SDS—PAGE凝膠電泳技術與蛋白質組學在體育科學中的應用

耿燁

摘 要：隨著生物基因組序列的研究不斷深入，研究人員基本完成了人類的基因測定圖序列，同時也基本掌握了基因編碼過程，與此同時多數(shù)蛋白質組學研究提出觀點，即基因作為生物遺傳信息的攜帶者，它并不能充分地展現(xiàn)人體以及組織或細胞的完全功能，最終生命的執(zhí)行者則是基因表達產物——蛋白質，誠然生物體蛋白質的合成是受多種因素影響的，從蛋白質水平研究生物功能夠更準確地反映細胞、組織亦或是有機體的動態(tài)改變，所以，蛋白質組學把基因組學作為基礎向后基因組時代邁進。

關鍵詞：SDS-PAGE凝膠電泳 蛋白質組學 體育科學

中圖分類號：G804.7 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2813（2016）03（a）-0153-02

從20世紀90年代初以來，隨著科技創(chuàng)新的大潮下，生命科學的研究蓬勃發(fā)展了起來，提出了新的概念和新的學科，基因組學（genomics）、轉錄組學（transcriptomics）和代謝組學（metabonomics）等等在這時興起。轉錄組學是在基因的轉錄和轉錄后的蛋白質翻譯與修飾兩個水平上研究基因的功能，蛋白質組學也同屬這一過程[1] 。蛋白質是生命締造者同時也是運動的重要物質基礎，它是細胞從增殖、分化、衰老和凋亡等一列過程中生命活動的執(zhí)行者，其生理功能的改變以及病理性的變化通常由蛋白質的群體甚至整體共同完成。對蛋白質這一體系的深入認識，尤其是蛋白質組的認1識有助于理解和揭示體育活動的客觀規(guī)律。

1 蛋白質組學及其研究技術

1.1 蛋白質組學

“proteome”（蛋白質組）一詞產生于20世紀90年代，最早由學者Marc Wilkins提出，其含義是指一種細胞、一種生物或一種組織所表達的全套蛋白質[2-3]。21世紀初，《自然》和《科學》雜志公布了人類基因序列組草圖，并對蛋白質組的現(xiàn)狀和前景進行了分析，有效地推動了蛋白質組學的研究。蛋白質組學的研究非常強調全面性，對于蛋白質物的分析，突破了傳統(tǒng)的單個研究模式，更加強調研究的全面性、規(guī)模性和靈敏性，因此，更加有效地提高對于生命活動規(guī)律的研究。在體育科學層面，非常注重對運動人體科學方面的研究，之所以學者們花費大量的精力來研究運動人體科學，是因為蛋白質與人們的生產生活息息相關，尤其是與人們的發(fā)育、神經活動等息息相關，不同的活動與細胞蛋白質之間產生集合，從而推動了人們對于細胞蛋白的研究，也推動了基礎生命科學研究。

蛋白質與基因組的研究內容上存在很大的差異，蛋白質組學的研究靈活性較強，基因組學研究穩(wěn)定性較強，通過研究基因間的互動，探究內外部環(huán)境變化所產生的結果變化，從而提高研究的水平和質量。目前，其在體育科學領域的研究主要集中于以下的內容，即在生理條件正常情況下蛋白質組圖譜及其數(shù)據庫的建立、比較分析運動前后正常生理變化下哪些蛋白質組發(fā)生改變、通過分析比較不同環(huán)境蛋白質組的變化，發(fā)現(xiàn)出特定功能的蛋白質或蛋白質群。這使得蛋白質組學及其相關研究對揭示生命活動規(guī)律提供了重要的理論基礎。

1.2 蛋白質組學研究的基本技術路線

蛋白質組學研究的基本技術路線如圖1所示。

1.3 蛋白質組學技術

合成生物組織或成分細胞所含的蛋白質數(shù)量非常多，通過進行蛋白質組學研究，來實現(xiàn)對蛋白質的有效分離，另外，還可以加強對生物組織和細胞全套蛋白質的鑒定水平[7]。為了提高對蛋白質的分離和鑒定水平，必須不斷地提高研究技術和方法，從而實現(xiàn)對蛋白質更好地處理。（見表1）

其中2DE-MS：雙向凝膠電泳+質譜；LC-MS：液相色譜+質譜；SELDI-MS：表面激光電離+質譜；GE-MS：毛細管電泳+質譜；SDS-PAGE-LC-MS/MS：單向凝膠電泳+液相色譜+串聯(lián)質譜；MALDI-MS：基質輔助激光解吸+質譜；Protein-binding arrays：蛋白質陣列。

其中，最主要的兩個技術是雙向凝膠電泳（2D-PAGE）和質譜（MS） 鑒定，因為有的方法只能適用于有限的應用之中，這主要是由于每一種技術的優(yōu)勢和弊端都是非常明顯的。蛋白質組學的研究技術是非常多元化的，但是綜合分析它的技術過程，主要包括以下幾個部分的內容，即搜集樣品、分離蛋白、檢測質譜、了解信息和病理分析等內容[8，9]。

近年來，蛋白質組技術獲得了極大地發(fā)展，并有效地實現(xiàn)了與體育科學的結合，對于差異性蛋白質的檢測技術也不斷地提高，有效地推動了對于運動訓練下蛋白分子的研究。

2 SDS-PAGE技術在體育科學中的研究

20世紀70年代初，二向電泳中使用了十二烷基磺酸鈉（SDS）[11-13]，使得二向電泳基本上根據蛋白質的相對分子質量來分離，并極大地推動了現(xiàn)代二向凝膠電泳的研究。

20世紀70年代，O′Farrell等學者重點研究了二向凝膠電泳，并有效地提高了他的分辨率。 [14-16]。2D電泳技術作為比較發(fā)達的一種分離技術，提高了對蛋白質分離的水平和效果，能夠有效地分解1 000個以上的蛋白質點，實驗環(huán)境較好條件下能分離出11 000個左右的蛋白質點。目前SDS-PAGE技術多數(shù)用于臨床疾病中對尿液、血液等的分離，通過對比顯影后X膠片條帶的不同用于相關疾病的鑒別。

它被大量應用于測試運動員的興奮劑含量，邢延一等人[17]利用SDS-PAGE等電聚焦電泳及免疫雙印跡技術對促紅細胞生成素受體激動劑進行運動后尿樣的檢測，這使得基于尿液直接利用質譜技術再次分離尿液中蛋白質再進行質譜技術的準確性。

3 結語

在體育研究領域蛋白質組學的應用尚處于初步發(fā)展階段，它可以深入了解在運動中表達及合成的蛋白質的改變，闡釋蛋白質合成的生理機制。

蛋白質組學為運動員的活動提供了極大地幫助，即運動員在進行器械選擇的過程中，它將起到積極的作用，同時，對于提高運動員的運動能力和適應能力也具有積極的作用。雖然目前蛋白質組學的整體研究技術還處于初步階段，存在各種各樣的不足以及結果重復性低的實際因素，在實驗過程中也存在著如操作復雜、實驗要求高、靈敏度與準確性欠佳等，隨著蛋白質組學技術及生物信息學/基因組學的發(fā)展，將極大地推動與蛋白質相關的研究的發(fā)展與繁榮。

參考文獻

[1] Goodacre R.Making sense of the metabolome using evolutionary computation：seeing the wood with the trees [J].J Exp Bot，2005，56（410）：245-54.

[2] Kahn P.From genome to proteome： looking at a cellsproteins.Science，1995，270：369-370.

[3] Swinbanks D.Government backs proteome proposal[J]. Nature，1995，386：653.