现代育种原理与方法

蛋白质相互作用及其研究方法摘要：随着人类基因组和其它物种基因组序列测定计划的顺利完成，生物学的研究从基因组时代步入后基因组时代。作为后基因组时代的重要研究领域之一的以蛋白质间相互作用研究为中心发展起来的蛋白质组学已经成为当今生命科学研究的热点和前沿领域。研究细胞内所有蛋白质的相互作用即相互作用组，分析各种蛋白质复合物的组成及其作用方式对于我们理解生物体的复杂运行机制至关重要。关键词：蛋白质组学噬菌体展示技术酵母双杂交系统串联亲和纯化随着生命现象的研究逐渐由获取基因序列信息转向研究基因功能，一门新的学科——蛋白质组学应运而生。蛋白质组是一个在空间和时间上动态变化的整体，其功能往往是通过蛋白质之间或与核酸之间相互作用而表现出来的，这种相互作用存在于机体每个细胞的生命活动过程中，相互交叉形成网络，构成细胞中一系列重要生理活动的基础。因此，对于蛋白质相互作用的研究就成为蛋白质组学中最主要研究内容之一[1]。在过去的几年时间里，研究人员提出了很多的方法来研究蛋白质相互作用，有生物方法，也有计算生物学的方法。在这些方法之中,基于蛋白质序列的预测方法得到了极大的关注。这类方法不需要先验知识，可以广泛地用于蛋白质相互作用的研究之中。1.蛋白质-蛋白质相互作用概述1.1蛋白质的功能蛋白质是由氨基酸通过肤键构成的生物大分子化合物，生物体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。一些重要的蛋白质功能包括：(1)酶的催化，例如淀粉在消化道内由于淀粉酶的催化作用，迅速的被水解成单糖和双糖；(2)运输和贮存，例如在细胞膜中，许多膜蛋白起运输葡萄糖、氨基酸等营养物质的作用；(3)调节蛋白，例如激素通过与靶细胞相互作用发挥代谢上的作用；(4)机械支持，例如骨头和皮肤的拉力强度是由于存在胶原蛋白。大多数结缔组织主要由它构成；(5)保护蛋白，例如免疫系统中抗体蛋白保护生物体不被其它生物入侵或保护生物体免受损害。由于高通量测序技术的发展，多个物种的基因组被测序。但是在这些基因组中大部分基因所表达的蛋白质的功能是未知的。此外，由于蛋白质功能的复杂性和多样性,很多蛋白质还有未被发现的功能。目前利用计算方法对蛋白质功能进行预测和注释已成为越来越有效的一种手段。细胞内大多数蛋白质主要是通过蛋白质一蛋白质相互作用来实现其功能。蛋白质相互作用存在于生物体每个细胞的生命活动过程中，相互交叉形成网络，构成细胞中一系列重要生理活动的基础。我们可以利用蛋白质之间的相关性，对未知功能的蛋白质进行注释,也就是根据蛋白质相互作用网络中某个蛋白质的连接情况从整体水平上预测蛋白质的功能[2]。1.2蛋白质的相互作用蛋白质是细胞生命活动的重要执行者和调控者。尽管有一些蛋白质是以单体的形式发挥作用，但大部分蛋白质却是通过与其它蛋白质或者配体分子结合来参与细胞中的生命活动。蛋白质分子的相互作用包括多种方式，有蛋白质-蛋白质相互作用，蛋白质-DNA相互作用，蛋白质-RNA相互作用等。蛋白质-蛋白质相互作用(Protein一proteininteraction,PPI)指的是一个蛋白质与另一个蛋白质之间的相互关系，它们之间可以直接接触(物理相互作用)，也可以不接触，而仅是功能上关联(遗传相互作用)。蛋白质一蛋白质相互作用在生命活动中起着核心作用，例如：DNA复制、转录、蛋白质翻译、修饰和定位以及信息转导等众多生命过程中均涉及到蛋白质相互作用。蛋白质与蛋白质之间相互作用的研究将能够从分子水平上揭示蛋白质的功能，帮助揭示生长发育、新陈代谢、分化和凋亡等细胞活动的规律。同时，正确理解蛋白质相互作用也为探讨疾病机理、疾病治疗、疾病预防以及药物靶点发现和药物设计等方面提供了重要的理论基础。1.3蛋白质相互作用机理蛋白质相互作用在很大程度上是由疏水效应驱动的，氢键和静电相互作用也起着至关重要的作用。此外，共价键也是很重要的。蛋白质相互作用的物理化学原理是一般性的，在体外检测到的很多蛋白质相互作用是生物实验中的过表达或者晶体效应造成的，从而加大了蛋白质相互作用研究中的复杂性。为了能够准确预测蛋白质相互作用，我们也需要从化学角度来研究蛋白质之间的相互联系，包括形状互补、氨基酸残基组织、以及物理/化学结构成分对相互作用稳定的贡献等。蛋白质是通过其表面区域\与另外一个蛋白质发生相互作用的。因此对蛋白质相互作用研究的焦点也就集中在蛋白质的结合表面这一部分。一般我们是通过计算残基或原子的溶剂可及表面积(solventaccessiblesurfacearea,SASA)来判断蛋白质中哪些残基或原子是处于蛋白质结合面的。如果一个蛋白质分子与另一个蛋白质分子之间有相互作用，那么位于其中一个蛋白质分子表面的原子将会与对应的另一个蛋白质分子表面的原子发生相互作用。为了理解蛋白质分子间的相互作用，人们对蛋白质相互作用结合面的性质作了深入研究。这些性质包括相互作用的强度!结合面的形状及组成!残基的疏水性、进化保守性、溶剂可及表面积和二级机体细胞内蛋白质之间相互交叉作用形成网络，构成各项生理活动的基础。因此了解、阐明蛋白质之间相互作用的机制意义重大。各种新的研究技术不断涌现，尤其随着生物信息学的出现，多种方法技术并存，相互间交叉互补，已愈来愈成为研究蛋白质相互作用研究方法的主要特点，对于准确理解蛋白质功能、揭开各种细胞活动的奥秘具有重大的意义，势必会引导蛋白质组学的发展进入一个全盛时期。参考文献[1].王海波,安学丽,张艳贞,等.蛋白质相互作用研究方法及其应用[J],生物技术通报,2006：167-170.[2].StrongM,MalliekP,PellegriniM,etal.2003.InfereneeofProteinfunetionandProteinlinkagesinMycobacteriumtuberculosisbasedonprokaryoticgenomeorganization:acombinedcomputationalapproach[J].GenomeBiol,4(9):R59.[3].夏俊峰.2010.蛋有质相互作用及其结合面热点残基的预侧方法研究[D].中国科学技术大学博士学位论文.[4].KeskinO,MaB,NussinovR.2005.HotregionsinProtein-Proteininteractions:theorganizationandcontributionofstructurallyconservedhotspotresidues[J]:Journalofmolecularbiology,345(5):1281一1294.[5].SmithGP.Science,1985,228(4705):1315~1317.[6].ScottJK,etalScience,1990,249(4967):386~390.[7].HoessRH.CurrPharmBiotechno,l2002,3(1):23~28.[8].FieldsS,etal.Nature,