Протеомика

Протеомика – наука изучающая структуру и функции белков, а также анализирующая сложную сеть белок-белковых взаимодействий внутри живой клетки.

Основные вопросы протеомики можно сформулировать следующим образом: Какова структуру и свойства каждого отдельно взятого белка? Каков набор белков в каждой конкретной клетке организма? Каким образом взаимодействуют между собой многочисленные и разнообразные белки внутри клетки? Какие белки находятся в узлах многокомпонентной сети, и каким образом осуществляется регуляция активности каждого белкового компонента этой сети? К сожалению, до сих пор нет полного ответа на эти вопросы. В то время как геном многих организмов расшифрован и описана нуклеотидная последовательность множества генов, функции значительного количества генов (а, следовательно, и белков, которые они кодируют) остаются неизвестными.

↑Методы и основные задачи протеомики

Важную роль в изучения структуры белков играют методы секвенирования, т.е. методы, позволяющие определять последовательность аминокислот в составе белка (первичную структуру белка). Для изучения пространственной организации аминокислот в структуре белка (вторичная и третичная структура белка) широко используются спектроскопические методы (метод кругового дихроизма и метод инфракрасной спектроскопии и др.). Методы ЯМР и рентгеноструктурный анализ дают наиболее полную и подробную информацию и третичной структуре белка и позволяют исследовать структуру белка с разрешением до 1-3 Å . Данные о третичной структуре белка дают важную информацию о функциях, выполняемых данным белком, при этом зачастую белки со схожими функциями обладают сходной пространственной структурой. Методы ультрацентрифугирования и гель-фильтрации позволяют исследовать четвертичную структуру белка. Использование комбинации описанных приемов позволяет подробно охарактеризовать структуру и свойства каждого отдельно взятого белка и таким образом получить ответ на один из основных вопросов протеомики.

Другой важной проблемой протеомики является характеристика полного состава всех белков, экспрессируемых в данной конкретной клетке. Для решения этой проблемы используется метод двумерного (2D) гель-электрофорез, сопряженный с масс-спектрометрией. 2D электрофорез позволяет разделить большинство белков, входящих в состав клетки, а метод масс-спектрометрии позволяет однозначно идентифицировать каждый из белков. Целью такого рода исследований является сравнение экспрессии белков в норме и при действии различных факторов или при различных патологических состояниях. Определение уровня экспрессии конкретных белков (белков-маркеров) может быть использовано в диагностике онкологических, нейродегенеративных и других заболеваний.

Для понимания процессов, протекающих в клетке, мало знать природу и набор белков, экспрессируемых в тех или иных условиях. Крайне важным является изучение вопроса о том, какие белки взаимодействуют друг с другом и как такого рода взаимодействия влияют на из структуру и свойства белков-партнеров. Для анализа взаимодействия белков применяются методы коиммунопреципитации (сорбции белка-антигена и его белков-партнеров на иммунном сорбенте) с последующей масс-спектрометрией для идентификации белков-партнеров, двугибридный метод, фаговый дисплей и многие другие. Определение белков-партнеров может дать важную информацию о механизме функционирования исследуемого белка, а определение белок-белковых взаимодействий позволяет описывать различные процессы, протекающие внутри клеток.

↑История протеомики

Начало развития протеомики можно связать с опытами Фредерика Сенгера. В 1940-х и 50-х годах он изучал структуру инсулина и впервые определил его аминокислотную последовательность и положение дисульфидных связей. Сенгер предложил метод секвенирования белков с использованием динитрофторбензола.

• Секвенирование белков (Сенгер)
• Кристаллизация (Самнер и др.)
• Масс-спектрометрия
• Современные протеомные исследования