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Die Proteomik untersucht die Gesamtheit aller Proteine eines Organismus oder einer Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt. Sie ist im Gegensatz zum Genom hochdynamisch und spiegelt den tatsächlichen Funktionszustand eines biologischen Systems wider.
Während die Genomik den Bauplan eines Lebewesens (die DNA) analysiert, konzentriert sich die Proteomik auf die Ausführenden dieses Bauplans: die Proteine. Das Proteom bezeichnet dabei die Gesamtheit aller Proteine, die in einer Zelle, einem Gewebe oder einem gesamten Organismus unter definierten Bedingungen vorhanden sind.
Ein entscheidender Unterschied zum Genom ist die Dynamik. Während fast jede Zelle eines Individuums das gleiche Genom besitzt, verändert sich das Proteom ständig. Es reagiert auf äußere Reize wie Stress, Medikamente oder Krankheiten. Man kann sich das Genom als ein Kochbuch vorstellen, das alle möglichen Rezepte enthält, während das Proteom das Buffet ist, das je nach Anlass (Zustand der Zelle) tatsächlich serviert wird.
Die Komplexität des Proteoms übersteigt die des Genoms bei weitem. Dies liegt vor allem an zwei Prozessen: dem Alternativen Spleißen (verschiedene mRNA-Varianten aus einem Gen) und den Posttranslationalen Modifikationen. Letztere sind chemische Veränderungen wie Phosphorylierungen oder Glykosylierungen, die erst nach der Proteinbiosynthese an das Protein angefügt werden und dessen Funktion steuern.
Zur Analyse des Proteoms werden spezialisierte Verfahren eingesetzt. Die 2D-Gelelektrophorese trennt Proteine zunächst nach ihrem isoelektrischen Punkt (Ladung) und dann nach ihrer Größe. Die Identifizierung der so getrennten Proteine erfolgt meist mittels Massenspektrometrie, bei der das Masse-zu-Ladung-Verhältnis von Molekülfragmenten gemessen wird.
In der Medizin spielt die Proteomik eine zentrale Rolle bei der Suche nach Biomarkern. Das sind spezifische Proteine, deren Konzentration im Blut oder Gewebe auf eine bestimmte Krankheit (z. B. Tumormarker bei Krebs) oder den Erfolg einer Therapie hinweist.
Ein Teilbereich ist die Interaktomik, die untersucht, wie Proteine innerhalb einer Zelle miteinander interagieren. Proteine arbeiten selten isoliert; sie bilden Komplexe und Netzwerke, die für die Signalübertragung und den Stoffwechsel essenziell sind.
