第九蛋白质相互作用网络精要.ppt

第九章 蛋白质相互作用网络 马飞 南京师范大学 比较基因组学与生物信息学实验室 上节课回顾：生物分子网络特征 生物分子网络具有稀疏性 生物分子网络具scale-free性质 生物分子网络具有超小世界性 生物分子网络具有层次结构 生物分子网络具有度的负关联性 生物分子网络具有一定的鲁棒性和适应性 1.生物分子网络具有稀疏性 生物网络的稀疏性的实质： 是生物在长期进化过程中达到某种优化的表现结果。 2.生物分子网络具有scale-free性质 无标度网络的显著特点： 多数节点有少量连接， 少数节点有大量连接。 这种特性表明： 生物分子网络拥有动态过程， 少数节点所代表的生物分子起到关键作用。 细胞的新陈代谢有着无标度的拓扑属性；在代谢反应中： 多数的代谢酶解物仅参与了1个或2个反应， 而少数几个酶解物则参与了众多反应，发挥着代谢中枢的作用。 3.生物分子网络具有超小世界性 小世界网络： 是指有短的平均路径长度 较大的平均聚类系数的网络。 在细胞内新陈代谢的研究中： 均通过3或4个反应的路径就能够连接多数成对的代谢物， 短的路径长度表明，对代谢物浓度的局域扰动能够迅速地遍及整个网络。 由此可见，具有超小世界效应的网络 更便于生物信息在网络的节点之间得到迅速传播。 4.生物分子网络具有层次结构 生物分子网络大致上分成四个层次： 节点 模体 功能模块 网络 功能模块： 是对生物分子网络中协同运作实现相对独立生物功能的一组节点 模块在生物分子网络普遍存在 5. 生物分子网络具有度的负关联性 度的负关联性； 具有度大的节点趋向于连接度小的节点的特点 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。 9.1 蛋白质功能 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。 蛋白质残基可以在被翻译后修饰而发生化学变化，并改变其物理、化学及生物学性能，从而改变蛋白质的功能。 多个蛋白质可以组成复合体来实现某一特定功能。 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。 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，及至生物体的命运。 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。 蛋白质还可以充满营养物质储备，例如植物种子中的大量蛋白质，就是在萌发时用的储备。 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。 9. 2 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”。 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