?综述与专论?
2014年第1期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
随着基因组计划的完成，生命科学研究开始进入以基因组学、蛋白质组学、营养组学、代谢组学等“组学”为研究标志的后基因组时代。蛋白质组（proteome）一词最早是由澳大利亚科学家Wilkins 和Williams 于1994年提出［1］，1995年7月最早见诸于Electrophoresis 杂志［2］，意指一个细胞或组织中由基因组表达的全部蛋白质。蛋白质组学（proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织、体液中的所有蛋白质组成、功能及其蛋白之间的相互作用的学科。
虽然基因决定蛋白质的水平，mRNA 只包含了转录水平的调控，其表达水平并不能代表细胞内活
收稿日期：2013-09-05基金项目：甘肃省科技计划基金资助项目（0708NKCA129），兰州大学第二医院医学研究基金项目（YJ2010-08）作者简介：尹稳，女，硕士，研究方向：蛋白质组学；E -mail ：yinwen0508@https://www.doczj.com/doc/2c807895.html, 通讯作者：伏旭，男，硕士，研究方向：生物化学与分子生物学；E -mail ：fuxu0910@https://www.doczj.com/doc/2c807895.html,
蛋白质组学的应用研究进展
尹稳1 伏旭2 李平1
（1.兰州大学第二医院，兰州 730030；2.兰州大学第二医院急救中心，兰州 730030）
摘 要： 蛋白质组学（Proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织或体液中的所有蛋白质组成及其功能的新兴学科。虽然基因决定蛋白质的水平，但是基因表达的水平并不能代表细胞内活性蛋白的水平，蛋白质组学分析是对蛋白质翻译和修饰水平等研究的一种补充，是全面了解基因组表达的一种必不可少的手段。蛋白质组学相关技术的发展极大地推动了蛋白质组学的研究进展，使其在各研究领域得到了广泛的应用。对蛋白质组学相关技术及其在各领域的应用进行了综述，最后对蛋白质组学的发展趋势和应用前景作出展望。
关键词： 蛋白质组学 双向凝胶电泳 质谱 生物信息学 应用现状
Application Research Progress of Proteomics
Yin Wen 1 Fu Xu 2 Li Ping 1
（1. Lanzhou University Second Hospital ，Lanzhou 730030；2. Department of Emergency ，Lanzhou University Second
Hospital ，Lanzhou 730030）
Abstract: Proteomics is an emerging discipline for studying proteins composition and function in a type of cell, tissue or body fluids in a large -scale, high -throughput and systematic level. While genes determine the level of protein, but the level of gene expression can not represent the intracellular reactive protein levels. Proteomic analysis is a complement to the study of translation and modification and also an indispensable tool for a comprehensive understanding of genome expression. The development of proteomic technologies has greatly promoted the progress of proteomic research, and it has been widely used in various research fields.This paper revieweded the proteomic technologies and the applications in various fields are also briefly reviewed. Finally, some future issues are presented.
Key words: Proteomics Two -dimensional gel electrophoresis Mass spectrometry Bio -informactics Application status
性蛋白的水平［3］，且转录水平的分析不能反应翻译后对蛋白质的功能和活性起至关重要作用的蛋白修饰过程［4］，如酰基化、泛素化、磷酸化或糖基化等。而蛋白质组学除了能够提供定量的数据以外，还能提供包括蛋白定位和修饰的定性信息。只有通过对生命过程中蛋白质功能和蛋白质之间的相互作用以及特殊条件下的变化机制进行研究，才能对生命的复杂活动具有深入而又全面的认识。近年来，蛋白质组学技术取得了长足的发展，随着新技术的不断涌现，其应用范围也不断扩大。本文对蛋白质组学相关技术及其在各研究领域的应用进行了简要的归纳和评述，并对蛋白质组学的发展趋势和应用前景
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尹稳等：蛋白质组学的应用研究进展
作出展望。
1 蛋白质组学的分类
根据研究目的和手段的不同，蛋白质组学可以分为表达蛋白质组学、结构蛋白质组学和功能蛋白质组学。表达蛋白质组学用于细胞内蛋白样品表达的定量研究。其研究技术为经典的蛋白质组学技术即双向凝胶电泳和图像分析。在蛋白质组水平上研究蛋白质表达水平的变化等，是应用最为广泛的蛋白质组学的研究模式。以绘制出蛋白复合物的结构或存在于一个特殊的细胞器中的蛋白为研究目标的蛋白质组学称为“细胞图谱”或结构蛋白质组学，用于建立细胞内信号转导的网络图谱并解释某些特定蛋白的表达对细胞产生的特定作用［5］。功能蛋白质组学以细胞内蛋白质的功能及其蛋白质之间的相互作用为研究目的，对选定的蛋白质组进行研究和描述，能够提供有关蛋白的糖基化、磷酸化，蛋白信号转导通路，疾病机制或蛋白-药物之间的相互作用的重要信息。
2 蛋白质组学的主要研究技术
蛋白质组学研究的进展是由技术推动的，同时也受到技术的限制。蛋白质组学研究的技术水平很大程度上决定了研究成功的可能性。蛋白质组学研究的核心就是能够系统地鉴定一个细胞或组织中表达的每一个蛋白质并确定每一个蛋白质的突出性能。蛋白质组学的主要相关技术有双向凝胶电泳、差异凝胶电泳、质谱分析等。其中双向电泳技术从开发到应用已经30多年［6］，是蛋白质组学研究的核心技术之一；差异凝胶电泳技术［7］能够进行大样本统计分析，且灵敏度高；质谱技术包括生物质谱、飞行时间质谱、电喷雾质谱等，通常与双向电泳等蛋白分离技术相联用，具有灵敏、准确、自动化程度高等特点，是蛋白鉴定的核心技术。除了上述几种主要的技术外，近年来蛋白质芯片技术、酵母双杂交系统和生物信息学分析也应用于蛋白质组学。由于其操作简便，样品用量少并能对多个样品进行平行检测，蛋白质芯片技术与其他常规方法相比具有明显优势［8］；酵母双杂交系统主要针对活细胞内蛋白质的研究，近年来已经发展到检测小分子-蛋白质，DNA-蛋白质及RNA-蛋白质之间的相互作用上；物信息学是蛋白质组学研究的核心技术之一，由于通过双向电泳，质谱或蛋白质芯片所获得的数据通常都是高通量且比较复杂，只有通过生物信息学分析才能对蛋白质的种类、结构和功能进行分析确定。
3 蛋白质组学的应用现状
3.1 蛋白质组学在疾病研究中的应用
蛋白质组学在疾病研究中的应用主要是发现新的疾病标志物，鉴定疾病相关蛋白质作为早期临床诊断的工具，以及探索疾病的发病机制和治疗途径。人类的许多疾病已经从蛋白质组学方向展开研究，并取得了一定的进展。Lei等［9］通过2-DE和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱等蛋白质组学相关技术对膀胱癌患者的尿蛋白进行分离鉴定，获得14个差异表达的蛋白质，这些差异表达的蛋白可能是诊断和检测膀胱癌的潜在尿标志物。McKinney等［10］应用亚细胞蛋白质组学方法对原发性和转移性的4个胰腺癌细胞差异表达的蛋白质进行鉴定，有540个蛋白质是原发性癌细胞特异性的，487个具有转移部位癌细胞特异性。通过统计学分析鉴定出134个显著性差异表达的蛋白质，可用于进一步研究以确定其在肿瘤发生和转移过程中的作用。Tetaz等［11］应用尿蛋白质组学方法对肾移植后3个月获得的29个尿样进行分析，鉴定出18个预测慢性移植肾功能障碍（CAD）的生物标志物，其中8.860 kD的蛋白标志物在预测CAD方面具有最高的诊断性能。这些生物标记物在肾移植后3个月即可检测出，最长可以鉴定出在移植后4年可能发生CAD的病人。Brea 等［12］应用双向电泳联合质谱技术，对12例心源性脑栓塞症患者和12例粥样硬化血栓性梗死患者的血清蛋白进行差异比较，发现触珠蛋白相关蛋白和淀粉样蛋白A等蛋白质在粥样硬化血栓性梗死患者中的血清水平显著升高。Wen等［13］对人类美洲锥虫病患者的血清蛋白质组学进行了研究，以探索其潜在的病理生理学机制。通过MALDI-TOF MS/MS 对高丰度和低丰度锥虫病患者的血清蛋白进行分析，分别获得80和14个差异表达的蛋白质。检测出的心脏相关蛋白和黏着斑蛋白与血纤维蛋白溶酶原的表达水平的增加为临床人类美洲锥虫病心肌损伤和发展的研究提供了一组比较全面的生物标志物。
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Kikuchi等［14］首次应用标准的散弹蛋白质组学分析方法对非小细胞肺癌的两种主要亚型和正常肺组织进行了深入蛋白质组学分析，鉴定出许多新的可作为潜在诊断和治疗的分子标志物的差异表达蛋白。
3.2 蛋白质组学在遗传病学研究中的应用
蛋白质组学在遗传病学中的应用主要是为了探索遗传病的发病机制，寻找用于遗传病的早期诊断的生物标记和特异性的药物靶点等。常见的遗传病主要包括：单基因遗传病，多基因遗传病，线粒体遗传病及体细胞遗传病等。Polprasert等［15］应用蛋白质组学方法对遗传性球形红细胞增多症（HS，单基因遗传病）的红细胞膜蛋白变化进行研究，分离鉴定出56个差异表达的蛋白质，通过蛋白质网络分析出包括细胞死亡，细胞循环及遗传性和血液性紊乱3个HS相关的重要网络，为进一步研究和了解HS相关的发病机制提供了参考。Yang等［16］对阿尔茨海默病（多基因遗传病）模型大鼠的脑突触体进行了蛋白质组学分析，得到14种差异表达的蛋白质，通过MALDI-TOF MS鉴定出α-2-珠蛋白链和与细胞凋亡和信号转导有关的肽基脯氨酸反式异构酶A与丝切蛋白-1三种蛋白，这些差异表达的蛋白有助于对阿尔茨海默病发病机制的了解。Rabilloud等［17］研究了线粒体tRNA基因的点突变对线粒体蛋白结构的影响，通过双向凝胶电泳和质谱技术对健康人和和病态下的线粒体蛋白的表达进行研究发现，核编码的细胞色素C氧化酶的亚单位蛋白的表达水平明显降低，表明线粒体tRNA基因的点突变会影响核编码蛋白的稳态水平。
3.3 蛋白质组学在药物研究中的应用
随着蛋白质组学的快速发展，相关的研究技术在药物研究领域的应用也越来越多，为快速，特异，高通量的药物研究提供了有力的技术支持。Huang 等［18］应用蛋白质组学方法对奥利司他抗肿瘤药物处理过的人卵巢癌细胞SKOV3的蛋白质表达变化进行了研究，鉴定出71个差异表达的蛋白质，其中与肿瘤发生有关的关键酶PKM1/2在经过奥利司他处理后表达显著下调，证明奥利司他是一种潜在的卵巢癌抑制剂，并可以作为新的抗肿瘤辅助药物。Lin 等［19］应用蛋白质组学技术对阿霉素处理的人子宫癌细胞的蛋白表达变化进行研究发现，有37种差异表达的蛋白质，为阿霉素抗性的子宫癌细胞的治疗提供了诊断和治疗标志物。Li等［20］利用双向电泳联合质谱技术对蓝藻细菌衍生的微囊藻素-亮氨酸-精氨酸（MCLR）诱导的神经毒性相关的蛋白进行鉴定发现，MCLR处理的海马区与神经变性疾病、氧化应激及能量代谢相关蛋白的表达发生变化，且MCLR能够诱导抑制蛋白磷酸化和神经微管相关蛋白tau的异常高度磷酸化，证明MCLR可以诱导神经中毒效应，导致记忆损伤及神经退行性病变等。Bauer等［21］对紫杉醇类药物治疗乳腺癌复发的患者应用蛋白质组学方法进行分析，在其组织中发现α-防卫素过度表达，大量研究表明α-防卫素可以作为预测紫杉醇类药物对乳腺癌治疗作用的生物学标记物。O'Connell［22］等应用液相色谱-质谱联用技术对DU145，22RV1和 PC-3三种前列腺癌细胞系与相应的多西他赛抗性的子代细胞系间差异表达的蛋白进行鉴定，鉴定出的差异表达的蛋白质有助于进一步了解细胞抗性的潜在生化机制，对提高临床疗效有着至关重要的作用。
3.4 蛋白质组学在植物学研究中的应用
利用蛋白质组学在植物领域进行研究的报道已经很多，如对农作物的不同组织、器官和亚细胞水平的蛋白组的研究，植物突变体差异表达蛋白的鉴定，环境胁迫条件下蛋白表达水平变化的研究等。Khatoon等［23］利用蛋白质组学方法对大豆幼苗在低氧和水胁迫条件下的应答机制进行了研究分析，对根部的蛋白进行分离鉴定出27个差异表达的蛋白斑点，其中与代谢和能量相关的蛋白表达增加，而存储相关的蛋白表达水平降低。与低氧胁迫条件相比，水胁迫条件下存储蛋白和疾病/防御蛋白的表达下调对大豆幼苗的生长产生更大的抑制作用。Aghaei 等［24］通过双向凝胶电泳技术对盐胁迫下大豆蛋白质表达谱进行了研究分析，检测到7个重复性较好的差异表达的蛋白，研究表明盐度能改变一些胚轴和根部特定蛋白的表达，这些差异表达的蛋白可能与耐盐性相关。Ngara等［25］利用双向凝胶电泳电泳联合质谱技术对盐胁迫条件下高粱幼苗叶子的蛋白表达进行研究，在盐胁迫下有118个显著变化的蛋
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白，鉴定出的差异表达的蛋白可以分为6大类，包括已知的和推定的胁迫应答蛋白。Anne-Catherine 等［26］应用2D-DIGE技术对香蕉的耐旱性进行研究，从叶子蛋白质组中鉴定出24种差异表达的蛋白质。通过蛋白质组学分析表明在受胁迫植物中存在一种新的平衡，其中呼吸，活性氧的代谢以及一些脱氢酶的体内平衡发挥着一个比较重要的作用。Randall 小组［27］运用蛋白质组学方法对八倍体草莓的低温应答机制进行了研究，通过对“Jonsok”和“Frida”两种品系经过不同时间的冷处理后进行双向凝胶电泳和定量蛋白质组学分析，鉴定出135种特异表达的蛋白质，并鉴定出许多耐寒性相关的生物标记分子。Zhao等［28］应用质谱和分子生物学技术对乳腺癌患者的糖基化磷脂酰肌醇锚定蛋白进行了蛋白质组学鉴定，发现糖基化磷脂酰肌醇锚定蛋白表达水平的增加有助于恶性乳腺癌上皮细胞的去分化，可作为乳腺癌诊断和潜在治疗靶点。
3.5 蛋白质组学在食品科学研究中的应用
蛋白质组学技术的迅速发展为食品科学研究提供了新的研究思路和技术，在食品中过敏的检测、食品成分的鉴定等食品科学研究领域已经具有广泛的应用。Coscia等［29］应用蛋白质组学研究技术对牛奶的蛋白质和人乳的微量成分进行检测，收集了62个正常分娩的和11个早产初乳样品，通过蛋白质组学相关研究发现在人初乳中存在完整的牛α-S1-酪蛋白，α-1-酪蛋白被认为是在人乳中分泌的牛乳过敏原，可能是纯母乳喂养婴儿对牛奶过敏的原因之一。Hong等［30］通过液相色谱联合质谱技术对古代食物残渣进行鉴定发现，食物残渣中存在牛奶成分，此研究为古代的残留物的分析及其他考古领域提供了一种新的研究方法。Pedreschi等［31］将鸟枪法蛋白质组学方法应用于烘烤饼干中花生过敏原的检测，通过检测花生过敏原Ara h的3/4水解肽段来确定花生的存在，建立的检测方法在微量级水平即可检测出花生过敏原的存在。李明云等［32］通过对不同裂解液配方、等电聚焦程序和上样量等条件的优化，建立了大黄鱼肝脏蛋白质组双向电泳的相关技术体系，提高了大黄鱼肝脏蛋白双向电泳图谱的分辨率，为大黄鱼肝脏蛋白质组学的进一步研究奠定了基础 。Andrade等［33］应用比较蛋白质组学方法对预成熟的和成熟期的芒果在成熟过程中差异表达的蛋白进行鉴定，通过2-D凝胶电泳和液相色谱-质谱技术共鉴定出47种差异表达的蛋白质。在这些蛋白质中，与碳固定和激素的生物合成相关的蛋白在成熟过程中减少，而与分解代谢和压力应答相关的蛋白逐渐积累，为芒果成熟过程中的生物学变化提供了一个概括性的研究。
3.6 蛋白质组学在微生物学研究中的应用
蛋白质组学研究技术已应用到生命科学的各种领域，在微生物学研究中，可用于病原微生物致病机制、耐药机理、病毒感染的研究以及新型疫苗的研发等。Fernandez等［34］对加入羧甲基纤维素的培养基培养的葡萄孢菌蛋白质通过双向凝胶电泳分离，选择267个蛋白斑点用于MALDI-TOF MS分析鉴定发现，许多蛋白质在其致病过程中具有重要的作用。Fang等［35］利用2-DE和MALDI-TOF MS对草莓炭疽菌感染的草莓幼苗叶子的蛋白质组进行研究，鉴定出49个显著差异表达的蛋白质，在感染后期，开尔文循环和糖酵解途径相关蛋白的表达受到抑制，此研究增加了对病原抗性机制的了解。Ansong等［36］利用液相色谱-质谱联用技术对对数期、静止期和低pH/低Mn条件下沙门氏菌（S.typhi Ty2）的蛋白质组进行鉴定，共鉴定2 066个蛋白质。研究发现S.typhi Ty2存在一组高表达蛋白，推测这些蛋白与S.typhi的病原性和宿主专一性有关。Zhang等［37］应用比较蛋白质组学方法对外膜蛋白P5缺陷突变菌株副猪嗜血杆菌SC096的蛋白质组进行研究，得到24种差异表达的蛋白质，主要包括碳水化合物、脂肪、氨基酸代谢相关蛋白，转录翻译因子及伴侣蛋白等。在牛乳腺炎的宿主和病原菌的应答机制的研究，蛋白质组学分析技术被用于病原菌毒性因子、抗原蛋白的鉴定及用于分离牛乳腺炎致病菌株的特异性蛋白，为临床乳腺感染的病原菌应答机制的研究提供了较多的理论依据，通过兽类病原菌蛋白质组学分析已经鉴定出疫苗研发的潜在作用靶点，并阐明了在宿主环境下细菌从入侵到存活的前在作用机制［38，39］。3.7 蛋白质组学在生物膜研究中的应用
生物膜在活细胞及其外界环境之间形成了一个
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重要屏障，还用于划分真核生物细胞内的细胞器。大约有1/4-1/3的细菌的基因用于编码细菌的内膜或外膜的蛋白质。这些蛋白执行一些基本的生理功能，如代谢物、有毒物质或抗生素的排出，维持细胞内离子的动态平衡及能量的产生和转换等。对于真核生物的细胞器膜，其高度专业化的功能大多是由膜上的相应蛋白质执行完成的。Liu等［40］利用比较膜蛋白质组学方法对H5N1病毒分别感染6、12和24 h的人肺腺癌细胞A549进行蛋白分析鉴定，得到24个差异表达的蛋白质，其中57%为膜蛋白或膜相关蛋白，通过siRNA技术鉴定出与病毒增殖相关的几种蛋白，对病毒感染过程中宿主膜蛋白作用的了解提供了新的认识。Vishvanath等［41］应用比较蛋白质组学方法对碳青酶烯抗性菌株——鲍氏不动杆菌的内膜部分进行研究，鉴定出19个过表达的和4个表达下调的蛋白质，在表达上调的蛋白质中包括β-内酰胺酶、代谢酶和核糖体酶蛋白等，在鲍氏不动杆菌产生耐药性的过程中，低水平的表面抗原有助于逃避宿主的防御机制。Wang等［42］应用2-D差异凝胶电泳技术对非洲爪蟾蜍的外胚层和中胚层组织的膜组分中的蛋白质含量进行了比较分析，鉴定出一些在一个或其他组织中含量丰富的蛋白质，包括细胞骨架和细胞信号转导的调节者，有助于阐明胚胎中的各种不同组织的特定功能。Jia等［43］对乙醇诱导的肝硬化模型大鼠进行了动态的质膜蛋白质组学分析，通过2-D凝胶电泳和串联质谱鉴定出16种差异表达的蛋白质。这些差异表达的蛋白质可能是酒精性肝硬化治疗的新药物靶点。
4 展望
蛋白质组学是一门在蛋白质水平上认识生命机理的学科，其学术理念和相关技术方法已被广泛应用于生命科学的各个领域，涉及多种重要的生物学现象，并已成为人类重大疾病诊断、治疗和寻找药物靶点的有效方法之一。虽然蛋白质组学还存在一些问题，如蛋白质组学的相关技术在自动化操作、灵敏度检测方面存在某些缺陷；由于仪器价格昂贵使得相关技术的推广受到限制；蛋白质组学方法标准不统一，各实验室的结果不能很好地重复等。但是，作为一门新兴学科，其广阔的应用前景却是不容置
疑的。由于存在蛋白质翻译后的修饰和定位，蛋白质组学分析是对翻译和修饰水平等研究的一种补充，是全面了解基因组表达的一种必不可少的手段。
蛋白质组学的广泛应用为其发展提供了更多的需求和发展方向，在以后的研究中，蛋白质组学的研究将会出现多技术、多学科的交叉，这种交叉是新技术、新方法的活水之源，蛋白质组学技术与基因组学、生物信息学等领域的交叉，呈现出的系统生物学研究模式，将会成为生命科学研究的新前沿，如：蛋白质组学在代表了21世纪毒理学发展方向的系统毒理学方向的研究。此外，蛋白质组学在艾滋病、神经退行性疾病、严重帕金森病和老年性痴呆等人类重大疾病的攻克方面也具有十分诱人的前景。可以预见的是，将来可以开发出综合运用蛋白质组学、生物信息学和基因组学等多学科相关技术的蛋白质组芯片，能够快速、灵敏、准确地分析鉴定人类疾病的相关信息，为疾病的临床诊断和治疗提供一定的科学理论依据。相信在未来的发展中，蛋白质组学的研究领域和应用前景将会更加广泛。
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（责任编辑狄艳红）
蛋白质组学的应用研究进展 蛋白质组学的应用研究进展 尹稳1 伏旭2 李平1 （1. 兰州大学第二医院，兰州 730030 ；2. 兰州大学第二医院急救中心，兰州730030） 摘要：蛋白质组学（Proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织或体液中的所有蛋白质组成 及其功能的新兴学科。虽然基因决定蛋白质的水平，但是基因表达的水平并不能代表细胞内活性蛋白的水平，蛋白质组学分析是对蛋白质翻译和修饰水平等研究的一种补充，是全面了解基因组表达的一种必不可少的手段。蛋白质组学相关技术的发展极大地推动了蛋白质组学的研究进展，使其在各研究领域得到了广泛的应用。对蛋白质组学相关技术及其在各领域的应用进行了综述，最后对蛋白质组学的发展趋势和应用前景作出展望。 关键词：蛋白质组学双向凝胶电泳 质谱 生物信息学 应用现状 Application Research Progress of Proteomics （1. Lanzhou University Second Hospital，Lanzhou 730030 ；2. Department of Emergency，Lanzhou University Second Hospital，Lanzhou 730030） Abstract: Proteomics is an emerging discipline for studying proteins composition and function in a type of cell, tissue or body fluids in a large-scale, high-throughput and systematic level. While genes determine the level of protein, but the level of gene expression can not represent the intracellular reactive protein levels. Proteomic analysis is a complement to the study of translation and modification and also an indispensable tool for a comprehensive understanding of genome expression. The development of proteomic technologies has greatly promoted the progress of proteomic research, and it has been widely used in various research fields.This paper revieweded the proteomic technologies and the applications in various fields are also briefly reviewed. Finally, some future issues are presented.
名词解释 蛋白质组学：是研究与基因对应的蛋白质组的学科。指一种基因组所表达的全套蛋白质,即包括一个基因组、一种细胞或组织，乃至一种生物所表达的全部蛋白质。 双向电泳原理：双向一般是指第一向为等点聚焦（IEF），根据蛋白质等电点进行分离；第二向为SDS凝胶电泳(SDS-PAGE)，根据蛋白质的相对分子量进行分离。 三步纯化策略:第一步粗提，浓缩，稳定蛋白，去除蛋白酶，使用梯度洗脱来增加捕获步骤的速度和容量；第二步中度纯化，去除主要杂质，一般需要连续梯度洗脱； 第三步精纯，最终去除痕量杂质，如目标蛋白的结构变体。 高效液相色谱：是一种以高压输出液体为流动相的色谱技术。在技术上采用高压输液泵、高效固定相和高灵敏度检测器，克服了经典液相色谱固定相柱效低，分析周期 长的缺点，具有分析速度快、分离效率高、检出极限地的特点。 吸附色谱：吸附色谱系色谱法之一种，利用固定相吸附中对物质分子吸附能力的差异实现对混合物的分离，吸附色谱的色谱过程是流动相分子与物质分子竞争固定相吸 附中心的过程。 PCR扩增：即聚合酶链式反应，是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火（复性）及适温延伸等反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA 得以迅速扩增,具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。 基因组文库：基因文库是指整套由基因组DNA片段插入克隆载体获得的分子克隆的总和。 广义的基因文库指来于单个基因组的全部DNA克隆，理想情况下应含有这一 基因组的全部DNA序列（遗传信息），这种基因文库常通过鸟枪法获得。 狭义的基因文库有基因组文库和cDNA文库之分。 cDNA文库：按构建基因文库的类似方法对cDNA进行克隆，获得的克隆总称。 基因芯片：基因芯片又叫DNA芯片（DNA chip)，DNA微阵列（DNA microarray), DNA集微芯片（DNA microchip）,寡核苷酸阵列（oligonucleotide array）是一种将核酸分子杂交原理与微电子技术相结合而形成的高新生物技术。将靶标样品核酸或探针中的任一方按阵列形式固定在固相载体（硅片、尼龙膜、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、玻璃片等）上，另一方用荧光分子标记后，加样至微阵列上杂交，然后用荧光扫描或摄像技术记录，通过计算机软件分析处理，获得样品中大量的基因序列和表达信息。 基因敲除（gene knock out）：又称基因打靶（gene targeting）,是指用外源的DNA与受体细
?综述与专论? 2014年第1期 生物技术通报 BIOTECHNOLOGY BULLETIN 随着基因组计划的完成，生命科学研究开始进入以基因组学、蛋白质组学、营养组学、代谢组学等“组学”为研究标志的后基因组时代。蛋白质组（proteome）一词最早是由澳大利亚科学家Wilkins 和Williams 于1994年提出［1］，1995年7月最早见诸于Electrophoresis 杂志［2］，意指一个细胞或组织中由基因组表达的全部蛋白质。蛋白质组学（proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织、体液中的所有蛋白质组成、功能及其蛋白之间的相互作用的学科。 虽然基因决定蛋白质的水平，mRNA 只包含了转录水平的调控，其表达水平并不能代表细胞内活 收稿日期：2013-09-05基金项目：甘肃省科技计划基金资助项目（0708NKCA129），兰州大学第二医院医学研究基金项目（YJ2010-08）作者简介：尹稳，女，硕士，研究方向：蛋白质组学；E -mail ：yinwen0508@https://www.doczj.com/doc/2c807895.html, 通讯作者：伏旭，男，硕士，研究方向：生物化学与分子生物学；E -mail ：fuxu0910@https://www.doczj.com/doc/2c807895.html, 蛋白质组学的应用研究进展 尹稳1 伏旭2 李平1 （1.兰州大学第二医院，兰州 730030；2.兰州大学第二医院急救中心，兰州 730030） 摘 要： 蛋白质组学（Proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织或体液中的所有蛋白质组成及其功能的新兴学科。虽然基因决定蛋白质的水平，但是基因表达的水平并不能代表细胞内活性蛋白的水平，蛋白质组学分析是对蛋白质翻译和修饰水平等研究的一种补充，是全面了解基因组表达的一种必不可少的手段。蛋白质组学相关技术的发展极大地推动了蛋白质组学的研究进展，使其在各研究领域得到了广泛的应用。对蛋白质组学相关技术及其在各领域的应用进行了综述，最后对蛋白质组学的发展趋势和应用前景作出展望。 关键词： 蛋白质组学 双向凝胶电泳 质谱 生物信息学 应用现状 Application Research Progress of Proteomics Yin Wen 1 Fu Xu 2 Li Ping 1 （1. Lanzhou University Second Hospital ，Lanzhou 730030；2. Department of Emergency ，Lanzhou University Second Hospital ，Lanzhou 730030） Abstract: Proteomics is an emerging discipline for studying proteins composition and function in a type of cell, tissue or body fluids in a large -scale, high -throughput and systematic level. While genes determine the level of protein, but the level of gene expression can not represent the intracellular reactive protein levels. Proteomic analysis is a complement to the study of translation and modification and also an indispensable tool for a comprehensive understanding of genome expression. The development of proteomic technologies has greatly promoted the progress of proteomic research, and it has been widely used in various research fields.This paper revieweded the proteomic technologies and the applications in various fields are also briefly reviewed. Finally, some future issues are presented. Key words: Proteomics Two -dimensional gel electrophoresis Mass spectrometry Bio -informactics Application status 性蛋白的水平［3］，且转录水平的分析不能反应翻译后对蛋白质的功能和活性起至关重要作用的蛋白修饰过程［4］，如酰基化、泛素化、磷酸化或糖基化等。而蛋白质组学除了能够提供定量的数据以外，还能提供包括蛋白定位和修饰的定性信息。只有通过对生命过程中蛋白质功能和蛋白质之间的相互作用以及特殊条件下的变化机制进行研究，才能对生命的复杂活动具有深入而又全面的认识。近年来，蛋白质组学技术取得了长足的发展，随着新技术的不断涌现，其应用范围也不断扩大。本文对蛋白质组学相关技术及其在各研究领域的应用进行了简要的归纳和评述，并对蛋白质组学的发展趋势和应用前景
蛋白质组学研究方法选择及比较 目前研究蛋白组学的主要方法有蛋白质芯片及质谱法，本文将从多方面对两种研究方法进行了解与比较； 蛋白质芯片（Protein Array） 将大量不同的蛋白质有序地排列、固定于固相载体表面，形成微阵列。利用蛋白质分子间特异性结合的原理，实现对生物蛋白质分子精准、快速、高通量的检测。 主要类型： ●夹心法芯片(Sandwich-based Array) ●标记法芯片(Label-based Array) ●定量芯片(Quantitative Array) ●半定量芯片(Semi-Quantitative Array) 质谱（Mass Spectrometry） 用电场和磁场将运动的离子按它们的质荷比分离后进行检测，测出离子准确质量并确定离子的化合物组成，即通过对样品离子质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量的一种方法。 主要类型：
●二维电泳+质谱(2D/Mass Spectrometry, MS) ●表面增强激光解吸电离飞行时间质谱(Surface-enhanced laser desorption/ionization- time of flight, SELDI) ●同位素标记相对和绝对定量(Isobaric tags for relative and absolute quantitation, iTRAQ) Protein Array or Mass Spectrometry？ 如何选择合适的研究方法？以下将从六个方面进行比较与推荐： 1.筛查蛋白组学表达差异 建议选择：RayBiotech（1000个因子的芯片）+质谱 a)不同的方法学有不同的特点：对于质谱，可以筛查到未知的蛋白，但是对于分子量大、 低丰度的蛋白质，质谱的灵敏度和准确性有一定的限制。 b)不同的方法能筛查到的目标不同：根据Proteome Analysis of Human Aqueous Humor 一文中报道，质谱筛查到的差异蛋白集中在小分子与代谢物。而用RayBiotech芯片筛查到的结果，多是集中在细胞因子、趋化、血管、生长等等。 c)质谱筛查到355个蛋白，而RayBiotech抗体芯片也筛查到328个蛋白，且用定量芯片 验证25个蛋白有差异，这些蛋白是质谱找不到的。目前RayBiotech夹心法抗体芯片已经可以检测到1000个蛋白，采用双抗夹心法，尤其是对于低丰度蛋白，有很好的灵敏度和特异性，很多的低丰度蛋白是抗体芯片可以检测出来，而质谱检测不到的，且样品不经过变性和前处理，保持天然状态的样品直接检测，对于蛋白的检测准确度高。 d)质谱的重复性一直是质谱工作者纠结的问题，不同操作者的结果，不同样品处理条件， 峰值的偏移等影响因素都会产生大的影响；RayBiotech的夹心法芯片重复性高。
蛋白质组学研究的完整解决方案 人体内真正发挥作用的是蛋白质，蛋白质扮演着构筑生命大厦的“砖块”角色，随着破译生命密码的人类基因组计划进入尾声，一个以蛋白质和药物基因学为研究重点的后基因组时代已经拉开序幕，蛋白质将是今后的重点研究方向之一。然而，蛋白质的分离和鉴定非常费时，目前测定蛋白质的技术远远落后于破译基因组的工具，最好的实验室每天只能分离和识别出100种蛋白质。据估计，人体内可能有几十万种蛋白质，这大概需要10年时间进行识别。 为了加快蛋白质组学研究进程，以专业生产蛋白质组学研究设备而著称的美国Genomic Solution Inc.公司开发了完整的蛋白质组学解决方案，由一系列机械手臂与软件，并结合了二维电泳实验设备与质谱仪，可以进行高效、自动化且具重复性的试验分析。在Genomic solution值得信赖的技术平台上，你的研究工作将更富成效，重复性更好。在这一整套Investigator平台上，各仪器之间配合无隙，由于它的整合性及标准性，使得研究进程大大加快，原来需要9—12个月才能获得数据结果发表的时间减少到9—12周。这套完整的系统具备蛋白质组研究所需的众多功能：2-D电泳、图像获取、2-D胶分析、蛋白样品切割、蛋白消化、MALDI样品准备、消化及点样、数据分析整合，再加上制备好的胶、试剂及附件，使研究工作可以立即展开。此套设备为进行蛋白质组学研究的利器,大大加速了蛋白质分离和鉴定的速度。该系统主要由以下几部分组成： 一、2-D电泳系统（Investigator? 2-D Electophoresis System） 该系统主要进行2D PAGE第一向等电聚焦凝胶电泳和第二向SDS-PAGE电泳，设备包括2-D电泳系统所需的各种设备，如pHaser?（IPG胶条电泳）、管状制胶设备、二维电泳装置、电源设备、半导体冷却器及各种相关的蛋白纯化试剂盒。 产品特征： * 提供2D PAGE电泳所需的各种设备，使电泳更加简便，大大节约研究时间 * 高分辨率：有效的第一向等电聚焦凝胶电泳和23cm X 23cm第二向SDS-PAGE大面积板胶提供清晰的电泳图像，有效提高单体、磷酸化和糖基化蛋白的分离 * 大容量：可同时容纳15块1mm一维管状胶，或8块2-3mm管状胶；10块IPG胶条和10块二维电泳板胶 * 灵活性：该系统用于管状胶、IPG 胶条、预制胶、自制胶和SDS PAGE胶使用 * 恒温：高效的半导体制冷装置保证电泳体系温度恒定，温度变化< 0.5℃ * 专门为高分辨率2D PAGE而设计的电源系统 * 提供超纯的相关化学试剂和药品
生物信息学分析FAQ CHAPTER ONE ABOUT GENE ONTOLOGY ANNOTATION (3) 什么是GO？ (3) GO和KEGG注释之前，为什么要先进行序列比对（BLAST）？ (3) GO注释的意义？ (3) GO和GOslim的区别 (4) 为什么有些蛋白没有GO注释信息？ (4) 为什么GO Level 2的统计饼图里蛋白数目和差异蛋白总数不一致？ (4) 什么是差异蛋白的功能富集分析&WHY？ (4) GO注释结果文件解析 (5) Sheet TopBlastHits (5) Sheet protein2GO/protein2GOslim (5) Sheet BP/MF/CC (6) Sheet Level2_BP/Level2_MF/Level2_CC (6) CHAPTER TWO ABOUT KEGG PATHWAY ANNOTATION (7) WHY KEGG pathway annotation? (7) KEGG通路注释的方法&流程？ (7) KEGG通路注释的意义？ (7) 为什么有些蛋白没有KEGG通路注释信息？ (8) 什么是差异蛋白的通路富集分析&WHY？ (8) KEGG注释结果文件解析 (8) Sheet query2map (8) Sheet map2query (9) Sheet TopMapStat (9) CHAPTER THREE ABOUT FEATURE SELECTION & CLUSTERING (10) WHY Feature Selection? (10)
聚类分析（Clustering） (10) 聚类结果文件解析 (10) CHAPTER FOUR ABOUT PROTEIN-PROTEIN INTERACTION NETWORK (12) 蛋白质相互作用网络分析的意义 (12) 蛋白质相互作用 VS生物学通路？ (12) 蛋白质相互作用网络分析结果文件解析 (12)
进展评述 比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术 刘新1,2 应万涛1,2 钱小红1,23 (1军事医学科学院放射与辐射医学研究所 北京 100850;2北京蛋白质组研究中心 北京 102206) 摘 要 比较蛋白质组学是指在蛋白质组学水平上研究正常和病理情况下细胞或组织中蛋白质表达变化,以期发现具有重要功能的生物标识物,为疾病的早期诊断提供依据。近年来它正成为蛋白质组学研究的热点和发展趋势。比较蛋白质组学的研究方法和策略有多种,本文就最近几年来稳定同位素标记技术(体内代谢标记技术和体外化学标记技术)在比较蛋白质组学研究中的进展进行综述。 关键词 比较蛋白质组学 稳定同位素标记 体内代谢标记 体外化学标记 Application of Stable Isotope Labeling in Comparative Proteomics Liu X in1,2,Y ing Wantao1,2,Qian X iaohong1,23 (1Beijing Institute of Radiation Medicine,Beijing100850; 2Beijing Proteome Research Center,Beijing102206) Abstract C omparative proteomics is the research of protein expression changing between normal and pathological cell or tissue on the proteome level.P otential biomarkers w ould be discovered from the research by comparative proteomics, which will be helpful to the diagnosis and therapy of diseases.In the recent years,it has been becoming the hot spot of the proteomics research and many strategies used in comparative proteomics have been developed.During those approaches,the strategies based on stable is otopic labeling coupled with mass spectrometry have been extensively used and lots of success ful applications have been reported.In contrast to the traditional radioactive is otope labeling method,stable is otope labeling technique was not radioactive and the operation is simple.Metabolic labeling in viv o and chemical labeling in vitro are tw o parts of stable is otope labeling technique,which both have various advantages and disadvantages.This paper reviewed the progress of stable is otope labeling technique in comparative proteomics. K ey w ords C omparative proteomics,S table is otope labeling,Metabolic labeling in viv o,Chemical labeling in vitro 随着人类基因组精确图谱的公布,基因组功能的阐明已经成为生命科学研究中一项极重要的任务[1]。蛋白质是基因的最终产物同时也是基因功能的最终执行体,因而人类基因的表达及其功能有待于在蛋白水平上揭示。蛋白质组学的研究目的是分离和鉴定组织或细胞中的所有蛋白质。生物体在生长发育过程中,基因组是相对稳定的,而蛋白表达是高度动态变化的,并且具有严格调控的时间和空间特异性[2]。为了研究生物体在不同状态下表达的所有蛋白质的动态变化,比较蛋白质组学应运而生,即在蛋白组学水平上,研究在正常生理和病理状态,或受到不同的外部环境刺激下,或在突变等因素影响下,蛋白质表达的变化情况,以期发现生物体内关键的调控分子及与疾病相关的蛋白质标志物,最终为疾病的防诊治、新型疫苗的研发等提供理论依据。 为了研究蛋白质表达的动态变化,基因表达检测技术,如微阵列法[3]、DNA(脱氧核糖核酸)芯片法[4]等曾被广泛使用。这些方法虽然能够实现对mRNA(信使核糖核酸)进行定性和定量分析,但 刘新 男,27岁,博士生,现从事比较蛋白质组学研究。 3联系人,E2mail:qianxh1@https://www.doczj.com/doc/2c807895.html, 国家自然科学基金(20505019、20505018)、国家重点基础研究发展规划项目(2004C B518707)和北京市科技计划重大项目(H030230280190)资助项目 2006207220收稿,2006209221接受
蛋白质组学与分析技术课复习思考 一、名词解释 1、蛋白质组学： 蛋白质组学是研究与基因对应的蛋白质组的学科，蛋白质组（proteome）一词，源于蛋白质（protein）与基因组（genome）两个词的杂合，意指“一种基因组所表达的全套蛋白质”,即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质。 2、二维（双向）电泳原理： 根据蛋白质的等电点和相对分子质量的特异性将蛋白质混合物在第一个方向上按照等电点高低进行分离，在第二个方向上按照相对分子质量大小进行分离。二维电泳分离后的蛋白质点经显色，通过图象扫描存档，最后是呈现出来的是二维方向排列的，呈漫天星状的小原点，每个点代表一个蛋白质。 3、三步纯化策略： 第一步:粗提。纯化粗样快速浓缩(减少体积) 和稳定样品(去除蛋白酶) 最适用层析技术: 离子交换/疏水层析 第二步：中度纯化。去除大部分杂质 最适用层析技术: 离子交换/疏水层析 第三步：精细纯化。达到最终纯度(去除聚合物,结构变异物) 最适用层析技术:凝焦过滤/离子交换/疏水层析/反相层析 4、高效纯化策略 在三步纯化蛋白质过程中，同时考虑到纯化的速度、载量、回收率及分辨率的纯化策略。5、离子交换色谱： 离子交换色谱中的固定相是一些带电荷的基团，这些带电基团通过静电相互作用与带相反电荷的离子结合。如果流动相中存在其他带相反电荷的离子，按照质量作用定律，这些离子将与结合在固定相上的反离子进行交换。固定相基团带正电荷的时候，其可交换离子为阴离子，这种离子交换剂为阴离子交换剂；固定相的带电基团带负电荷，可用来与流动相交换的离子就是阳离子，这种离子交换剂叫做阳离子交换剂。阴离子交换柱的功能团主要是－NH2，及－NH3 ：阳离子交换剂的功能团主要是－SO3H及－COOH。其中-NH3 离子交换柱及-SO3H离子交换剂属于强离子交换剂，它们在很广泛的pH范围内都有离子交换能力；-NH2及-COOH 离子交换柱属于弱离子交换剂，只有在一定的pH值范围内，才能有离子交换能力。离子交换色谱主要用于可电离化合物的分离，例如，氨基酸自动分析仪中的色谱柱，多肽的分离、蛋白质的分离，核苷酸、核苷和各种碱基的分离等。 6、吸附色谱 吸附色谱系色谱法之一种，利用固定相吸附中对物质分子吸附能力的差异实现对混合物的分离，吸附色谱的色谱过程是流动相分子与物质分子竞争固定相吸附中心的过程。洗脱次序∶一般为正相，即：极性低的先被洗脱。 7、PCR扩增 PCR技术（polymerase chain reaction）技术能把单个目的基因大量扩增，这个方法必须在已知基因序列或已知该基因所翻译的氨基酸序列。进而推断出因序列的情况下使用。PCR 的每次扩增循环包括三步:1）变性,在高温下把双链靶DNA拆开；2）在较低的温度下使
第35卷 第1期2011年1月 南京林业大学学报(自然科学版) Journa l o fN anji n g Forestry Un i v ersity (Natural Sc ience Ed ition) V o.l 35,N o .1Jan .,2011 htt p ://www.n l dxb .com [do :i 10.3969/.j issn .1000-2006.2011.01.024] 收稿日期:2009-12-31 修回日期:2010-10-26 基金项目:国家自然科学基金项目(31000287);江苏省高校自然科学基础研究项目(10KJ B220002) 作者简介:甄艳(1976)),副教授,博士。*施季森(通信作者),教授。E-m ai:l js h @i n jfu .edu .cn 。 引文格式:甄艳,施季森.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用[J].南京林业大学学报:自然科学版,2011,35(1):103-108. 质谱技术在蛋白质组学研究中的应用 甄 艳,施季森 * (南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏 南京 210037) 摘要:随着蛋白质组学研究的迅速发展,质谱技术已成为应用于蛋白质组学研究中的强有力工具和核心技术。质谱技术的先进性在于为蛋白质组学研究提供的通量和分子信息。笔者重点概述了基于质谱路线的蛋白质组学研究,介绍了基于质谱的定量蛋白质组学﹑翻译后修饰蛋白质组学、定向蛋白质组学、功能蛋白质组学以及基于串联质谱技术的蛋白质组学数据解析的研究 进展。 关键词:质谱;蛋白质组学;定量蛋白质组学;翻译后修饰;定向蛋白质组学;功能蛋白质组学中图分类号:Q81 文献标志码:A 文章编号:1000-2006(2011)01-0103-06 Application of m ass spectro m etry i n proteo m ics studies Z HEN Yan ,SH I Jisen * (K ey Labo ra t o ry o f F orest G eneti cs and B i o techno l ogy M i n istry o f Educati on , N an ji ng Forestry U n i versity ,N an ji ng 210037,Chi na) Abstrac t :W ith the rap i d develop m ent o f pro teo m i cs ,m ass spec trom etry i s m aturi ng to be a po w erfu l too l and core tech -nology fo r proteo m ics st udies dur i ng the recen t years .The super i or ity o fm ass spectrom etry lies i n providi ng the through -pu t and the m olecu lar infor m ati on ,w hich no other techno logy can be m a tched i n proteom ics .In th i s rev ie w,w e m ade a g lance on the outli ne o fm ass spectrome try -based proteo m ics .A nd then w e addressed on t he advances o f data ana l y si s o f m ass spec trom etry -based proteom ics ,quantitati ve m ass spectro m etry -based pro teom i cs ,post -translati onal m odificati ons based m ass spectrom etry ,targeted proteo m ics and functiona l proteo m ics based -mass spectrome try .K ey word s :m ass spectrome try;proteo m ics ; quantitative pro teom i cs ; post -trans l ation m odifica ti on ; targ eted pro - teo m i cs ;f uncti ona l proteom ics 蛋白质组学(Pr o teo m ics)是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成、活动规律及蛋白质与蛋白质的相互作用,是功能基因组学时代一门新的学科。 目前蛋白质组学的研究主要有两条路线:一是基于双向电泳的蛋白质组学;二是基于质谱的蛋白质组学,其中基于双向电泳的蛋白质组学研究路线最终也离不开质谱技术的应用。自20世纪80年代末,两种质谱软电离方式即电喷雾电离(electro spray ion izati o n,ESI )和基质辅助激光解析离子化(m a -tri x assisted laser desorpti o n i o nization ,MALD I)的发明和发展解决了极性大、热不稳定蛋白质和多肽分 析的离子化和分子质量大的测定问题[1] ,蛋白质组学研究中常用的质谱分析仪包括离子阱(ion trap ,I T),飞行时间(ti m e of fli g h,t TOF),串联飞行时间(TOF -TOF),四级杆/飞行时间(quadr upo le /TOF hybrids),离子阱/轨道阱(I T /orbitrap hybri d )和离子阱/傅里叶变换串联质谱分析仪(I T /Four i e r transfor m ioncyclotron resonance m ass spectro m eters hybr i d s ,I T /FT M S),这些质谱仪具有不同的灵敏度、分辨率、质量精确度和产生不同质量的M S /M S 谱[2] 。质谱作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具日趋成熟,并作为样品制备及数据分析的信息学工具被广泛地应用。因此,有学者指出质谱技术 已在蛋白质组学研究中处于核心地位[3] 。目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化
第35卷 第1期2011年1月 南京林业大学学报(自然科学版) J o u r n a l o f N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ) V o l .35,N o .1 J a n .,2011 h t t p ://w w w .n l d x b .c o m [d o i :10.3969/j .i s s n .1000-2006.2011.01.024] 收稿日期:2009-12-31 修回日期:2010-10-26 基金项目:国家自然科学基金项目(31000287);江苏省高校自然科学基础研究项目(10K J B 220002) 作者简介:甄艳(1976—),副教授,博士。＊施季森(通信作者),教授。E -m a i l :j s h i @n j f u .e d u .c n 。 引文格式:甄艳,施季森.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用[J ].南京林业大学学报:自然科学版,2011,35(1):103-108. 质谱技术在蛋白质组学研究中的应用 甄 艳,施季森 ＊ (南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏 南京 210037) 摘要:随着蛋白质组学研究的迅速发展,质谱技术已成为应用于蛋白质组学研究中的强有力工具和核心技术。质谱技术的先进性在于为蛋白质组学研究提供的通量和分子信息。笔者重点概述了基于质谱路线的蛋白质组学研究,介绍了基于质谱的定量蛋白质组学﹑翻译后修饰蛋白质组学、定向蛋白质组学、功能蛋白质组学以及基于串联质谱技术的蛋白质组学数据解析的研究 进展。 关键词:质谱;蛋白质组学;定量蛋白质组学;翻译后修饰;定向蛋白质组学;功能蛋白质组学中图分类号:Q 81 文献标志码:A 文章编号:1000-2006(2011)01-0103-06 A p p l i c a t i o n o f m a s s s p e c t r o m e t r y i n p r o t e o m i c s s t u d i e s Z H E NY a n ,S H I J i s e n ＊ (K e y L a b o r a t o r y o f F o r e s t G e n e t i c s a n d B i o t e c h n o l o g y M i n i s t r y o f E d u c a t i o n , N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210037,C h i n a ) A b s t r a c t :W i t ht h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f p r o t e o m i c s ,m a s s s p e c t r o m e t r y i s m a t u r i n g t o b e a p o w e r f u l t o o l a n dc o r e t e c h -n o l o g y f o r p r o t e o m i c s s t u d i e s d u r i n g t h e r e c e n t y e a r s .T h e s u p e r i o r i t y o f m a s s s p e c t r o m e t r y l i e s i n p r o v i d i n g t h e t h r o u g h -p u t a n d t h e m o l e c u l a r i n f o r m a t i o n ,w h i c hn o o t h e r t e c h n o l o g y c a n b e m a t c h e di np r o t e o m i c s .I nt h i s r e v i e w ,w e m a d e a g l a n c e o n t h e o u t l i n e o f m a s s s p e c t r o m e t r y -b a s e d p r o t e o m i c s .A n dt h e nw e a d d r e s s e d o n t h e a d v a n c e s o f d a t a a n a l y s i s o f m a s s s p e c t r o m e t r y -b a s e dp r o t e o m i c s ,q u a n t i t a t i v em a s ss p e c t r o m e t r y -b a s e dp r o t e o m i c s ,p o s t -t r a n s l a t i o n a l m o d i f i c a t i o n s b a s e d m a s s s p e c t r o m e t r y ,t a r g e t e d p r o t e o m i c s a n df u n c t i o n a l p r o t e o m i c s b a s e d -m a s s s p e c t r o m e t r y . K e yw o r d s :m a s ss p e c t r o m e t r y ;p r o t e o m i c s ;q u a n t i t a t i v ep r o t e o m i c s ;p o s t -t r a n s l a t i o n m o d i f i c a t i o n ;t a r g e t e d p r o -t e o m i c s ;f u n c t i o n a l p r o t e o m i c s 蛋白质组学(P r o t e o m i c s )是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成、活动规律及蛋白质与蛋白质的相互作用,是功能基因组学时代一门新的学科。目前蛋白质组学的研究主要有两条路线:一是基于双向电泳的蛋白质组学;二是基于质谱的蛋白质组学,其中基于双向电泳的蛋白质组学研究路线最终也离不开质谱技术的应用。自20世纪80年代末,两种质谱软电离方式即电喷雾电离(e l e c t r o s p r a y i o n i z a t i o n ,E S I )和基质辅助激光解析离子化(m a -t r i x a s s i s t e d l a s e r d e s o r p t i o n i o n i z a t i o n ,M A L D I )的发明和发展解决了极性大、热不稳定蛋白质和多肽分 析的离子化和分子质量大的测定问题[1] ,蛋白质组学研究中常用的质谱分析仪包括离子阱(i o n t r a p ,I T ),飞行时间(t i m e o f f l i g h t ,T O F ),串联飞行时间(T O F -T O F ),四级杆/飞行时间(q u a d r u p o l e /T O F h y b r i d s ),离子阱/轨道阱(I T /o r b i t r a ph y b r i d ) 和离子阱/傅里叶变换串联质谱分析仪(I T /F o u r i e r t r a n s f o r m i o n c y c l o t r o nr e s o n a n c em a s s s p e c t r o m e t e r s h y b r i d s ,I T /F T M S ),这些质谱仪具有不同的灵敏度、分辨率、质量精确度和产生不同质量的M S /M S 谱[2] 。质谱作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具日趋成熟,并作为样品制备及数据分析的信息学工具被广泛地应用。因此,有学者指出质谱技术 已在蛋白质组学研究中处于核心地位[3] 。目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化
《蛋白质工程》 （课程论文）题目名称：蛋白质组学技术的研究进展及应用 所在学院：生命科学与技术学院 专业（班级）：生技131班 学生姓名：梁健 授课教师：韩晓菲
蛋白质组学技术的研究进展及应用 生技131班梁健13772025 摘要：随着人类基因组计划全部测序的初步完成，研究重点转到对基因功能的研究上。蛋白质作为基因功能的主要体现者，对其表达模式和功能的研究成为热点，出现了蛋白质组学。研究蛋白质组学有助于了解蛋白的结构、细胞的功能、生命的本质及活动规律，为疾病的诊断、治疗、疫苗及新药开发提供科学依据。关键词：蛋白质组学；进展；应用 蛋白质组学(proteomics)是产生于20世纪90年代中期的一门新兴学科，以 细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式为研究对象，是后基因组时代生命科学研究的核心内容。蛋白质组学的产生与发展经历了一个漫长的过程，在这个过程中，研究者不断修正蛋白质组学的发展方向和推进蛋白质组学相关支撑技术的快速 发展，进而拓展蛋白质组学在整个生命科学和生物医学研究中的应用，成为后基因组时代重要的研究新领域，并成功地应用到基础研究及医学研究等各个领域，推进其迅速发展。 1 蛋白质组学的概念及研究内容 1.1蛋白质组学的概念 蛋白质组(proteome)源于protein和genome两词的杂合，最早是由澳大利亚 的WILKINS等于1995年提出，其定义为“一种基因组所表达的全部蛋白质”。早期相对狭义的蛋白质组的概念是指在某一特定的时间和空间条件下，1个细胞的基因组所表达的蛋白质数目的总和。随着研究的深入，人们提出了广义的蛋白质组的概念，用来描述1个细胞、组织、器官或1个物种的生命个体，在其不同的生存及发育条件下所表达的各种蛋白数目的总和。所以蛋白质组所含的蛋白数目及其表达量是随着时间和空间的不同而不断发生变化的。蛋白质组学最有价值的优势是它可以观察在特定的时间下一个完整的蛋白质组或蛋白亚型在某种生理 或病理状态中，发生的相应的变化。 1.2 研究内容 根据研究内容的不同，蛋白质组学可分为差异蛋白质组学(或称表达蛋白质 组学)、结构蛋白质组学和功能蛋白质组学，其中差异蛋白质组学在蛋白质组学 研究中十分常用且应用广泛。差异蛋白质组学主要是研究比较在2种或多种不同条件下蛋白质组表达的差异变化。结构蛋白质组学主要是蛋白质表达模式的研究，包括蛋白质氨基酸序列分析及空间结构的解析。蛋白质表达模式的研究是蛋白质组学研究的基础内容，主要研究特定条件下某一细胞或组织的所有蛋白质的表征问题。功能蛋白质组学主要是蛋白质功能模式的研究，包括蛋白质的功能和蛋白