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Proteomforschung: Einführung

Proteom-Forschung

Vom Genom zum Proteom

Die ca. 20.000-25.000 Gene des Menschen enthalten die Bauanleitung für mehr als 10 Millionen verschiedene Proteinmoleküle, die z.B. durch unterschiedliche Prozessierung der mRNA, enzymatische Spaltung der nativen Polypeptid-Kette in mehrere Untereinheiten oder posttranslationale Modifikationen wie Phosphorylierung oder Glycosylierung entstehen und die lebensnotwendigen Funktionen einer Zelle vermitteln.

Im Gegensatz zum statischen Genom verändert sich das Proteom dynamisch: z.B. unterscheidet sich eine Tumorzelle von einer gesunden, eine wachsende Zelle von einer ruhenden. Die Proteinausstattung einer Zelle kann sich von einer Minute zur nächsten ändern. Die parallele Analyse von Tausenden von Proteinen, einschließlich ihrer Modifikationen, ermöglicht daher die Charakterisierung von krankheitsspezifischen Proteinen als Kandidaten für klinische Marker. Mithilfe der Analyse von Signalwegen, Multi-Protein-Komplexen und der Dynamik der Protein-Expression können Wirkungsanalysen und Untersuchungen zur molekularen Toxikologie durchgeführt werden.

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Abb.1
Beispiel der Aufgabenverteilung von Proteinen in einer Pflanzenzelle
© Wiley-VCH

Erkunden Sie die Aufgabenverteilung von Proteinen in einer Pflanzenzelle, indem Sie die Maus über die Textfelder und Bildelemente bewegen!

Die Proteinforschung hat eine wesentlich ältere Tradition als die Genomforschung, konnte aber lange nicht mit den spektakulären Erfolgen der DNA-Analytik Schritt halten. Im Gegensatz zur DNA, die aus nur vier verschiedenen Bausteinen besteht, sind Proteine aus 20 unterschiedlichen Aminosäuren aufgebaut, die darüber hinaus auch noch chemisch modifiziert sein können.

Die Bestimmung der Aminosäure-Sequenz von Proteinen und Peptiden gestaltet sich deshalb wesentlich schwieriger, als eine Analyse der entsprechenden Gene, liefert aber noch mehr Informationen, die für das Leben einer Zelle von entscheidender Bedeutung sind. In den letzten Jahren haben sich leistungsfähige massenspektrometrische Verfahren zur Proteinanalyse immer stärker durchgesetzt, z.B. Elektrospray-Ionisierung (ESI) oder Matrix-Assisted-Laser-Desorption-Ionisation (MALDI) gekoppelt an hochauflösende Flugzeitdetektoren.

Auch die zweidimensionale Gelelektrophorese, die bisher die einzige Möglichkeit bietet, um mehrere Tausend Proteine aus einer Zelle zu trennen und gleichzeitig auf einem Gel darzustellen, wurde erst in jüngster Zeit zu einer verlässlichen und reproduzierbaren Technik entwickelt. Die Kopplung der zweidimensionalen Elektrophorese an eine hochauflösende Massenspektrometrie, unterstützt von modernster Robotik und kombiniert mit einer leistungsfähigen Bioinformatik stellen die Grundlage der modernen Proteomforschung dar.

Literatur

International Human Genome Sequencing Consortium, . (2004): . In: Nature. 431 , 931-945
Titel des Artikels
Abstract
The sequence of the human genome encodes the genetic instructions for human physiology, as well as rich information about human evolution. In 2001, the International Human Genome Sequencing Consortium reported a draft sequence of the euchromatic portion of the human genome. Since then, the international collaboration has worked to convert this draft into a genome sequence with high accuracy and nearly complete coverage. Here, we report the result of this finishing process. The current genome sequence (Build 35) contains 2.85 billion nucleotides interrupted by only 341 gaps. It covers approximately 99% of the euchromatic genome and is accurate to an error rate of approximately 1 event per 100,000 bases. Many of the remaining euchromatic gaps are associated with segmental duplications and will require focused work with new methods. The near-complete sequence, the first for a vertebrate, greatly improves the precision of biological analyses of the human genome including studies of gene number, birth and death. Notably, the human genome seems to encode only 20,000-25,000 protein-coding genes. The genome sequence reported here should serve as a firm foundation for biomedical research in the decades ahead.
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