SDS—PAGE凝胶电泳技术与蛋白质组学在体育科学中的应用

耿烨

摘 要：随着生物基因组序列的研究不断深入，研究人员基本完成了人类的基因测定圖序列，同时也基本掌握了基因编码过程，与此同时多数蛋白质组学研究提出观点，即基因作为生物遗传信息的携带者，它并不能充分地展现人体以及组织或细胞的完全功能，最终生命的执行者则是基因表达产物——蛋白质，诚然生物体蛋白质的合成是受多种因素影响的，从蛋白质水平研究生物功能够更准确地反映细胞、组织亦或是有机体的动态改变，所以，蛋白质组学把基因组学作为基础向后基因组时代迈进。

关键词：SDS-PAGE凝胶电泳 蛋白质组学 体育科学

中图分类号：G804.7 文献标识码：A 文章编号：2095-2813（2016）03（a）-0153-02

从20世纪90年代初以来，随着科技创新的大潮下，生命科学的研究蓬勃发展了起来，提出了新的概念和新的学科，基因组学（genomics）、转录组学（transcriptomics）和代谢组学（metabonomics）等等在这时兴起。转录组学是在基因的转录和转录后的蛋白质翻译与修饰两个水平上研究基因的功能，蛋白质组学也同属这一过程[1] 。蛋白质是生命缔造者同时也是运动的重要物质基础，它是细胞从增殖、分化、衰老和凋亡等一列过程中生命活动的执行者，其生理功能的改变以及病理性的变化通常由蛋白质的群体甚至整体共同完成。对蛋白质这一体系的深入认识，尤其是蛋白质组的认1识有助于理解和揭示体育活动的客观规律。

1 蛋白质组学及其研究技术

1.1 蛋白质组学

“proteome”（蛋白质组）一词产生于20世纪90年代，最早由学者Marc Wilkins提出，其含义是指一种细胞、一种生物或一种组织所表达的全套蛋白质[2-3]。21世纪初，《自然》和《科学》杂志公布了人类基因序列组草图，并对蛋白质组的现状和前景进行了分析，有效地推动了蛋白质组学的研究。蛋白质组学的研究非常强调全面性，对于蛋白质物的分析，突破了传统的单个研究模式，更加强调研究的全面性、规模性和灵敏性，因此，更加有效地提高对于生命活动规律的研究。在体育科学层面，非常注重对运动人体科学方面的研究，之所以学者们花费大量的精力来研究运动人体科学，是因为蛋白质与人们的生产生活息息相关，尤其是与人们的发育、神经活动等息息相关，不同的活动与细胞蛋白质之间产生集合，从而推动了人们对于细胞蛋白的研究，也推动了基础生命科学研究。

蛋白质与基因组的研究内容上存在很大的差异，蛋白质组学的研究灵活性较强，基因组学研究稳定性较强，通过研究基因间的互动，探究内外部环境变化所产生的结果变化，从而提高研究的水平和质量。目前，其在体育科学领域的研究主要集中于以下的内容，即在生理条件正常情况下蛋白质组图谱及其数据库的建立、比较分析运动前后正常生理变化下哪些蛋白质组发生改变、通过分析比较不同环境蛋白质组的变化，发现出特定功能的蛋白质或蛋白质群。这使得蛋白质组学及其相关研究对揭示生命活动规律提供了重要的理论基础。

1.2 蛋白质组学研究的基本技术路线

蛋白质组学研究的基本技术路线如图1所示。

1.3 蛋白质组学技术

合成生物组织或成分细胞所含的蛋白质数量非常多，通过进行蛋白质组学研究，来实现对蛋白质的有效分离，另外，还可以加强对生物组织和细胞全套蛋白质的鉴定水平[7]。为了提高对蛋白质的分离和鉴定水平，必须不断地提高研究技术和方法，从而实现对蛋白质更好地处理。（见表1）

其中2DE-MS：双向凝胶电泳+质谱；LC-MS：液相色谱+质谱；SELDI-MS：表面激光电离+质谱；GE-MS：毛细管电泳+质谱；SDS-PAGE-LC-MS/MS：单向凝胶电泳+液相色谱+串联质谱；MALDI-MS：基质辅助激光解吸+质谱；Protein-binding arrays：蛋白质阵列。

其中，最主要的两个技术是双向凝胶电泳（2D-PAGE）和质谱（MS） 鉴定，因为有的方法只能适用于有限的应用之中，这主要是由于每一种技术的优势和弊端都是非常明显的。蛋白质组学的研究技术是非常多元化的，但是综合分析它的技术过程，主要包括以下几个部分的内容，即搜集样品、分离蛋白、检测质谱、了解信息和病理分析等内容[8，9]。

近年来，蛋白质组技术获得了极大地发展，并有效地实现了与体育科学的结合，对于差异性蛋白质的检测技术也不断地提高，有效地推动了对于运动训练下蛋白分子的研究。

2 SDS-PAGE技术在体育科学中的研究

20世纪70年代初，二向电泳中使用了十二烷基磺酸钠（SDS）[11-13]，使得二向电泳基本上根据蛋白质的相对分子质量来分离，并极大地推动了现代二向凝胶电泳的研究。

20世纪70年代，O′Farrell等学者重点研究了二向凝胶电泳，并有效地提高了他的分辨率。 [14-16]。2D电泳技术作为比较发达的一种分离技术，提高了对蛋白质分离的水平和效果，能够有效地分解1 000个以上的蛋白质点，实验环境较好条件下能分离出11 000个左右的蛋白质点。目前SDS-PAGE技术多数用于临床疾病中对尿液、血液等的分离，通过对比显影后X胶片条带的不同用于相关疾病的鉴别。

它被大量应用于测试运动员的兴奋剂含量，邢延一等人[17]利用SDS-PAGE等电聚焦电泳及免疫双印迹技术对促红细胞生成素受体激动剂进行运动后尿样的检测，这使得基于尿液直接利用质谱技术再次分离尿液中蛋白质再进行质谱技术的准确性。

3 结语

在体育研究领域蛋白质组学的应用尚处于初步发展阶段，它可以深入了解在运动中表达及合成的蛋白质的改变，阐释蛋白质合成的生理机制。

蛋白质组学为运动员的活动提供了极大地帮助，即运动员在进行器械选择的过程中，它将起到积极的作用，同时，对于提高运动员的运动能力和适应能力也具有积极的作用。虽然目前蛋白质组学的整体研究技术还处于初步阶段，存在各种各样的不足以及结果重复性低的实际因素，在实验过程中也存在着如操作复杂、实验要求高、灵敏度与准确性欠佳等，随着蛋白质组学技术及生物信息学/基因组学的发展，将极大地推动与蛋白质相关的研究的发展与繁荣。

参考文献

[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.