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2025-07-10T16:58:09Z

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[[Datei:1GZX Haemoglobin.png|mini|Struktur des [[Hämoglobin]]s]]

'''Proteomik''' ({{enS|proteomics}}) bezeichnet die Erforschung des [[Proteom]]s. Das Proteom umfasst die Gesamtheit aller in einer [[Zelle (Biologie)|Zelle]] oder einem [[Lebewesen]] unter definierten Bedingungen und zu einem definierten Zeitpunkt [[Proteinbiosynthese|vorliegenden Proteine]]. Das Proteom und auch das [[Transkriptom]] sind im Gegensatz zum eher statischen [[Genom]] dynamisch und können sich daher in ihrer qualitativen und quantitativen [[Protein]]zusammensetzung aufgrund veränderter Bedingungen (Umweltfaktoren, Temperatur, Genexpression, Wirkstoffgabe etc.) verändern. Sehr bildlich kann man sich die Dynamik des Proteoms an folgendem Beispiel vor Augen führen. Eine [[Raupe (Schmetterling)|Raupe]] und der aus ihr entstehende [[Schmetterlinge|Schmetterling]] enthalten das gleiche Genom, unterscheiden sich aber trotzdem äußerlich aufgrund eines unterschiedlichen Proteoms. Dasselbe gilt auch für eine [[Kaulquappe]] und den daraus entstehenden Frosch. Die Veränderungen des Proteoms können zum Teil sehr schnell erfolgen, beispielsweise durch [[posttranslationale Modifikation]]en wie die [[Phosphorylierung]]en und Dephosphorylierung von Proteinen, die im Rahmen der [[Signaltransduktion]] eine sehr wichtige Rolle spielen.

Die Proteomik versucht, sämtliche Proteine im Organismus zu katalogisieren und ihre Funktionen zu entschlüsseln. Die Baupläne der [[Proteine]] finden sich in den Erbanlagen. Speichert die Erbsubstanz [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]] lediglich Informationen, so erfüllen die aus [[Aminosäure]]n bestehenden Proteine vielfache Aufgaben. Sie sind Grundsubstanz des Lebens und wehren z. B. als [[Antikörper]] Krankheiten ab und ermöglichen als [[Enzym]]e unter anderem den [[Stoffwechsel|Metabolismus]] und sorgen mit Skelett, Sehnen und Muskeln für Bewegung.

== Etymologie ==
Das Wort [[Proteom]] stammt vom australischen Forscher [[Marc Wilkins]] und wurde auf einem Dia in seinem Vortrag auf dem Kongress ''{{lang|en|2D Electrophoresis: from protein maps to genomes}},'' am 5. September 1994 in [[Siena]] zum ersten Mal erwähnt. Der Wortlaut auf dem Dia lautete: {{" |lang=en |Text=''Proteome: the PROTEin complement expressed by a genOME, cell or tissue.'' |Übersetzung=Proteom: das PROTEinkomplement, das vom GenOM einer Zelle oder eines Gewebes exprimiert ist}}.<ref>[http://new_words.enacademic.com/2282/proteome Definition Proteom]</ref> Der Kongress findet immer noch (Stand 2012) alle zwei Jahre unter der Leitung von [[Luca Bini]] statt und heißt seit dem berühmten Dia von Marc Wilkins: ''{{lang|en|From Genome to Proteome}}''.<ref>[http://www3.unisi.it/eventi/proteome08/ Webseite zum Kongress in Siena]</ref>

== Forschungsschwerpunkte HUPO und DGPF ==
Ähnlich wie die [[Human Genome Organisation]] (HUGO) teilen sich die Forscher der Internationalen [[Humanproteom-Organisation]] (HUPO) weltweit die anfallende Arbeit. Deutschland konzentriert sich dabei auf die Erforschung der Gehirnproteine.
In Deutschland haben sich seit 2001 führende Protein- und Proteomikwissenschaftler zudem in der Deutschen Gesellschaft für Proteomforschung (DGPF) zusammengeschlossen, um die Forschungskapazitäten optimal zu nutzen.

== Teilgebiete ==
[[Datei:2D-Gel.jpg|mini|Das Proteom im [[2D-Gelelektrophorese|2D-Gel]]]]
{{Hauptartikel|Proteincharakterisierung}}
Wesentliche Teilgebiete sind die Aufklärung von [[Protein-Protein-Interaktion]]en, die vor allem von [[Tertiärstruktur|Tertiär-]] und [[Quartärstruktur]]en der Proteine und den Wechselwirkungen ihrer [[Proteindomäne|Domänen]] abhängen. Weiterhin gehört auch die [[Proteinreinigung]] und die [[quantitative Analyse]] der [[Genexpression|Proteinexpression]] in den Bereich der Proteomik. Sie ergänzt somit die Daten, die in der [[Genexpression]]sanalyse gewonnen werden und gibt Aufschluss über die Komponenten von [[Stoffwechselweg]]en und molekularen Regelkreisen. Das [[Protein-Engineering]] erlaubt die Veränderung von Funktionen [[Rekombinantes Protein|rekombinanter Proteine]] zur Anpassung seiner Eigenschaften.

Die Schlüsseltechniken der Proteomik unterstützen also die Aufklärung der Funktion und der 3-D-[[Proteinstruktur]] und die Identifikation einzelner Proteine in Gemischen.

Da alle metabolischen Prozesse durch Proteine erfolgen, basieren Therapieansätze wie neue Wirkstoffe gegen [[Krebs (Medizin)|Krebs]], [[Infektion]]en und bestimmte Nervenkrankheiten darauf.<ref>{{Literatur |Autor=Rolf Apweiler, Charalampos Aslanidis, Thomas Deufel, Andreas Gerstner, Jens Hansen, Dennis Hochstrasser, Roland Kellner, Markus Kubicek, Friedrich Lottspeich, Edmund Maser, Hans-Werner Mewes, Helmut E. Meyer, Stefan Müllner, Wolfgang Mutter, Michael Neumaier, Peter Nollau, Hans G. Nothwang, Fredrik Ponten, Andreas Radbruch, Knut Reinert, Gregor Rothe, Hannes Stockinger, Attila Tárnok, Mike J. Taussig, Andreas Thiel, Joachim Thiery, Marius Ueffing, Günther Valet, Joel Vandekerckhove, Christoph Wagener, Oswald Wagner, Gerd Schmitz |Titel=Approaching clinical proteomics. Current state and future fields of application in cellular proteomics |Sammelwerk=Cytometry. Part A |Band=75 |Nummer=10 |Datum=2009-10 |Seiten=816-832 |Kommentar=Review |DOI=10.1002/cyto.a.20779 |PMID=19739086}}</ref> Leiden wie [[Sichelzellanämie]], [[Alzheimer-Krankheit]], [[Chorea Huntington]] oder die [[Creutzfeldt-Jakob-Krankheit]] beruhen auf fehlerhaft geformten und verklumpenden Proteinen. Ist also bekannt, welches Protein für eine Fehlfunktion verantwortlich ist, so ist es möglich, gezielt ein kleines Molekül zu entwickeln, welches an dieses Protein andockt und eine weitere Fehlfunktion verhindert. In der Industrie werden rekombinante Proteine in Form von [[Waschmittelenzym]]en und biologischen Pflanzenschutzmitteln verwendet. [[Biologie|Biologen]] erhoffen sich bessere Einblicke in die Funktionsweise von Lebewesen und das Leben als solches. Die [[Biophysik]]er erwarten eine „molekulare [[Anatomie]]“.

=== Systembiologie ===
Ein neues Forschungsgebiet, das auf der Proteomik aufbaut, ist die [[Systembiologie]]. Diese versucht nicht mehr alleine die einzelnen Teile z. B. einer Zelle zu betrachten, sondern versucht das Zusammenwirken aller Einzelteile innerhalb eines Systems und seiner Umgebung zu beschreiben. Dazu erforderlich sind neben der Proteomik v. a. [[Mathematik|mathematische]] Modelle, die das System ''[[in silico]]'' (d. h. in Computermodellen) simulieren.

=== Paläoproteomik ===
Aus [[fossil]]en Knochen können neben [[aDNA|„alter“ DNA]] gelegentlich auch fossile Proteine isoliert werden, die ebenfalls z. B. Rückschlüsse auf deren Zugehörigkeit zu einer bestimmten biologischen [[Art (Biologie)|Art]] ermöglichen. Der hierauf aufbauenden ''Paläoproteomik'' (von griechisch παλαιός '' palaiós'', „alt“) kommt insbesondere zugute, dass einige Proteine längere Zeit stabiler sind als [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]]. So konnte 2016 durch die Arbeitsgruppe von [[Jean-Jacques Hublin]] vom [[Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie]] anhand von rund 40.000 Jahre alten [[Kollagen]]-Proben geklärt werden, dass die [[Kultur (Archäologie)|archäologische Kultur]] des [[Châtelperronien]] mit den [[Neandertaler]]n verbunden ist und nicht mit dem anatomisch modernen [[Mensch]]en (''Homo sapiens'').<ref>Frido Welker, Mateja Hajdinjak, Sahra Talamo, [...] und Jean-Jacques Hublin: ''Palaeoproteomic evidence identifies archaic hominins associated with the Châtelperronian at the Grotte du Renne.'' In: ''PNAS.'' Band 113, Nr. 40, 2016, S. 11162–11167, [[doi:10.1073/pnas.1605834113]]<br /> [https://www.mpg.de/10731379/palaeoproteomik-neandertaler ''Paläoproteomik hilft bei der Unterscheidung zwischen modernem Mensch und Neandertaler.''] Auf: ''mpg.de'' vom 16. September 2016</ref><ref>[https://www.mpg.de/11335494/jean-jacques-hublin-neandertaler ''Aug und Aug mit dem Neandertaler.''] In: ''Max Plack Forschung.'' Nr. 2, 2017, S. 18–25.</ref> 2019 wurde anhand fossiler Proteine aus [[Dentin]] des im [[Hochland von Tibet]] in der [[Baishiya-Höhle]] entdeckten [[Xiahe-Unterkiefer]]s nachgewiesen, dass er den [[Denisova-Mensch]]en zuzurechnen ist,<ref>Fahu Chen et al.: ''A late Middle Pleistocene Denisovan mandible from the Tibetan Plateau.'' In: ''Nature.'' Online-Vorabveröffentlichung vom 1. Mai 2019, [[doi:10.1038/s41586-019-1139-x]]</ref> und einige Monate später bestätigten 1,9 Millionen Jahre alte Dentin-Proben, dass die [[Gattung (Biologie)|Gattung]] ''[[Gigantopithecus]]'' ein ausgestorbenes „Schwester“-[[Taxon]] der [[Orang-Utans]] ist.<ref>Frido Welker et al.: ''Enamel proteome shows that Gigantopithecus was an early diverging pongine.'' In: ''Nature.'' Online-Vorabveröffentlichung vom 13. November 2019, [[doi:10.1038/s41586-019-1728-8]].<br /> [https://www.eurekalert.org/news-releases/604495 ''Oldest molecular information to date illuminates the history of extinct Gigantopithecus.''] Auf: ''eurekalert.org'' vom 13. November 2019.</ref> Bereits im Jahr 2015 erbrachten Kollagenanalysen eine nähere Verwandtschaft der „[[Südamerikanische Huftiere|Südamerikanischen Huftiere]]“ mit den [[Unpaarhufer]]n, namentlich untersucht wurden ''[[Macrauchenia]]'' und ''[[Toxodon]]'', die noch im ausgehenden [[Pleistozän]] vorkamen. Zuvor waren die genauen Verwandtschaftsverhältnisse der „Südamerikanischen Huftiere“ zu anderen Huftiergruppen unklar gewesen und Gegenstand wissenschaftlicher Debatten.<ref>Frido Welker et al. ''Ancient proteins resolve the evolutionary history of Darwin’s South American ungulates.'' In: ''Nature.'' Band 522, 2015, S. 81–84, [[doi:10.1038/nature14249]].</ref><ref>Michael Buckley: ''Ancient collagen reveals evolutionary history of the endemic South American ‘ungulates’.'' In: ''Proceedings of the Royal Society B.'' Band 282, 2015, S. 20142671 [[doi:10.1098/rspb.2014.2671]].</ref> Für den ausgestorbenen Nashornvertreter ''[[Stephanorhinus]]'' ergaben sich in den Jahren 2017 und 2019 anhand von rund 200.000 bis 400.000 beziehungsweise 1,8 Millionen Jahre alten Proteomen eine nähere Beziehung zum [[Wollnashorn]] und damit zu einem engeren Verwandtschaftskreis um das heutige [[Sumatra-Nashorn]].<ref>Frido Welker et al.: ''Middle Pleistocene protein sequences from the rhinoceros genus Stephanorhinus and the phylogeny of extant and extinct Middle/Late Pleistocene Rhinocerotidae.'' In: ''PeerJ.'' Band 5, 2017, S. e3033, [[doi:10.7717/peerj.3033]].</ref><ref>Enrico Cappellini et al.: ''Early Pleistocene enamel proteome from Dmanisi resolves Stephanorhinus phylogeny.'' In: ''Nature.'' Band 574, 2019, S. 103–107, [[doi:10.1038/s41586-019-1555-y]].</ref> Die Stellung ließ sich auch durch genetische Studien belegen und war zuvor aus anatomischen Gründen angenommen worden.<ref>Irina V. Kirillovaet al.: ''Discovery of the skull of Stephanorhinus kirchbergensis (Jäger, 1839) above the Arctic Circle.'' In: ''[[Quaternary Research]].'' Band 88, 2017, S. 537–550, [[doi:10.1017/qua.2017.53]].</ref> Ebenfalls 2019 trugen Studien an Proteinen zur systematischen Neugliederung der fossilen und rezenten [[Faultiere]] bei.<ref>Samantha Presslee et al.: ''Palaeoproteomics resolves sloth relationships.'' In: ''Nature Ecology & Evolution.'' Band 3, 2019, S. 1121–1130, [[doi:10.1038/s41559-019-0909-z]].</ref> Sechs Jahre später wurden erstmals Proteinsequenzen an dem 24 bis 21 Millionen Jahre alten fossilen Nashorn ''[[Epiaceratherium]]'' gewonnen und dieses damit in die bestehenden Verwandtschaftsverhältnisse der rezenten Vertreter eingeordnet.<ref>Ryan S. Paterson, Meaghan Mackie, Alessio Capobianco, Nicola S. Heckeberg, Danielle Fraser, Beatrice Demarchi, Fazeelah Munir, Ioannis Patramanis, Jazmín Ramos-Madrigal, Shanlin Liu, Abigail D. Ramsøe, Marc R. Dickinson, Chloë Baldreki, Marisa Gilbert, Raffaele Sardella, Luca Bellucci, Gabriele Scorrano, Michela Leonardi, Andrea Manica, Fernando Racimo, Eske Willerslev, Kirsty E. H. Penkman, Jesper V. Olsen, Ross D. E. MacPhee, Natalia Rybczynski, Sebastian Höhna, Enrico Cappellini: ''Phylogenetically informativeproteins from an Early Miocene rhinocerotid.'' In: ''Nature.'', 2025, [[doi:10.1038/s41586-025-09231-4]].</ref>

Weltweite mediale Beachtung fand 2015 beispielsweise eine Studie an 80 Millionen Jahre alten Knochen des zur Gruppe der [[Hadrosauridae|Entenschnabelsaurier]] gehörigen ''Brachylophosaurus canadensis'', in der [[Peptid]]e nachgewiesen wurden, die – aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit Peptiden heute lebender [[Hühnervögel]] und [[Strauße (Familie)|Strauße]] – als Überreste von Blutgefäßen interpretiert wurden.<ref>Timothy P. Cleland et al.: ''Mass Spectrometry and Antibody-Based Characterization of Blood Vessels from Brachylophosaurus canadensis.'' In: ''Journal of Proteome Reseaarch.'' Band 14, Nr. 12, 2015, S. 5252–5262,
[[doi:10.1021/acs.jproteome.5b00675]]<br /> [http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/palaeontologen-rekonstruieren-blutgefaesse-von-sauriern-a-1065623.html ''Knochensplitter: Forscher entdecken Blutgefäße von Dinosauriern.''] Auf: ''spiegel.de'' vom 2. Dezember 2015</ref>

=== Probleme und Trends ===
Nach zum Teil ernüchternden Erfahrungen mit genetischen Methoden wie der [[Microarray]]-Analyse herrscht bei einigen Wissenschaftlern auch bezüglich der Proteomforschung eine gewisse Skepsis vor.<ref>{{Literatur |Autor=Friedrich Lottspeich |Hrsg=Jörg Reinders, Albert Sickmann |Titel=Introduction to proteomics |Sammelwerk=Proteomics. Methods and Protocols |Reihe=Methods in Molecular Biology |BandReihe=564 |Verlag=Humana Press |Ort=Totowa |Datum=2009 |ISBN=978-1-60761-156-1 |Seiten=3-10 |Kommentar=Review |DOI=10.1007/978-1-60761-157-8_1 |PMID=19544014}}</ref> [[Friedrich Lottspeich]] vom [[Max-Planck-Institut für Biochemie]] in [[Martinsried]], Präsident der [[Deutsche Gesellschaft für Proteomforschung|Deutschen Gesellschaft für Proteomforschung]] (DGPF), warnt vor überzogenen Hoffnungen:
{{Zitat
|Text=Für den Humanbereich ist die Forschung derzeit eigentlich sowieso noch zu komplex […] Aber für eine Analyse der Hefe, die ein gutes Modellsystem wäre, will natürlich wieder keiner Geld ausgeben.}}

Die Komplexität ergibt sich aus den vielen Möglichkeiten: Laut Friedrich Lottspeich hat der Mensch schätzungsweise mehrere hunderttausend bis Millionen verschiedene Proteine. Ein einzelnes Gen produziert im Schnitt fünf bis zehn Proteine, in manchen Fällen mehrere hundert. Diese Komplexität vollständig zu erfassen ist eine Herausforderung, der die derzeitigen Methoden noch nicht gewachsen sind. Auf der anderen Seite entwickelt sich die Proteomforschung rasant weiter. Das ist insbesondere auf eine ständige Verbesserung der [[Massenspektrometer]] zurückzuführen, die immer präziser, [[Empfindlichkeit (Analytik)|sensitiver]] und schneller werden.

Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Entwicklung quantitativer Methoden,<ref>{{Literatur |Autor=Pier Giorgio Righetti, Natascia Campostrini, Jennifer Pascali, Mahmoud Hamdan, Hubert Astner |Titel=Quantitative proteomics. A review of different methodologies |Sammelwerk=European Journal of Mass Spectrometry |Band=10 |Nummer=3 |Ort=Chichester (England) |Datum=2004 |Seiten=335-348 |Kommentar=Review |DOI=10.1255/ejms.600 |PMID=15187293}}</ref> wie die auf dem Einsatz stabiler Isotope basierenden [[SILAC]], [[iTRAQ]], [[Tandem Mass Tag|TMT]] oder [[ICAT]]<ref>{{Literatur |Autor=Friedrich Lottspeich, Josef Kellermann |Hrsg=Kris Gevaert, Joël Vandekerckhove |Titel=ICPL labeling strategies for proteome research |Sammelwerk=Gel-Free Proteomics. Methods and Protocols |Reihe=Methods in Molecular Biology |BandReihe=753 |Verlag=Humana Press |Ort=Totowa |Datum=2011 |ISBN=978-1-61779-147-5 |Seiten=55-64 |DOI=10.1007/978-1-61779-148-2_4 |PMID=21604115}}</ref> Verfahren oder der [[MeCAT]]-Metallkodierung, bei der unterschiedlich schwere Metalle zur Markierung von Proteinen und Peptiden aus verschiedenen Proteinproben eingesetzt werden. Letztere erlaubt erstmals im Multiplexansatz den proteomweiten Einsatz der ultrasensitiven Elementmassenspektrometrie ([[Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma|ICP-MS]]) (Nachweisgrenze im ppt bis unteren ppq Bereich), die eine über 2 bis 5 Größenordnungen höhere Sensitivität bei der Proteinquantifizierung erlaubt und einen linearen dynamischen Messbereich von mindestens 6 bis 8 Größenordnungen aufweist. ''MeCAT'' erlaubt im Gegensatz zu den anderen Verfahren, die auf Peptidebene 'nur' relativ quantifizieren, vorteilhafterweise eine relative und sogar ''absolute Quantifizierung'' auf Proteinebene, wodurch Proteinspezies wie posttranslational modifizierte Proteine einer Quantifizierung besser zugänglich werden. Die Kalibrierung der ICP-MS erfolgt mit protein-/peptid''un''abhängigen Metallstandards. Die Notwendigkeit proteinspezifischer Standardpeptide entfällt somit.

Kombiniert man quantitative Proteomanalyse mit anderen biologischen Methoden, so kann man auch Aussagen über die Funktion von Proteinen treffen (z. B. [[Protein-Protein-Interaktion]] oder [[Posttranslationale Modifikation]]en). Die moderne Proteomforschung geht daher inzwischen weit über das bloße Katalogisieren von Proteinen hinaus und versucht komplexe Mechanismen zu verstehen.

== Siehe auch ==
* [[-omik]]
* [[Bioinformatik]]
* [[UniProt]]

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=David P. Clark, Nanette J. Pazdernik
|Titel=Molekulare Biotechnologie. Grundlagen und Anwendungen
|Verlag=Spektrum Akademischer Verlag
|Ort=Heidelberg
|Datum=2009
|ISBN=3-8274-2128-4
|Seiten=263–294}}
* {{Literatur
|Autor=[[Hubert Rehm]]
|Titel=Proteinbiochemie, Proteomics
|Reihe=[[Der Experimentator]]
|Auflage=5.
|Verlag=Spektrum Akademischer Verlag
|Ort=Heidelberg
|Datum=2006
|ISBN=3-8274-1726-0}}
* {{Literatur
|Autor=Hans Gerd Nothwang, Steven E. Pfeiffer
|Titel=Proteomics of the Nervous System
|Verlag=Wiley-VCH
|Ort=Weinheim
|Datum=2008
|ISBN=978-3-527-31716-5}}
* {{Literatur
|Autor=Jörg von Hagen
|Titel=Proteomics Sample Preparation
|Verlag=VCH-Wiley
|Ort=Weinheim
|Datum=2008
|ISBN=978-3-527-31796-7}}
* {{Literatur
|Hrsg=Sabine Fischer
|Titel=Funktionelle Proteomik. Krankheitsursachen frühzeitig erkennen und gezielt behandeln
|Verlag=Elsevier
|Ort=München
|Datum=2008
|ISBN=978-3-437-57920-2}}
* {{Literatur
|Autor=[[Friedrich Lottspeich]], Haralabos Zorbas
|Titel=Bioanalytik
|Verlag=Spektrum Akademischer Verlag
|Ort=Heidelberg
|Datum=1998
|ISBN=978-3-8274-0041-3}}
* {{Literatur
|Autor=Scott D. Patterson, Ruedi H. Aebersold
|Titel=Proteomics: the first decade and beyond
|Sammelwerk=[[Nature Genetics]]
|Band=33
|Datum=2003-03
|Seiten=311–323
|Kommentar=Review, freier Volltext
|DOI=10.1038/ng1106}}

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
* [http://www.scinexx.de/dossier-detail-15-11.html Proteomiks – Proteine verstehen lernen] – scinexx Wissensmagazin – 16. Mai 2003
* {{Webarchiv |url=http://www.roche.com/pages/facetten/22/proteomics_d.pdf |text=Proteomik: Durchblick im Dickicht |wayback=20140803101609}} (PDF; 381 kB)
* [http://www.hupo.org/ Human Protein Organisation]
* [http://www.dgpf.org/ Deutsche Gesellschaft für Proteomforschung]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Biochemie]]
[[Kategorie:Systembiologie]]
[[Kategorie:Protein-Methode| ]]

Proteomik - Versionsgeschichte

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