生物信息學在蛋白質(zhì)組學上的應用

盛銘浩

摘 要：在后基因時代的研究新領域當中，蛋白質(zhì)組學具有十分重要的標志性意義。生物信息學的不斷發(fā)展，極大的促進了蛋白質(zhì)組學的進步。本文通過生物信息學與蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)分析、蛋白質(zhì)功能這幾個方面的分析，闡述了生物信息學在蛋白質(zhì)組學上的應用。

關鍵詞：生物信息學；蛋白質(zhì)組學；應用

前言：隨著社會科技的快速發(fā)展，在信息時代下，軟硬件不斷進行更新?lián)Q代，使得生物信息學得到了極大的進步。在后基因時代，為生物學方面的研究提供了更加準確、新穎、快捷的研究方式。在與基因組時代相比較，蛋白質(zhì)組具有比基因組更大的挑戰(zhàn)性和復雜性，因此需要大量有序的數(shù)據(jù)由生物信息學提供。由此可見，在現(xiàn)代生物信息學的發(fā)展當中，對蛋白質(zhì)組學的數(shù)據(jù)進行應用、處理、搜選等，具有十分重要的意義。

一、生物信息學和蛋白質(zhì)組學的概念

（一）生物信息學

隨著人類基因組計劃的啟動，新興了一門交叉學科，就是生物信息學。在該學科當中，包含了對生物信息的解釋、分析、儲存、處理、獲取等工作，綜合了生物醫(yī)學、計算機學、統(tǒng)計學、數(shù)學等學科工具，對生物學數(shù)據(jù)當中所包含的生物學意義進行分析和闡釋。在具體的應用當中，生物信息學的研究對象主要是一些生物大分子，例如蛋白質(zhì)、核酸等的數(shù)據(jù)庫。研究手段通常采用計算機科學、統(tǒng)計學原理和數(shù)學知識，以此進行加工、注釋、管理、整理、存儲這些生物學原始試驗數(shù)據(jù)，使其形成的生物信息當中，具有明確的生物學意義。通過分析、比較、搜索、查詢生物的信息，從中獲得蛋白質(zhì)與核酸的相互關系、結(jié)構(gòu)功能、基因調(diào)控、基因編碼等信息，實現(xiàn)對未知世界的探索。

（二）蛋白質(zhì)組學

蛋白質(zhì)組學指的是全部的蛋白質(zhì)及其全部基因表達的存在方式，是在特定的時空當中，一個完整生物體、組織或是細胞當中，擁有的所有蛋白質(zhì)。相比于基因組的概念，蛋白質(zhì)組的概念具有很多方面的不同，在環(huán)境狀態(tài)、組織等條件發(fā)生變化時，它都會隨之改變。蛋白質(zhì)組的特點是多變、復雜，在同一生物體的相同細胞當中，如果環(huán)境和時期不同，其中的蛋白質(zhì)數(shù)量和種類都會存在差異。由此可以看出，蛋白質(zhì)組并不是基因組的直接產(chǎn)物，在有些時候，基因組的數(shù)量可能還要小于蛋白質(zhì)的數(shù)量[1]。在對大范圍蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)組的應用、分析、分離的過程中，蛋白質(zhì)組學是最主要的應用學科。與傳統(tǒng)的某一類或單個蛋白質(zhì)進行研究不同，蛋白質(zhì)組學是對全部蛋白質(zhì)的變化規(guī)律和動態(tài)進行研究。

二、生物信息學在蛋白質(zhì)組學上的應用

（一）生物信息學與蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫

近年來，隨著計算機技術、大型服務器技術、互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和應用，極大的提高了研究蛋白質(zhì)組的準確度和效率。在蛋白質(zhì)組當前的研究能力和研究水平中，蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫是一個重要的標志。目前，生物學數(shù)據(jù)庫的總數(shù)量已經(jīng)達到了500個以上，而其中關系到蛋白質(zhì)的數(shù)據(jù)庫就超過了300個。因此，在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫當中，生物信息學發(fā)揮著十分重要的作用。從不同的方面入手，可將蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫分為不同的類別。例如，可以根據(jù)數(shù)據(jù)存儲方式的不同、存儲種類的不同、數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的不同、專業(yè)數(shù)據(jù)庫的不同等方面進行劃分。

（二）生物信息學與蛋白質(zhì)分析

在分析蛋白質(zhì)組的時候，不單單是在查閱數(shù)據(jù)庫和整合資料方面能夠體現(xiàn)出生物信息學的作用，在蛋白質(zhì)組研究領域當中，生物信息學軟件的應用，更是發(fā)揮了至關重要的作用。在蛋白質(zhì)分析軟件的實際應用當中，綜合應用蛋白質(zhì)組研究中的鑒定技術和分離技術，采用質(zhì)譜數(shù)據(jù)綜合分析、Edman降解序列組合、2—DE圖像分析等方法，對蛋白質(zhì)進行識別[2]。同時利用電點、結(jié)構(gòu)域、結(jié)構(gòu)預測、序列分析等性質(zhì)檢測方法，預測和分析有價值的未知蛋白質(zhì)。在蛋白質(zhì)分析和預測當中，主要有蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)分析、蛋白質(zhì)物理性質(zhì)預測、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預測、蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)等工具和方法。

（三）生物信息學與蛋白質(zhì)功能

隨著生物信息學的不斷發(fā)展，在預測和分析蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的同時，也能夠全面的預測和分析已知或未知的基因產(chǎn)物。在實際應用中，模式識別是生物信息學最為常用的分析方法，該方法利用蛋白質(zhì)序列結(jié)構(gòu)中的一些特殊特征模體，對相關的蛋白質(zhì)性質(zhì)進行識別[3]。也就是在新的蛋白質(zhì)序列當中，對具有標志性的結(jié)構(gòu)或序列進行發(fā)現(xiàn)，同時對相應模式進行建立。之后從已知蛋白質(zhì)的數(shù)據(jù)庫當中，進行相似模式的搜集，從而對蛋白質(zhì)歸屬進行判斷，并對其功能進行預測。只有在一些特殊的條件和時期，一些基因才會被激活，從而得以正常的表達，而根本無法在正常人工模擬的環(huán)境當中進行表達。針對這種情況，也可以對生物信息學的方法進行應用，通過對未知蛋白質(zhì)的預測、分析、計算，對其相應的功能信息進行獲取。

結(jié)論：蛋白質(zhì)是構(gòu)成細胞和生物體的基本物質(zhì)之一，蛋白質(zhì)組在不同的生物體、不同的細胞、甚至不同的環(huán)境和時期當中，都表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。加深對蛋白質(zhì)組學的研究，能夠幫助我們更好的了解其特性。而在蛋白質(zhì)組學的實際研究當中，生物信息學是必不可少的一個重要學科。通過應用生物信息學，能夠更好的認識和了解蛋白質(zhì)組，同時還能夠預測和分析新的蛋白質(zhì)組及其功能，從而更好的促進生物學相關領域的發(fā)展。

參考文獻

[1]馬袁君，程震龍，孫野青. 生物信息學及其在蛋白質(zhì)組學中的應用[J]. 生物信息學，2013，10（01）：38-39.

[2]陳永對. 生物信息學在基因組和蛋白質(zhì)研究中的應用[J]. 中國臨床康復，2012，41（03）：136-139.

[3]南巖東，楊拴盈，田應選，霍淑芬，杜潔，金發(fā)光. 基于鳥槍法蛋白質(zhì)組學和生物信息學技術對肺鱗癌表達蛋白質(zhì)譜的分析[J]. 西安交通大學學報（醫(yī)學版），2011，12（01）：10-16.