика помогает связать геномные и протеомные проекты, к примеру, помогая в использовании последовательности ДНК для идентификации белков.

о поведении отдельных белков
наиболее часто используемый подход в протеомном анализе

from: Pandey and Mann, 2000

Дифференциальная экспрессия генов

образцов жидкостей организма и образцов тканей, полученных биопсией.
Анализ белковых фенотипов и посттрансляционных модификаций в жидкостях, клетках или тканях.
Изучение клональности иммуноглобулинов и определение клонов, которые не могут быть определены обычными методами.
Наблюдение за процессом течения болезни и экспрессией белков.
Определение новых биомаркеров болезней и/или шаблонов в клетках и тканях.

Слюна
Пот
Слезная жидкость

Твердые ткани
Сердце
Мозг
Щитовидная железа
Мышца
Злокачественые опухоли
Культура тканей
Малигнизированные клетки
Бактериальные белки

Young & Tracy Journal of Chromatography A, 698 (1995) 163-179

геномов
Эволюционный анализ
Идентификация видовой принадлежности

служить в качестве индикатора физиологических и патологических биологических процессов или фармакологических ответов на терапевтическое вмешательство.

Биомаркер (биологический маркер) – это исследуемый параметр, измерение которого отличается высокой точностью, надежностью и воспроизводимостью, что позволяет отражать напряженность физиологических процессов, состояние здоровья, степень риска или факт развития заболевания, его стадию и прогноз.

Биомаркер – это характеристика (биологический признак), которая используется в качестве индикатора биологического состояния всего организма.

в организме (рост, вес, спортивная форма, протекание беременности, старение).
Выявление заболеваний, подбор лечения, оценка его эффективности.
Прогнозирование течения и исхода заболевания.
Определения негативных эффектов внешней среды, в том числе химических отравлений, радиационного облучения и др.
Разработка новых лекарственных средств.

по уровню содержания в организме тех или иных веществ.
Высокий уровень ЛПНП может указывать на высокий риск развития атеросклероза. • Верификационные
Подтверждающие заболевания на субклинической стадии.
Микроальбуминурия появляется у лиц с сахарным диабетом ещё до того, как появятся первые клинические проявления. • Диагностические биомаркеры
Используются для идентификации определенного заболевания.
Повышение концентрации тропонина в крови указывает на инфаркт миокарда, а гликолизированного гемоглобина — на сахарный диабет. • Биомаркеры состояния
Используются для определения тяжести заболевания.
Мозговой натрийуретический пептид — для определения функционального класса застойной сердечной недостаточности. • Прогностические.
Используются для оценки прогноза развития заболевания, его возможного исхода и оценки эффективности лечения. Например, биомаркеры рака при опухолях или гликозилированный гемоглобин при диабете. • Фармакодинамические биомаркеры.
Используются при разработке лекарств и выявляют определенный фармакологический ответ, что необходимо при исследованиях по оптимизации дозировок лекарств.

организмах.
Цель протеомики - интегральное изучение поведения и функций клеточных белков в живой клетке
Задачи протеомики:
– каталогизация всех белков, синтезируемых различными типами клеток; – выяснение характера влияния возраста, условий окружающей среды и заболеваний на синтезируемые клеткой протеины; – выяснение функций идентифицированных белков; – составление схем связей между повышением или понижением уровня синтеза белков и происходящими в организме процессами, например, при развитии заболевания, инфицировании организма или биохимическими реакциями сельскохозяйственного растения, происходящими в ответ на нападение насекомых; – изучение взаимодействий различных белков с другими белками, содержащимися внутри клетки и во внеклеточном пространстве.
Основная методология
– двумерный электрофорез
– хроматография
– масс –спектрометрия
- биоинформатика