第九章 蛋质相互作用网络.ppt

第九章 蛋白质相互作用网络 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。 蛋白质 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。 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。 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。 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。 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”。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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