Протеом и протеомика

Одним из необходимых условий функционального анализа генома является также познание его протеома. Термин "протеом" появился уже в 1994 году для описания совокупности белков, экспрессируемых геномом на протяжении жизни клетки. Полное познание протеома - одно из необходимых условий функционального анализа генома. Наука о наборах белков в клетках при разных физиологических состояниях и функциях этих белков получила название протеомика. Задача протеомики на несколько порядков сложнее, чем у геномики - инвентарзация белков, т.е. реально работающих генов в клетке.

Существенная разница между геномикой и протеомикой, обусловлена тем, что геном данного вида, как правило, достаточно стабилен, в то время как протеом индивидуален не только для разных клеток одного индивида, но и для одной клетки в зависимости от ее состояния (деление, покой, дифференцировка и т.д.). Т.е. протеом - понятие динамичное (в отличие от генома). Это связано с тем, что в клетках про- и эукариот никогда не происходит экспрессия всех имеющихся в наличии генов, а лишь части из них. Белки или протеины (отсюда протеом) — продукты генной активности, выполняют в клетке и многоклеточном организме самые разнообразные биологические функции (ферменты, ростовые гормоны, рецепторные и регуляторные белки и т.д.). При этом общий состав клеточных белков постоянно меняется в зависимости от фазы цикла клеточного деления, тканевой принадлежности и стадии дифференцировки у многоклеточных организмов, внешних воздействий и т.д. Кроме того, помимо набора, меняется еще и количество белков: от нескольких молекул до нескольких тысяч на клетку.

Основной задачей протеомики является предсказание функциональной роли отдельных белков путем экспериментального сопоставления их качественного и количественного состава в клетке на разных стадиях и в разных состояниях ее развития. Помимо этого, в задачу протеомики входит установление взаимосвязи между структурой белка и его функциями, что вплотную сближает это направление с функциональной геномикой. Важной задачей является понимание механизмов фолдинга белков, т.е. складывания полипептидной цепи в функционально активную трехмерную структуру. От пространственного (трехмерного) строения белков зависит их биологическая функция. Понимание механизмов фолдинга также важно для биотехнологии и развития белковой инженерии. Кроме того, возникновение многих нейродегенеративных заболеваний у человека и животных (наиболее яркий пример - коровье бешенство) связано с наличием в их организме прионов - белков с ненормальным фолдингом.

В протеомике сразу был взят медицинский уклон: в первую очередь стали изучать те белки, которые важны для понимания механизма заболевания и диагностики. Протеом человека содержит около 250 тыс. различных белков, в то время как число белоккодирующих генов приблизительно 32 тыс. Такое оказалось возможным благодаря альтернативному сплайсингу и свидетельствует о том, что в геноме осуществляется принцип экономии генетического материала (компактная запись), а с другой стороны, благодаря регулируемой комбинаторике экзонов достигается большой выбор генных продуктов — белков.