根据研究内容的不同，蛋白组学可以分为表达蛋白质组学、功能蛋白质组学和结构蛋白质组学三个分支。
表达蛋白质组学是研究生物体在不同发育时期、不同环境、疾病或药物处理下细胞或组织中蛋白质表达情况的科学，其主要研究技术包括蛋白分离技术、质谱分析技术、基因表达系列分析技术和微测序技术等。
功能蛋白质组学是通过分析蛋白间的相互作用、蛋白质的三维结构、蛋白质细胞定位以及翻译后修饰来明确蛋白质在细胞或组织中的生理功能。其主要的研究技术包括生物信息学分析、全基因组的蛋白标签、基因敲除或删除、蛋白芯片和酵母双杂交等。
结构蛋白质组学就是在活性构象下研究蛋白质的三维构象。测定蛋白质三维结构的方法分为两种，一种是利用X射线衍射法和中子衍射法分析晶体蛋白的空间构象，一种是应用核磁共振法、激光拉曼光谱法、圆二色光谱法、荧光光谱法、紫外差光谱法和氢同位素交换法等研究溶液中的蛋白质构象。
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