Para los primeros bioquímicos, la dificultad al estudiar las proteínas era que era difícil purificar grandes cantidades de proteínas para la investigación. Por lo tanto, los primeros esfuerzos de investigación se centraron en proteínas fácilmente purificables, como las de la sangre, las claras de huevo, diversas toxinas y enzimas digestivas y metabólicas (obtenidas en los mataderos). A finales de la década de 1950, Armor Hot Dog Co purificó la ribonucleasa A de un kilogramo de páncreas bovino puro y se la proporcionó a científicos de todo el mundo de forma gratuita. Los científicos pueden comprar una variedad cada vez mayor de proteínas puras de empresas de biotecnología.
El famoso químico Linus Pauling predijo con éxito la estructura secundaria regular de las proteínas basada en enlaces de hidrógeno, propuesta por primera vez por William Astbury en 1933. Posteriormente, Walter Kauzman, basándose en un resumen de los resultados de su investigación sobre la desnaturalización y el trabajo de investigación anterior de Kaj Linderstrom-Lang, propuso que el plegamiento de proteínas está mediado por interacciones hidrofóbicas. En 1949, Frederick Sanger determinó correctamente la secuencia de aminoácidos de la insulina por primera vez y verificó que la proteína es un polímero lineal (sin ramificaciones ni otras formas) formado a partir de aminoácidos. Las estructuras de las proteínas con resolución atómica se analizaron por primera vez mediante cristalografía de rayos X en la década de 1960. En la década de 1980, la resonancia magnética nuclear también se utilizó para analizar la estructura de las proteínas y la microscopía crioelectrónica se utilizó ampliamente para analizar la estructura de complejos supramoleculares. Desde febrero de 2008, las coordenadas estructurales tridimensionales de proteínas y complejos relacionados con una resolución de casi 50.000 átomos se almacenan en la base de datos de proteínas. [4] Cuando las células cancerosas proliferan rápidamente, necesitan una proteína llamada survivina para ayudar. Esta proteína, codificada y sintetizada por la survivina, es abundante en las células cancerosas pero casi ausente en las células normales. Esta dependencia entre las células cancerosas y la proteína survivina hace que la survivina sea un objetivo natural para la creación de nuevos medicamentos contra el cáncer, pero todavía hay algunas preguntas sin respuesta sobre cómo lidiar con la proteína survivina.
La proteína survivina pertenece a una clase de proteínas que pueden prevenir la autodestrucción de las células (es decir, la apoptosis). Esta proteína previene el suicidio celular principalmente al inhibir la acción de las caspasas. Ningún científico había observado previamente una interacción entre la survivina y las enzimas apoptóticas. Hay otros signos de que la proteína survivina desempeña un papel diferente: ayudar a separar las células después de dividirse.
El bioquímico Guy Salvesen ha dominado la estructura de la proteína survivina, "pero no ha aclarado la cuestión de cómo previene el suicidio celular". El hecho de que estas proteínas se emparejen es realmente sorprendente y es casi imposible encontrar regiones de dimerización sin importancia. La interfaz entre estas dos proteínas sería un buen objetivo para concentrar fármacos contra el cáncer. La proteómica de las proteínas se mencionó en 1996. Me temo que no mucha gente lo sabe, pero entre los que saben un poco, todavía hay algunos que se muestran escépticos. Sin embargo, en 2001, la revista Science incluyó a las proteínas ómicas como uno de los seis puntos críticos de investigación, y su popularidad fue superada solo por la investigación con células madre. El interés actual en la proteómica es impresionante.
1. Importancia y antecedentes de la investigación en proteómica.
Con la implementación y el avance del Proyecto Genoma Humano, la investigación en ciencias de la vida ha entrado en la era posgenómica.
En esta era, el principal objeto de investigación de las ciencias biológicas es la genómica funcional, incluida la genómica estructural y la investigación del proteoma. Aunque se han secuenciado los genomas de muchas especies, en general se desconocen las funciones de más de la mitad de los genes de estos genomas. Las estrategias utilizadas en genómica funcional, como chips genéticos, análisis en serie de expresión génica (SAGE), etc., se consideran todas desde la perspectiva del ARNm intracelular, bajo la premisa de que el nivel de ARNm intracelular refleja el nivel de expresión de proteínas. Pero ese no es el caso. Desde la perspectiva de las proteínas de ADN y ARNm, existen tres niveles de regulación, a saber, regulación transcripcional, regulación traduccional y regulación postraduccional. Desde la perspectiva del ARNm, solo incluye la regulación del nivel de transcripción y no representa completamente el nivel de expresión de la proteína. Los experimentos también demostraron que la correlación entre la abundancia de ARNm y la abundancia de proteínas en los tejidos no es buena, especialmente para las proteínas de baja abundancia. Más importante aún, las modificaciones postraduccionales complejas de las proteínas, la localización subcelular o la migración de proteínas y las interacciones proteína-proteína son difíciles de juzgar a partir del nivel de ARNm. No hay duda de que la proteína es la ejecutora de funciones fisiológicas y la manifestación directa de los fenómenos de la vida. La investigación sobre la estructura y función de las proteínas dilucidará directamente los mecanismos de los cambios en la vida en condiciones fisiológicas o patológicas. La forma de existencia y las actividades de las proteínas mismas, como las modificaciones postraduccionales, las interacciones conformacionales proteína-proteína, etc., todavía dependen del estudio directo de las proteínas. Aunque características especiales como la variabilidad y diversidad de las proteínas hacen que la tecnología de investigación de proteínas sea mucho más compleja y difícil que la tecnología de ácidos nucleicos, son estas características las que participan y afectan todo el proceso de la vida.
2. Estrategia y alcance de la investigación en proteómica.
Una vez que surgió la proteómica, hubo dos estrategias de investigación. Un método puede denominarse "método exhaustivo", que utiliza tecnología de investigación proteómica de alto rendimiento para analizar tantas o incluso casi todas las proteínas de los organismos. Esta visión es más consistente con la naturaleza del proteoma desde una perspectiva sistemática y a gran escala. Sin embargo, dado que la expresión de las proteínas cambia con el tiempo y el espacio, analizar todas las proteínas de un organismo es un objetivo inalcanzable. Otra estrategia puede denominarse "enfoque funcional", que consiste en estudiar los cambios en la composición de las proteínas celulares en diferentes períodos, como la expresión diferencial de las proteínas en diferentes entornos, con el objetivo principal de encontrar diferentes especies de proteínas. Esta visión tiende a considerar la proteómica como un medio y método para estudiar los fenómenos de la vida.
El ámbito de investigación inicial de la proteómica se refiere principalmente al perfil de expresión de las proteínas. Con el desarrollo de la disciplina, el alcance de la investigación en proteómica continúa mejorando y expandiéndose. El estudio de las modificaciones postraduccionales de proteínas se ha convertido en una parte importante de la investigación del proteoma y también es un gran desafío. El estudio de las interacciones entre proteínas también se ha incluido en el ámbito de investigación de la proteómica. El análisis de estructuras proteicas de orden superior es biología estructural tradicional. Aunque ha habido intentos de incorporarlo al estudio ómico de las proteínas, sigue siendo único.
3. Tecnología de investigación en proteómica.
Se puede decir que el desarrollo de la proteómica está impulsado por la tecnología y limitado por la tecnología. El éxito de la investigación en proteómica depende en gran medida del nivel de sus métodos técnicos. La tecnología de investigación de proteínas es mucho más compleja y difícil que la tecnología genética. No sólo hay más tipos de residuos de aminoácidos que de nucleótidos (20/4), sino que las proteínas también tienen modificaciones postraduccionales complejas, como la fosforilación, glicosilación, etc., que traen muchas dificultades a la separación y análisis de proteínas. Además, los vectores de expresión dificultan la amplificación y purificación de proteínas in vitro, lo que dificulta la preparación de proteínas en grandes cantidades. El auge de la proteómica ha traído nuevas demandas y desafíos a la tecnología. El estudio de la proteómica es esencialmente la separación y el análisis masivo y paralelo de proteínas a nivel celular, lo que a menudo requiere el procesamiento simultáneo de miles de proteínas. Por lo tanto, desarrollar una plataforma tecnológica de investigación con alto rendimiento, alta sensibilidad y alta precisión ha sido la principal tarea de la investigación en proteómica durante bastante tiempo. La base técnica y las tendencias de desarrollo de la plataforma tecnológica internacional de investigación del proteoma son las siguientes:
3.2 Separación y análisis de muestras en la investigación del proteoma
Uso del punto isoeléctrico y el peso molecular de las proteínas para realizar Geles bidimensionales La electroforesis es un método eficaz para distinguir varias proteínas. Desempeña un papel clave en las técnicas de separación para la formación de proteínas.
Cómo mejorar la capacidad de separación, la sensibilidad y la resolución de la electroforesis en gel bidimensional y detectar con precisión la expresión diferencial de proteínas son cuestiones clave en el desarrollo de la tecnología de electroforesis en gel bidimensional. Las principales tendencias en el extranjero son el desarrollo de la separación en gel con gradiente de pH estrecho en electroforesis unidimensional y la tecnología de tinción de proteínas de alta sensibilidad combinada con electroforesis en gel bidimensional, como la nueva tecnología de tinción fluorescente.
La espectrometría de masas es la tecnología de mayor crecimiento, más dinámica y con mayor potencial en proteómica. Identifica el tipo de proteína midiendo su masa. La tecnología central de la investigación actual sobre proteomas es la electroforesis en gel bidimensional-espectrometría de masas, que separa las proteínas mediante electroforesis en gel bidimensional y luego identifica las proteínas una por una mediante espectrometría de masas. Para la identificación de proteínas, el alto rendimiento, la alta sensibilidad y la alta precisión son tres indicadores clave. Es difícil para la tecnología de espectrometría de masas general combinar los tres, pero la tecnología de espectrometría de masas desarrollada puede cumplir los tres requisitos anteriores al mismo tiempo, logrando así una identificación precisa y a gran escala de proteínas.
El contenido de nitrógeno en las proteínas es relativamente constante, con una media de alrededor de 16. Se informa que durante la Segunda Guerra Mundial, el suministro de alimentos animales en Japón era insuficiente, con un promedio de sólo 2 kilogramos de carne, 12,5 kilogramos de leche y productos lácteos y 2,5 kilogramos de huevos por persona al año. En aquella época, la altura media de los estudiantes de 12 años era de sólo 137,8 cm. Después de la guerra, la economía japonesa se desarrolló rápidamente, la vida de la gente mejoró y aumentaron los alimentos de origen animal. Cada persona come 13 kilogramos de carne, 25 kilogramos de leche y productos lácteos y 15 kilogramos de huevos al año. Un estudio realizado en 1970 mostró que la altura de los adolescentes de 12 años (juveniles) había alcanzado los 147,1 cm, con un crecimiento medio de 9,3 cm. En este ejemplo, podemos ver el mayor efecto de los alimentos con proteínas (alimentos con proteínas) en los niños (alimentos para niños).
La proteína es el principal compuesto que constituye toda la vida, es la base material y primer elemento de la vida y ocupa la posición primaria entre los nutrientes. Los niños y los bebés no pueden crecer sin proteínas. Los huesos humanos y otros tejidos están hechos de proteínas. En todo el proceso de reacción química del metabolismo en el cuerpo, el papel catalítico de las enzimas es indispensable. Todas las enzimas están compuestas de proteínas. Las proteínas y sus derivados son todas hormonas responsables del crecimiento adolescente. Además, las proteínas también se componen de sustancias implicadas en la diferenciación de las células óseas, la formación ósea, la reconstrucción ósea y los procesos de renovación, como la proteína fijadora de minerales óseos, la osteocalcina, la fosfatasa alcalina y el factor de crecimiento humano específico del hueso. Por tanto, la proteína es el compuesto más importante en el crecimiento y desarrollo humano y una materia prima importante para el aumento de peso.
Vitaminas liposolubles (alimentos vitamínicos), hierro (alimentos con hierro), calcio, fósforo y otras sales inorgánicas, así como algunos oligoelementos necesarios para el crecimiento y desarrollo de los lactantes y niños pequeños (oligoelemento alimentos) también se pueden encontrar en las proteínas obtenidas de los alimentos. Por eso, a algunos niños y adolescentes solo les gusta comer platos vegetarianos (comida vegetariana) y no se atreven a comer platos de carne como pollo, pescado, carne y huevos, o apenas comen un poco por insistencia de sus padres. Esto no es deseable e inevitablemente conducirá a una falta de proteínas, lo que afectará su altura.
El principio dietético correcto es comer una variedad de alimentos, con una buena mezcla de espesor y densidad. La comida debe ser principalmente cereales, frijoles y verduras, con un aumento adecuado en la cantidad de carne. pescado, huevos y leche para complementar una nutrición adecuada para el desarrollo del cuerpo y asegurar Ingredientes para el crecimiento en altura, promoviendo la altura de los niños.