代谢组学答案

一．名词解释1.系统生物学：系统生物学是系统性地研究一个生物系统中所有组成成分（DNA、RNA、蛋白质、代谢物等）的构成以及在特定条件下这些组分间的相互关系，并分析生物系统在一定时间内的动力学过程。2.生命系统的涌现性：一个系统自动形成一些新的系统特性，这些特性不能从其组成部分的特性中预测出来3.生命系统的稳健性：生物系统的稳健性是指生物系统能够抵抗内部或者外部的干扰，并维持其功能的一种特性。4.基因组（Genome），一般的定义是单倍体细胞中的全套染色体为一个基因组，或是单倍体细胞中的全部基因为一个基因组。包括核基因组与非核基因组（如线粒体基因组和叶绿体基因组等）。5.转录组（Transcriptome）：广义上指在特定条件下，细胞内所有转录产物的集合，包括信使RNA、核糖体RNA、转运RNA及非编码RNA；狭义上指所有mRNA的集合。6.蛋白质组（Proteome），指在特定条件下一个细胞、组织表达的所有蛋白质。7.代谢组：指一个细胞中参与一般代谢反应和维持生长与正常功能所需要的全部天然小分子8.直系同源指的是两个基因通过物种的形成而产生，源于不同物种的最近的共同的一个祖先。9.旁系同源是指两个基因在同一个物种中，通过至少一次的基因复制或分歧时间而产生。10.正向遗传学正向遗传学是指，通过生物个体或细胞的基因组的自发突变或人工诱变，寻找相关的表型或性状改变，然后从这些特定性状变化的个体或细胞中找到对应的突变基因，并揭示其功能。11.反向遗传学反向遗传学是相对于正向（经典）遗传学而提出来的。是在已知基因序列的基础上，利用现代生物理论与技术，通过核苷酸序列的突变、缺失、插入等手段创造突变体并研究突变所造成的表型效应，即反向遗传学是直接从遗传物质入手来研究基因的生物学功能，阐述生物生命发生的本质现象与规律。12.基因捕获基因捕获技术是一种报告基因随机整合技术，通过报告基因与目的基因的融合来检测目的基因的活性。可以根据融合基因在不同时空的表达形态鉴定目的基因的表达模式，并根据不同条件下的突变表型鉴定基因功能。基因捕获包括3三种形式，即增强子捕获（enhancertrap）、启动子捕获（promotertrap）和基因捕获（genetrap）。12．基因捕获：基因捕获技术是一种报告基因随机整合技术，通过报告基因与目的基因的融合来检测目的基因的活性。可以根据融合基因在不同时空的表达形态鉴定目的基因的表达模式，并根据不同条件下的突变表型鉴定基因功能。基因捕获包括3三种形式，即增强子捕获（enhancertrap）、启动子捕获（promotertrap）和基因捕获（genetrap）。13．转录因子：通常被定义为蛋白质，结合在DNA的特定序列，能够激活或者抑制转录。大多数已知的转录因子根据其不同的DNA结合域，被划分为以下几组：DNA结合域，蛋白质-蛋白质结合域，转录激活域。14．miRNA：是一段短的、内生性表达的未转录RNA分子，它由来自较长RNA前体的茎环区域的Dicer-样蛋白调控的。15.什么是蛋白激酶？Proteinkinases(PKs)areamajorclassofsignalingmoleculesthatcatalyzereversiblephosphorylationofalargeproportionofcellularproteins(∼30%),therebymodulatingproteinactivityandgeneexpression.蛋白激酶:蛋白激酶(PKs)是一类信号分子，促进大部分细胞蛋白可逆磷酸化，从而调节蛋白质的活性和基因表达16蛋白质直系同源簇数据库；是对细菌，藻类和真核生物的21个完整基因组的编码蛋白，根据系统进化关系分类构建而成。COG库对于预测单个蛋白质的功能和整个新基因组中蛋白质的功能都很有用。17.图位克隆：它是近几年随着各种分子标记图谱的相继建立而发展起来的一种新的基因克隆技术。功能基因在基因组中都有相对稳定的基因座。用与目的基因紧密连锁的分子标记筛选DNA文库，从而构建出目的基因区域的物理图谱，然后通过物理图谱通过染色体步移的方法逐步的逼近目的基因的方法最终克隆目的基因18.核开关（Riboswitch)：核开关是位于mRNA非编码区能与细胞代谢产物特异结合而引起构象变化，从而调控基因表达的结构元件。核开关（Riboswich）是最近发现的一种新的基因表达调控机制。它是通过结合小分子代谢物调控基因表达的mRNA元件，位于特定的mRNA区域。核开关可以不依赖于任何蛋白质因子而直接结合小分子的代谢物，从而在转录水平和翻译水平上调控基因表达继而影响细胞的代谢活动。19.基因的过表达:基因过表达是指用一个高活性启动子插入到基因上游激活区域，致使编码基因组成性的高水平转录。目的是使其mRNA处于高水平进而使目标蛋白得到高水平表达。20.代谢途径：代谢途径（MP，Metabolicpathway）在生物化学中，是一连串在细胞内发生的并由酶所催化的化学反应，形成使用或储存的代谢物，或引发另一个代谢途径。代谢途径是由酶催化经由一系列中间产物将底物转化为产物的相关联的化学反应链。21.代谢流：处于一定环境条件下的微生物培养物中，参与代谢的物质在代谢网络的有关代谢途径中按一定规律流动，形成微生物代谢的物质流。（百度）22.主生代谢：(Primarymetabolish)是指所有生物的共同的代谢途径。合成糖类，氨基酸类,普通的脂肪酸类，核酸类以及由它们形成的聚合物(多糖类、蛋白质类、RNA、DNA等初生代谢与碳水化合物、脂类和蛋白质等的代谢相关，对于植物生命活动具有重要意义23.次生代谢：次生代谢是指生物合成生命非必需物质并储存次生代谢产物的过程。24.从头测序：蛋白质组学研究中一种不借助于任何蛋白质序列数据库信息，直接解读串联质谱数据的方法。其基本算法包括：质谱图的构建、离子类型的确定、测序算法和打分算法。25.重测序：即重新测序，由于存在参考序列，只进行地低深度测序，降低成本的同时，基于同源性寻找到大量基因差异，实现遗传进化分析及重要性状候选基因的预测。26宏基因组生境中全部微小生物遗传物质的总和。27网络模体为复杂网络中在不同位置重复出现的特定的相互连接或相互作用的模式，并且在数量或概率上显著地高于随机网络。包括前馈、双双、双平行、三链式等网络模体。模体(motif)，又称为基序，为复杂网络中在不同位置重复出现的特定的相互连接或相互作用的模式，并且在数量或概率上显著地高于随机网络。模体从局部层次刻画生物网络的相互连接的特定模式。不同的模体在网络中具有不同的重要性，辨别出这些模体有助于识别网络的典型的局部连接模式，不同的连接模式具有不同的生物学功能。28.蛋白质的遗传相互作用：是指蛋白质分子之间的相关性，并从生物化学、信号转导和遗传网络的角度研究这种相关性。29.代谢元：在代谢网络中，参与同一代谢过程且彼此之间具有一定蛋白质—蛋白质相互作用的多酶复合体通常称为代谢元。在代谢元的内部可能形成闭合的代谢物通路。30.实质等同性原则：如果某个转基因食品或食品成分与现有的食品成分总体相同，那么可以认定它们是同等安全的。这实际上就是用最终的食品的化学成分来评价食品的安全性。因此，与其它分析手段相比，利用代谢组学的研究手段评价转基因产品安全性更加可靠。二．问答题1.生命系统的复杂性体现在哪些方面？1)表现在基因、RNA、蛋白质以及代谢物水平的变化；目前，高通量的分析技术，如高通量DNA测序技术、基因表达分析技术、高通量蛋白质组学质谱分析技术以及代谢组学技术，使得我们对第一层次的分析能力大大提高，但是如何把基因组数据、转录组学数据、蛋白质组学数据和代谢组学数据分析并整合在一起研究，还面临着极大的挑战。2)基因、蛋白、代谢物等可以形成一些功能性的链接，如基因调控网络、代谢网络和信号传导途径等。3)各种网络或者途径又可以进一步的组合成功能性的模块，来完成一定的细胞功能4)不同的功能模块可以形成一个更为复杂的系统。2.生命系统自身的稳健性是如何实现的？生物系统的稳健性是指生物系统能够抵抗内部或者外部的干扰，并维持其功能的一种特性。（1）适应性（Adaptation）:生物体对环境条件变化的适应性；（2）参数的不敏感性（Parameterinsensitivity）:系统对某些动态参数是相对不敏感的；（3）逐渐降解性（Gracefuldegradation）:在一般条件下，单个系统的功能受到损害后，整个系统表现为慢慢破坏或降解，而不是灾难性的破坏。生物系统的稳健性实现途径：（1）通过系统的正反馈和负反馈作用，达到对一个系统稳健性的控制。如在基因调控和代谢途径方面有正反馈和负反馈作用。（2）累赘性或者重复性，即把执行同样功能的多个组分成分引入系统中作为系统的备份。如在基因表达水平上，很多基因常常具有相同的功能（累赘性），这也是造成基因敲除失败的一个常见的原因，即敲除一个基因后，还有备份基因发挥功能。在代谢网络中，某个代谢途径的失调可以通过激活其它代谢途径来实现功能的补偿。（3）结构的稳定性，即把一个稳定的结构构建到系统中，以到达系统的稳定性。如，生命系统中的蛋白-蛋白相互作用系统。（4）模块性即把系统分成不同的亚系统，这些系统在物理位置和功能上是分开的，是相互绝缘的，所以一个模块的功能失调不会很快导致其它模块的失调，也不会导致整个大系统的功能失调。如细胞的细胞器以及每个信号传导通路都可以形成不同的模块。3.如何可以实现对生命系统的干扰？生命系统具有稳健性和脆弱性，当用更多的资源来维持系统的稳健性时，也引入了系统的脆弱性，如一个系统需要很多资源才能维持其功能和稳健性，假如没有资源或资源缺乏时，系统就非常脆弱；反之，一个简单系统就不需要很多的资源，在没有资源或资源缺乏的条件下，系统反而具有更强的竞争力。4、转录组与蛋白质组研究的局限性是什么？代谢组相对于转录组和蛋白组研究的优势？转录组学和蛋白组学的局限性：（1）转录组学或蛋白组学上的变化不总能反映基因变更时在生化层面的表现型的改变。（2）现代技术对于转录组学和蛋白组学中mRNA以及蛋白质的识别是通过已知数据库中的模式植物进行序列比对来实现的，因此识别和对比过程是间接的，所能提供的信息可信度有限（3)如果在缺乏某mRNA或蛋白质的数据信息时，以上的两种组学就只能为人们提供少量的信息。(4)由于基因或蛋白的功能补偿作用，某个基因或蛋白的缺失会由于其他基因或蛋白的存在而得到补偿，最后反应的净结果为零。代谢组学的优势：（1）基因组学和蛋白质组学分别从基因和蛋白质层面生命的活动，而实际上细胞内许多生命活动是发生在代谢物层面的，如细胞信号释放，能量传递，细胞间通信等都是受代谢物调控的。（2）与转录组学和蛋白质组学比较，代谢组学专门研究生物体系由于基因修饰或受外部刺激后所产生的所有代谢产物的变化，距离表型最近，是生物体系整体功能或状态最终结果的表现，能更全面的揭示基因的功能，为生物技术的应用提供科学的依据。（3）基因和蛋白表达的有效的微小变化会蛋白质的级联反应在代谢物上得到放大，从而使检测更容易；（4）代谢组学的技术不需建立全基因组测序及大量表达序列标签（EST）的数据库；（5）代谢物的种类要远小于基因和蛋白的数目，每个生物体中代谢产物大约在103数量级（除植物以外）；（6）因为代谢产物和代谢途径在不同的生物体系中都是类似的，所以代谢组学研究中采用的技术更通用；5如何理解代谢途径的三维网格状结构？代谢途径是一系列中间体经酶催化通过链式化学反应最终转化为终产物的一系列反应。代谢途径有可能是三维的，三维网格结构是指代谢途径的线性，环形，阵列，他们可能是单向的，也可能是逆向的，并且它们可能具有分支和转换点。酶促反应可能是绝对特异性的，酶可能作用于基因家族或具有相同化学组分的相关分子之上。翻译得不知道对不对，还有就是这个题目是开放的，可以结合下面这个图说一说理解）例如不同的代谢途径，可以通过三维网格彼此联系起来，某个途径的中间产物，也可能是另外一个代谢途径的中间产物。某些