科普｜人类蛋白质及其蛋白质组学

蛋白质，作为生物体的重要组成成分，是维持生命活动不可或缺的物质。它们存在于人体的每一个细胞中，从头发丝到指尖，从内脏到骨骼，蛋白质无处不在，发挥着至关重要的作用。那么，什么是蛋白质？它们在我们的身体中扮演着怎样的角色？而蛋白质组学又是一门怎样的科学呢？

一、蛋白质的基础

蛋白质是一种由氨基酸通过肽键相互连接而成的复杂有机化合物。人体内存在20多种不同的氨基酸，它们通过肽键的形成，相互连接成为肽链。肽链经过折叠和卷曲，形成了蛋白质的三维空间结构，这种复杂的空间结构赋予了蛋白质多种多样的生物功能。

蛋白质的种类和功能繁多，涵盖了酶、激素、抗体、肌肉蛋白等众多成员。它们在人体中发挥着至关重要的作用，如维持肌肉和骨骼健康、促进免疫系统功能、促进身体组织的修复、作为能量来源、参与人体物质代谢、调节机体渗透压以及促进生长发育等。

二、蛋白质的重要性

蛋白质是肌肉增长和维持瘦体重的必要营养元素。在力量抗组训练中，增加每日的蛋白质摄入可以提高人体的骨骼肌比重。人体一直处于一种叫“蛋白质转化”的恒定状态中，力量训练的过程中，肌肉组织不断被破坏、修复、再生，在这个过程中，必须保持蛋白质的摄入来保持身体氮平衡。

蛋白质的热效应很高，消化蛋白质本身就需要消耗大量的能量。相对于碳水和脂肪，身体需要调动额外30%的能量来消化蛋白质。因此，高蛋白饮食可以帮助提高基础代谢和帮助减脂。摄入蛋白质时，身体会调动身体存储的脂肪来供能。如果摄入蛋白质不足，身体会难以调动脂肪来供能，转而使用肌肉来优先供能。

此外，蛋白质还有助于保持血液中PH值、在减脂过程中保护肌肉组织、在低碳或无碳饮食中提供能量、帮助建立并维持健康的激素水平等。

三、蛋白质组学的概念

蛋白质组（Proteome）指的是一个细胞或组织由整个基因组表达的全部蛋白质。而蛋白质组学（Proteomics）则是从整体的角度，分析细胞（或组织等）内动态变化的蛋白质组成成分、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等活动规律的一门新的科学技术。

每个物种都有自己的、独特的蛋白质组。与基因组（每个生物体内的全套基因）不同，蛋白质组的组成随着时间和整个生物体的变化而不断变化。因此，当科学家提到蛋白质组时，有时也是指某一特定时间点的蛋白质组（如胚胎与成熟生物体），或指生物体内某一特定细胞类型或组织的蛋白质组。

四、蛋白质组学的研究方法

目前蛋白质组学的研究主要是基于质谱进行检测。根据是否加入标记可以分为两大类：非标记定量技术和标记定量技术。非标记定量技术如Label Free和DIA，标记定量技术如TMT和iTRAQ。根据数据采集模式又可以分为数据依赖性的扫描模式（Data-dependent acquisition, DDA）和数据非依赖性的扫描模式（Data-independent acquisition, DIA）。

iTRAQ/TMT标记定量蛋白质组研究是对一个基因组表达的全部蛋白质或一个复杂混合体系内所有蛋白质进行标记，利用标记试剂中的二级报告离子来对蛋白进行精确鉴定和定量。这种方法具有适用范围广、高通量、结果可靠、灵敏度高、分离能力强、自动化程度高等优点。

除了基于质谱的方法外，还有基于抗体的方法（如ELISA和Western blotting）、二维凝胶电泳、基于色谱的方法等。这些方法可用于从复杂的生物混合物中分离和纯化蛋白质，并进一步分析蛋白质的表达水平和功能。

五、蛋白质组学的应用

蛋白质组学的应用多得令人难以置信，而且种类繁多。它可以用于生物疾病标志物研究、生物疾病发生发展过程分子机制研究、化学或生物药物作用靶点研究、化学或生物药物作用机理信号转导研究等。

在临床医学中，蛋白质组学可以帮助医生更准确地诊断疾病、预测疾病的发展趋势以及制定更有效的治疗方案。在药物研发中，蛋白质组学可以揭示药物作用的靶点和机制，为新药的开发提供有力的支持。

此外，蛋白质组学还可以用于研究生物体的代谢过程、信号传导途径以及基因表达调控等。这些研究有助于我们更深入地了解生物体的生命活动规律，为生命科学的发展提供新的思路和方法。

六、结语

蛋白质作为生命的基石，在人体内发挥着不可或缺的作用。了解蛋白质的基本概念、组成结构、化学性质、生理功能以及蛋白质组学的研究方法和应用，有助于我们更好地认识蛋白质的重要性，并在日常生活中合理摄入蛋白质，保持身体健康。

同时，对于特定人群来说，还需要根据自身情况调整蛋白质的摄入量和来源，以维护身体健康。在未来的研究中，科学家们将继续探索蛋白质在人体内的奥秘，以期发现更多与蛋白质相关的疾病治疗方法和健康保健策略。随着科技的进步和医学的发展，相信我们对蛋白质的认识和利用将越来越深入和广泛。

来源：本作品借助AI撰写主编：南山编辑：妍初