Proteomics

Dolomatov S.I., Kazakova V.V., Zukow W. Proteomics. Journal of Education, Health and Sport. 2021;11(12):158-189. (1-32). eISSN 2391-8306. DOI http://dx.doi.org/10.12775/JEHS.2021.11.12.011

https://apcz.umk.pl/JEHS/article/view/JEHS.2021.11.12.011

https://zenodo.org/record/5780423

 

 

 

 

 

The journal has had 40 points in Ministry of Education and Science of Poland parametric evaluation. Annex to the announcement of the Minister of Education and Science of December 1, 2021. No. 32343.

Has a Journal's Unique Identifier: 201159. Scientific disciplines assigned: Physical Culture Sciences (Field of Medical sciences and health sciences); Health Sciences (Field of Medical Sciences and Health Sciences).

 

Punkty Ministerialne z 2019 - aktualny rok 40 punktów. Załącznik do komunikatu Ministra Edukacji i Nauki z dnia 1 grudnia 2021 r. Lp. 32343. Posiada Unikatowy Identyfikator Czasopisma: 201159.

Przypisane dyscypliny naukowe:Nauki o kulturze fizycznej (Dziedzina nauk medycznych i nauk o zdrowiu); Nauki o zdrowiu (Dziedzina nauk medycznych i nauk o zdrowiu).

 

© The Authors 2021;

This article is published with open access at Licensee Open Journal Systems of Nicolaus Copernicus University in Torun, Poland

Open Access. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Noncommercial License which permits any noncommercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author (s) and source are credited. This is an open access article licensed under the terms of the Creative Commons Attribution Non commercial license Share alike.

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/) which permits unrestricted, non commercial use, distribution and reproduction in any medium, provided the work is properly cited.

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this paper.

 

Received: 25.11.2021. Revised: 30.11.2021. Accepted: 14.12.2021.

 

 

 

 

 

 

 

Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Polska

Wydział Nauk o Ziemi i Gospodarki Przestrzennej

 

 

 

 

 

 

 

Доломатов С.И., Казакова В.В., Жуков В.А.

 

 

Методическое пособие

 

 

ПРОТЕОМИКА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Toruń 2021

 

Dolomatov S.I., Kazakova V.V., Zukow W. Proteomics. Journal of Education, Health and Sport. 2021;11(12):158-189. (1-32). eISSN 2391-8306. DOI http://dx.doi.org/10.12775/JEHS.2021.11.12.011

https://apcz.umk.pl/JEHS/article/view/JEHS.2021.11.12.011

https://zenodo.org/record/5780423

 

 

 

 

 

The journal has had 40 points in Ministry of Education and Science of Poland parametric evaluation. Annex to the announcement of the Minister of Education and Science of December 1, 2021. No. 32343.

Has a Journal's Unique Identifier: 201159. Scientific disciplines assigned: Physical Culture Sciences (Field of Medical sciences and health sciences); Health Sciences (Field of Medical Sciences and Health Sciences).

 

Punkty Ministerialne z 2019 - aktualny rok 40 punktów. Załącznik do komunikatu Ministra Edukacji i Nauki z dnia 1 grudnia 2021 r. Lp. 32343. Posiada Unikatowy Identyfikator Czasopisma: 201159.

Przypisane dyscypliny naukowe:Nauki o kulturze fizycznej (Dziedzina nauk medycznych i nauk o zdrowiu); Nauki o zdrowiu (Dziedzina nauk medycznych i nauk o zdrowiu).

 

© The Authors 2021;

This article is published with open access at Licensee Open Journal Systems of Nicolaus Copernicus University in Torun, Poland

Open Access. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Noncommercial License which permits any noncommercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author (s) and source are credited. This is an open access article licensed under the terms of the Creative Commons Attribution Non commercial license Share alike.

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/) which permits unrestricted, non commercial use, distribution and reproduction in any medium, provided the work is properly cited.

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this paper.

 

Received: 25.11.2021. Revised: 30.11.2021. Accepted: 14.12.2021.

 

 

 

 

 

 

 

 

Nicolaus Copernicus University in Toruń, Poland

Faculty of Earth Sciences and Spatial Management

 

 

 

Dolomatov S.I., Kazakova V.V., Zukow W.

 

 

 

 

 

 

 

 

Toolkit

 

 

 

PROTEOMICS

 

 

 

 

 

 

 

Toruń 2021

 

 

 

 

Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Polska

Wydział Nauk o Ziemi i Gospodarki Przestrzennej

 

 

 

 

 

 

 

Доломатов С.И., Казакова В.В., Жуков В.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Методическое пособие

 

 

 

ПРОТЕОМИКА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Toruń 2021

 

 

 

 

 

 

Streszczenie

 

 

Proteomika

 

Dolomatov S.I., Kazakova V.V., Zukow W.

 

 

Słowa kluczowe: Proteomika

 

 

Proteomika to dział biologii molekularnej zajmujący się identyfikacją i analizą ilościową białek w obiektach żywych, a także analizą funkcji białek i ich interakcji.

Proteomika jest badana przez białka, które ulegają ekspresji w danej komórce, tkance lub organizmie w określonym czasie (w określonych warunkach).

Wiadomo, że informacja o strukturze pierwszorzędowej białka (sekwencji reszt aminokwasowych w białku) zawarta jest w genie strukturalnym w postaci sekwencji kodonów (kodu genetycznego). Z drugiej strony mniej niż 10% genów jest funkcjonalnie aktywnych (wyrażanych) w komórkach somatycznych naszego ciała. Ponadto obserwuje się wyraźną tkankowo-specyficzną ekspresję genów. To z kolei prowadzi do osobliwości składu jakościowego syntetyzowanych białek w różnych tkankach. Nie mniej ważny jest fakt, że całkowita ilość białek syntetyzowanych przez nasze tkanki jest znacznie większa niż całkowita liczba genów strukturalnych zawierających informacje o ich pierwotnej budowie. Zjawisko to tłumaczy się aktywnością takiego mechanizmu, jak alternatywny splicing i szeroka gama szlaków posttranslacyjnego przetwarzania peptydów (kowalencyjna modyfikacja polipeptydu syntetyzowanego na rybosomie) w zdrowiu i chorobie. Tym samym nawet krótki przegląd treści semantycznej terminu „proteomika” wskazuje na niezwykle złożony układ cząsteczek białek w naszym organizmie, który odgrywa podstawową rolę w utrzymaniu homeostazy i bierze udział w tworzeniu odpowiedzi adaptacyjnych w odpowiedzi na niekorzystne zmiany w środowisko wewnętrzne i zewnętrzne.

Z punktu widzenia nauk medycznych, badanie składu białkowego tkanek i płynów biologicznych, a także badanie charakteru interakcji cząsteczek białek, jest bardzo interesujące w związku z rozwojem metod diagnostycznych i farmakologicznych. terapia wielu groźnych chorób człowieka. W związku z tym aktywnie rozwijano wysoce skuteczne metody analizy białek w próbkach biologicznych, takie jak dwuwymiarowa elektroforeza żelowa, spektrometria mas i metoda otrzymywania przeciwciał monoklonalnych.

Jest oczywiste, że pojęcia proteomiki i genomiki (całości materiału dziedzicznego organizmu) są ze sobą ściśle powiązane. Tymczasem rozszyfrowanie złożonej struktury pierwotnej i organizacji przestrzennej kwasów nukleinowych i białek jest niemożliwe bez użycia metod modelowania matematycznego, specyficznego oprogramowania i potężnej technologii obliczeniowej. W szczególności bez użycia specjalnych algorytmów analitycznych i oprogramowania niemożliwe jest przeprowadzenie sekwencjonowania kwasów nukleinowych i białek. Metoda sekwencjonowania pozwala na ustalenie jedynie podstawowej struktury biopolimerów - sekwencji nukleotydów w kwasach nukleinowych i sekwencji aminokwasów w białku. W konsekwencji odtworzenie przestrzennej organizacji natywnej cząsteczki biopolimeru, jej wizualizacja, przechowywanie w specjalistycznych bazach danych oraz identyfikacja przez inne laboratoria w kolejnych badaniach również wymaga zastosowania wyrafinowanej technologii komputerowej. Zastosowanie programów komputerowych umożliwia szerokie zastosowanie metody spektrometrii mas składu białkowego komórek i płynu pozakomórkowego.

 

Abstract

 

 

Proteomics

 

Dolomatov S.I., Kazakova V.V., Zukow W.

 

 

Key words: Proteomics

 

 

Proteomics is a branch of molecular biology that deals with the identification and quantification of proteins in living objects, as well as the analysis of protein functions and their interactions.

Proteomics is studied by proteins that are expressed in a given cell, tissue or organism over a period of time (under certain conditions).

It is known that information about the primary structure of a protein (the sequence of amino acid residues in a protein) is contained in a structural gene in the form of a codon sequence (genetic code). On the other hand, less than 10% of genes are functionally active (expressed) in the somatic cells of our body. Moreover, a distinct tissue-specific expression of genes is observed. This, in turn, leads to the peculiarities of the qualitative composition of the synthesized proteins in various tissues. No less important is the fact that the total amount of proteins synthesized by our tissues is much greater than the total number of structural genes containing information about their original structure. This phenomenon is explained by the activity of such mechanisms as alternative splicing and a wide variety of post-translational peptide processing pathways (covalent modification of a polypeptide synthesized on the ribosome) in health and disease. Thus, even a brief review of the semantic content of the term "proteomics" indicates an extremely complex system of protein molecules in our body, which plays a fundamental role in maintaining homeostasis and is involved in the formation of adaptive responses in response to adverse changes in the internal and external environment.

From the point of view of medical science, the study of the protein composition of tissues and biological fluids, as well as the study of the nature of the interaction of protein molecules, is of great interest in connection with the development of diagnostic and pharmacological methods. therapy of many dangerous human diseases. Therefore, highly effective methods of protein analysis in biological samples such as two-dimensional gel electrophoresis, mass spectrometry and the method of obtaining monoclonal antibodies have been actively developed.

It is obvious that the concepts of proteomics and genomics (the entire hereditary material of an organism) are closely related. Meanwhile, deciphering the complex primary structure and spatial organization of nucleic acids and proteins is impossible without the use of mathematical modeling methods, specific software and powerful computational technology. In particular, it is impossible to perform nucleic acid and protein sequencing without the use of special analytical algorithms and software. The sequencing method allows to determine only the basic structure of biopolymers - the sequence of nucleotides in nucleic acids and the sequence of amino acids in proteins. As a consequence, the reconstruction of the spatial organization of the native biopolymer molecule, its visualization, storage in specialized databases and identification by other laboratories in subsequent research also requires the use of sophisticated computer technology. The use of computer programs enables a wide application of the method of mass spectrometry of the protein composition of cells and extracellular fluid.

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение .......................................................................................................... 7

 

 

1. ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ ......................................................................... 10

 

 

2. АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ СПЛАЙСИНГ ................................................ 16

 

 

3. ПОСТТРАНСЛЯЦИОННЫЙ ПРОЦЕССИНГ ................................ 18

 

 

4. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЛКОВОГО СОСТАВА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА .............................................. 23

 

4.1. Масс-спектрометрия белков .............................................................. 23

 

4.2. Применение моноклональных антител для определения белков ............................................................................................................. 25

 

4.3. Двумерный электрофорез белков ...................................................... 26

 

4.4. Вестерн-блот анализ белков ................................................................ 26

 

 

5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОСТИЖЕНИЙ ПРОТЕОМИКИ В СОВРЕМЕННОЙ МЕДИЦИНЕ ................................................................ 28

 

 

Список литературы ...................................................................................... 29

 

 

 

Введение

 

Протео́мика (proteomics) — раздел молекулярной биологии, посвящённый идентификации и количественному анализу белков живых объектов, а также анализу функции белков и их взаимодействия.

Объектом изучения протеомики являются белки, которые экспрессируются в данной клетке, ткани или организме в данный момент времени (в данных условиях).

Известно, что информация о первичной структуре белка (последовательности остатков аминокислот в белке) содержится в структурном гене в виде последовательности кодонов (генетический код). С другой стороны в соматических клетках нашего организма функционально активны (экспрессируются) менее 10% генов. Более того, наблюдается выраженная тканеспецифическая экспрессия генов. Что в свою очередь приводит к особенностям качественного состава синтезируемых белков в различных тканях. Не менее важен и тот факт, что совокупное количество белков, синтезируемых нашими тканями, значительно больше, чем общее количество структурных генов, содержащих информацию об их первичной структуре. Это явление объясняется деятельностью такого механизма, как альтернативный сплайсинг и широким разнообразием путей посттрансляционного процессинга пептидов (ковалентной модификации синтезированного на рибосоме полипептида) в норме и при патологии. Таким образом, даже краткий обзор смыслового содержания термина «протеомика» свидетельсвует о чрезвычайно сложной системе белковых молекул нашего организма, выполняющей базовую роль в поддержании гомеостаза и принимающей участие в формировании адаптивных реакций в ответ на неблагоприятные изменения внутренней и внешней среды.

С точки зрения медицинской науки исследования белкового состава тканей и биологических жидкостей, а также изучение характера взаимодействия белковых молекул представляет большой интерес в связи с разработкой методов диагностики и фармакологической терапии целого ряда опаснейших заболеваний человека. В связи этим активное развитие получили высоко эффективные методы анализа белков в биологических пробах, такие, как двумерный гельэлектрофорез, масс-спектрометрия и метод получения моноклональных антител.

Очевидно, что понятия протеомика и геномика (совокупность наследственного материала организма) тесно связаны между собой. Между тем, расшифровка сложной первичной структуры и пространственной организации нуклеиновых кислот и белков невозможна без использования методов математического моделирования, специфического программного обеспечения и мощной вычислительной техники. В частности, без применения специальных алгоритмов анализа и программных продуктов невозможно проведение секвенирования нуклеиновых кислот и белков. Метод секвенирования позволяет установить только первичную структуру биополимеров - последовательность нуклеотидов в нуклеиновых кислотах и последовательность аминокислот в белке. Следовательно, реконструкция пространственной организации нативной молекулы биополимера, ее визуализация, хранение в специализированных базах данных и идентификация другими лабораториями при последующих исследованиях также требует применение сложной вычислительной техники. Использование компьютерных программ делает возможным широкое применение метода масс-спектрометрии белкового состава клеток и внеклеточной жидкости.