Usuari:Roger olivella/proves
La proteòmica és l'estudi bioquímic de les proteïnes.[1][2] El proteoma és el conjunt sencer de proteïnes expressada per un genoma, cèl·lula, teixit biològic o un organisme,[3] el terme proteoma és un portmanteau de proteïna i genoma. El terme proteòmica, per la seva banda, deriva de proteïna i genòmica.
La proteòmica permet determinar composició aminoacídica, la presència de modificacions post-traduccionals (com fosforilacions, acetilacions i d'altres) i d'isoformes (proteïnes diferents que depenen del mateix gen), permet analitzar la composició de complexos proteics (grups de proteïnes íntimament relacionades que constituexen una unitat funcional), tanmateix permet explorar el conjunt de proteïnes que s'expressen en un determinat moment i localització (per exemple, un teixit, un conjunt de cèl·lules o bé un embrió de mosca en un moment concret del desenvolupament), aquest conjunt de proteïnes es denomina proteoma. En un sentit més restringit, el proteoma és la imatge dinàmica de totes les proteïnes expressades per aquest organisme, en un moment donat i sota determinades condicions concretes de temps i ambient. Cal tenir en compte que les cèl·lules expressen diversos milers de proteïnes diferents i cadascuna d'elles pot experimentar nombroses modificacions en resposta a microambients diferents.
La proteòmica és una ciència relativament recent. Per a consolidar-ne el creixement, ha estat necessària la solidificació definitiva de l'espectrometria de masses com a tècnica aplicada a l'anàlisi de molècules biològiques i el creixement exponencial en el nombre d'entrades corresponents a gens i/o proteïnes en les bases de dades. Això, combinat amb l'ocupació de potents mètodes de fraccionament i separació de pèptids i proteïnes com el 2D-PAGE (electroforesi de poliacrilamida de dues dimensions) i la cromatografia líquida d'alta resolució (HPLC), ha permès consolidar la proteòmica, des de mitjan anys 90 del segle passat, com a ciència per a l'anàlisi massiva de proteïnes.[4]
Complexitat del problema[modifica]
La proteòmica és considerada el següent pas en l'estudi d'un sistema biològic, després de la genòmica. És més complicada que la genòmica perquè mentre que el genoma d'un organisme és més o menys constant, el proteoma difereix d'una cèl·lula a una altra i d'un moment a un altre. Aquests es deu al fet que en els diferents tipus de cèl·lules s'expressen gens diferents, la qual cosa implica que s'ha de determinar fins al conjunt bàsic de proteïnes produït en una cèl·lula. Un factor addicional de complexitat són les modificacions que pot patir l'estructura o seqüència bàsica de la proteïna, és a dir, aquella que apareix codificada en el genoma. Aquestes modificacions provenen bàsicament de dues fonts: la retallada o Splicing alternatiu[5] dels ARNm que codifiquen la proteïna i les modificacions postraduccionals (fosforilació, metilació, acetilació, etc) que normalment serveixen per modificar o modular l'activitat, funció o localització d'una proteïna en diferents contextos fisiològics o metabòlics. Ambdues fonts de complexitat incrementen substancialment el nombre de proteïnes diferents que poden existir: s'estima que a partir dels 25 000-30 000 gens que codifiquen proteïnes en el genoma humà, podrien generar-se un nombre de proteïnes diferents que oscil·laria entre 500 000-1 000 000.
En el passat, l'anàlisi dels gens que s'expressaven en diferents tipus de cèl·lules i teixits i en diferents contextos fisiològics era realitzat principalment mitjançant una anàlisi de ARNm, però es va comprovar com sovint no existeix una correlació directa entre el contingut en ARNm i el contingut proteic.[6][7] Se sap que l'ARNm no sempre es tradueix a una proteïna, i que la quantitat de proteïna produïda per una quantitat donada d'ARNm depèn de l'estat fisiològic de la cèl·lula.[8] No obstant això, estudis recents han confirmat que, com a mínim en llevat, existeix una alta correlació entre el nombre de còpies d'ARNm i el de molècules de proteïna traduïdes a partir d'aquell.[9] Les tècniques proteòmiques actuals permeten confirmar la presència o absència d'una o més proteïnes concretes i determinar la seva quantitat, bé en valors absoluts o relatius[10]
Àrees d'estudi[modifica]
Les principals àrees d'estudi de la proteòmica són:
- Identificació de proteïnes i caracterització de les seves modificacions postraduccionals
- Proteòmica d' "expressió diferencial"
- Estudi de les interaccions proteïna-proteïna
Separació de proteïnes[modifica]
L'enorme complexitat (milers de proteïnes diferents) del proteoma de la major part dels organismes vius obliga a la utilització de diverses tècniques per separar les proteïnes. Entre les tècniques més comunes es troben l'electroforesi mono i bidimensional així com la cromatografia líquida en les seves diferents variants.
La tècnica més estesa és l'electroforesi en gels de poliacrilamida (anomenada SDS-PAGE per les seves sigles en anglès "Sodium Dodecyl Sulfate PolyAcrylamide Gel Electrophoresis"). Es tracta d'una electroforesi a la qual se li afegeix el detergent dodecilsulfat sòdic amb la finalitat de desnaturalitzar les proteïnes, assegurar que totes es trobin carregades i per tant puguin migrar en un camp elèctric en funció de la seva massa molecular relativa (Mr). Una variant d'aquest tipus d'electroforesi és l'electroforesi bidimensional o 2D-PAGE, en la qual el fraccionament en gels SDS-PAGE és precedit per una separació basada en el punt isoelèctric de les proteïnes. L'electroforesi 2D-PAGE permet aconseguir una major resolució i és per tant utilitzada en l'anàlisi de proteomes molt complexos. Una vegada realitzat el fraccionament, diferents mètodes de tinció (Blava Coomassie, tinció de plata, tinció Sypro Rubi, etc) permeten visualitzar les proteïnes separades. La cromatografia líquida també s'empra en el fraccionament i separació de proteomes complexos. Les diferents variants existents permeten separar les proteïnes en funció de la seva hidrofobicitat (cromatografia de fase reversa), càrrega elèctrica (cromatografia d'intercanvi catiònic/aniònic) i grandària (cromatografia d'exclusió molecular).
Identificació de proteïnes[modifica]
Degradació d'Edman[modifica]
Espectrometria de masses[modifica]
L'espectrometria de masses (MS) permet analitzar la composició de diferents elements químics i isòtops atòmics, separant els nuclis per la seva relació massa-carrega. Presenta nombrosos avantatges enfront del mètode de Edman: és més sensible, permet analitzar directament les mescles proteiques i ofereix un major rendiment per mostra. Per això, és el mètode utilitzat en les dues tècniques d'identificació de proteïnes més comunes: l'identificació per petjada peptídica i l'anàlisi MS/MS.
Identificació per petjada peptídica[modifica]
- Digestió en gel: Normalment, la mostra es redueix i alquila. A continuació, s'afegeix una proteasa amb una patró de tall conegut (típicament, tripsina), generant-se una col·lecció o conjunt de pèptids específics de proteïna. Habitualment, aquesta col·lecció de pèptids serà prou específica com per poder identificar la proteïna amb la qual estem treballant.
- Extracció dels pèptids
- Anàlisi MS MALDI-TOF: aquest equip tradueix el temps de vol en masses, doncs encara que tots els ions tenen la mateixa estructura i la mateixa càrrega, el seu pes és diferent.
- Comparació de l'espectre de masses amb la informació emmagatzemada en bases de dades de seqüències conegudes, com Swiss-Prot o nr-GenBank. Para això existeixen motors de cerca com MASCOT que ordenen les proteïnes identificades assignant-los punts en funció del nombre de coincidències.
Anàlisi MS/MS[modifica]
- Digestió solució
- Extracció dels pèptids
- Espectrometria de masses d'ionització per electrospray
- La comparació de les dades de l'espectre de fragmentació experimental amb els emmagatzemats en bases de dades és similar al dut a terme en l'identificació per petjada peptídica: les coincidències entre les dades experimentals i les dades del servidor es mostren en ordre decreixent de probabilitat.
Per avaluar l'identificació de la proteïna s'ha de tenir en compte la seva presència en les bases de dades, maximitzar l'assignació de fragments generats i comprovar si les característiques de la proteïna identificada i la proteïna problema coincideixen. No obstant això, per millorar la precisió de l'identificació és recomanable repetir diverses vegades el procés d'identificació del pèptid, per disposar així de diversos espectres de fragmentació.
Interaccionis proteïna-proteïna[modifica]
La majoria de les proteïnes funcionen en col·laboració amb altres proteïnes, i una fita de la proteòmica és identificar les proteïnes que interactuen entre si. Això és especialment útil per determinar associacions potencials en les rutes de senyalització cel·lular.
Es disposa de diversos mètodes per provar les interaccionis proteïna-proteïna. El mètode tradicional és el sistema de doble híbrid del llevat. Els mètodes nous inclouen microarrays de proteïna, cromatografia de inmunoafinidad seguida per espectrometria de masses, interferometría de doble polarització i mètodes experimentals com phage display i mètodes computacionals.
Vegeu també[modifica]
|
|
|
Referències[modifica]
- ↑ Anderson NL, Anderson NG «Proteome and proteomics: new technologies, new concepts, and new words». Electrophoresis, 19, 11, 1998, pàg. 1853–61. 10.1002/elps.11501911039740045.
- ↑ Blackstock WP, Weir MP «Proteomics: quantitative and physical mapping of cellular proteins». Trends Biotechnol., 17, 3, 1999, pàg. 121–7. 10.1016/S0167-7799(98)01245-110189717.
- ↑ Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko i Lubert Stryer. Bioquímica (en castellà). sisena edició. Reverté, p. 65-66. ISBN 9788429176001.
- ↑ Weiss W, Görg A. High-resolution two-dimensional electrophoresis.
- ↑ Keren H, Lev-Maor G, Ast G. Alternative splicing and evolution: diversification, exon definition and function.
- ↑ Simon Rogers, Mark Girolami, Walter Kolch, Katrina M. Waters, Tao Liu, Brian Thrall and H. Steven Wiley «Investigating the correspondence between transcriptomic and proteomic expression profiles using coupled cluster models». Bioinformatics, 24, 24, 2008, pàg. 2894–2900. 10.1093/bioinformatics/btn55318974169 [Consulta: 14 enero 2008].
- ↑ Vikas Dhingraa, Mukta Gupta, Tracy Andacht and Zhen F. Fu «New frontiers in proteomics research: A perspective». International Journal of Pharmaceutics, 299, 1–2, 2005, pàg. 1–18. 10.1016/j.ijpharm.2005.04.01015979831 [Consulta: 14 enero 2008].
- ↑ Buckingham, Steven. «The major world of microRNAs», mayo 2003. [Consulta: 14 enero 2009].
- ↑ Picotti P, Bodenmiller B, Mueller LN, Domon B, Aebersold R. Full dynamic range proteome analysis of S. cerevisiae by targeted proteomics.
- ↑ Wilm M. Quantitative proteomics in biological research.
[[Categoria:Bioinformàtica]] [[Categoria:Biotecnologia]] [[Categoria:Proteòmica]]