蛋白质降解与修饰-理论与实验 (1)

浅谈蛋白质质谱分析方法及应用董义龙(单位：毕节学院，化学与化学工程学院，2009级化学教育本科三班,学号:06320904031）摘要：随着科学的不断发展，运用质谱法进行蛋白质的分析日益增多，本文简要的综述了肽和蛋白质等生物大分子质谱分析的特点，方法及蛋白质质谱分析的原理，方式和应用，并对其发展前景着出展望。

关键词：蛋白质质谱分析原理与方法蛋白质是生物体中含量最高，功能最重要的生物大分子，存在于所有生物细胞，约占细胞干质量的50%以上。

作为生命的物质基础之一，蛋白质在催化生命体内各种反应进行，调节代谢，抵御外来物质入侵及控制遗传信息等方面都起着至关重要的作用，因此，蛋白质也是生命科学中极为重要的研究对象。

关于蛋白质的分析研究，一直是化学家及生物学家极为关注的问题，其研究的内容主要包括分子量测定，氨基酸鉴定，蛋白质序列分析及立体化学分析等。

随着生命科学的发展，仪器分析手段的更新，尤其是质谱分析技术的不断成熟，使这一领域的研究发展迅速。

1 蛋白质组学研究的背景和意义1．1蛋白质组学的产生20世纪90年代开始的人类基因组计划(}Iuman Genome Project，HGP)是人类有史以来最伟大的认识自身的世纪工程，旨在阐明人类基因组DNA3×109核苷酸序列，希望在分子水平上破译人类所有的遗传信息。

经过各国科学家十几年的努力，HGP已取得了巨大的成绩。

在揭示基因组精细结构的同时，也凸现了基因数量有限性和基因结构的相对稳定性，这与生命现象的复杂和多交性之间存在着巨大的反差。

这种反差促使人们认识到：基因只是遗传信息的载体。

要研究生命现象，阐释生命活动的规律，只了解基因组的结构是远远不够的。

对于生命活动的主要体现者——蛋白质进行更全面和深入的研究是目前生命科学研究的迫切需要和重要任务。

后因组时代中功能基因组(Functional Genomics)的研究采用一些新的技术，如微阵列，DNA芯片对成千上万的基因表达进行分析比较，并从基因整体水平上对基因的活动规律进行阐述。

生物化学实验安排实验一蛋白质及氨基酸的呈色反应一、实验目的1、了解构成蛋白质的基本结构单位及主要联接方式2、了解蛋白质和某些氨基酸的呈色反应原理3、学习几种常用的鉴定蛋白质和氨基酸的方法二、实验原理1. 双缩脲反应(biuret reaction)蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。

2. 茚三酮反应(ninhydrin reaction)蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。

3.苯环的黄色反应Tyr+ 浓硝酸黄色TrpPhe+少量浓硫酸+浓硝酸黄色4. 乙醛酸的反应：检测Trp或含Trp蛋白质的反应。

当Trp与乙醛酸和浓硫酸在试管中滴加时，产生分层现象，界面出现紫色环。

主要是由于蛋白质中的吲哚环作用。

5. 偶氮反应偶氮化合物都含有-N=N-这样结构，通常作为染料。

6. 醋酸铅反应()↓--→+--+Pb COO NH Pb COOH N H 2222Pr Pr三、实验步骤1. 双缩脲反应(biuret reaction)取1支试管，加乳蛋白溶液（蛋清：水= 1：9）约1ml 和10%NaOH 约2ml ，摇匀，再加1%CuSO4溶液2滴，随加随摇。

观察现象，记录。

2. 茚三酮反应(ninhydrin reaction)（1）取2支试管分别加入蛋白质溶液（蛋清：水= 1：9）和甘氨酸溶液1ml ，再各加0.5ml0.1%茚三酮，混匀，沸水浴中加热1-2分钟，观察颜色是否由粉红色变紫红色再变蓝色。

（2）在一块小滤纸上滴1滴0.5%的甘氨酸溶液，风干后再在原处滴1滴0.1%茚三酮乙醇溶液，在微火旁烘干显色，观察是否有紫红色斑点的出现。

3. 苯环的黄色反应向6个试管中按下表加试剂，观察现象并记录。

鸡蛋清溶液（蛋清：水= 1：9）4. 乙醛酸的反应：向3个试管中按下表加试剂，观察现象并记录。

蛋白质溶液（蛋清：水= 1：20）5. 偶氮反应向3个试管中按下表加试剂，观察现象并记录。

分子生物学常用实验方法原理介绍一、GST pull-down实验基本原理:将靶蛋白-GST融合蛋白亲和固化在谷胱甘肽亲和树脂上,作为与目的蛋白亲和的支撑物,充当一种“诱饵蛋白”,目的蛋白溶液过柱,可从中捕获与之相互作用的“捕获蛋白”(目的蛋白),洗脱结合物后通过SDS-PAGE电泳分析,从而证实两种蛋白间的相互作用或筛选相应的目的蛋白,“诱饵蛋白”和“捕获蛋白”均可通过细胞裂解物、纯化的蛋白、表达系统以及体外转录翻译系统等方法获得。

此方法简单易行,操作方便。

注：GST即谷胱甘肽巯基转移酶(glutathione S-transferase)二、足印法（Footprinting）足印法（Footprinting）是一种用来测定DNA-蛋白质专一性结合的方法，用于检测目的DNA序列与特定蛋白质的结合，也可展示蛋白质因子同特定DNA片段之间的结合。

其原理为：DNA和蛋白质结合后，DNA与蛋白的结合区域不能被DNase（脱氧核糖核酸酶）分解，在对目的DNA 序列进行检测时便出现了一段无DNA序列的空白区(即蛋白质结合区)，从而了解与蛋白质结合部位的核苷酸数目及其核苷酸序列。

三、染色质免疫共沉淀技术（Chromatin Immunoprecipitation，ChIP）染色质免疫共沉淀技术（Chromatin Immunoprecipitation，ChIP）是研究体内蛋白质与DNA相互作用的有力工具，利用该技术不仅可以检测体内反式因子与DNA的动态作用，还可以用来研究组蛋白的各种共价修饰以及转录因子与基因表达的关系。

染色质免疫沉淀技术的原理是：在生理状态下把细胞内的DNA与蛋白质交联在一起，通过超声或酶处理将染色质切为小片段后，利用抗原抗体的特异性识别反应，将与目的蛋白相结合的DNA 片段沉淀下来。

染色质免疫沉淀技术一般包括细胞固定，染色质断裂，染色质免疫沉淀，交联反应的逆转，DNA的纯化及鉴定。

四、基因芯片（又称 DNA 芯片、生物芯片）技术基因芯片指将大量探针分子固定于支持物上后与标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。

细胞蛋白的提取与测定蛋白提取原理：蛋白质是一切生命活动的承担者，为了研究及探索蛋白质的功能、特异性蛋白表达水平、翻译后修饰（甲基化磷酸化等）、蛋白-蛋白或蛋白-核酸之间相互作用的研究，进一步阐明众多疾病的机制，同时为疾病治疗提供理论依据，因此需要提取目的蛋白，由于蛋白质种类繁多，结构复杂，需要通过一些步骤使细胞裂解、杂志去除、蛋白纯化来得到目的蛋白。

一、贴壁细胞蛋白的提取：（所有操作均在冰上进行）准备相应数量的EP管标记后放放冰上备用1.裂解液制备：每1ml蛋白裂解液（RIPA）加入10ul蛋白酶抑制剂（如PMSF保护蛋白，使其免于被蛋白酶降解），配好后冰上备用；2.此处以6孔板为例，吸掉培养基后每孔加入1-2ml冰PBS溶液，清洗 2-3次，吸净残余BPS（如果有残留的话有可能使提取的蛋白稀释）；3.加入适当体积的裂解液，让裂解液与细胞充分混匀，冰上裂解30min；4.裂解完成后，用细胞刮刀将细胞刮下，将细胞及裂解液吸入离心管，放离心机4℃12000rpm 离心30min（离心机提前预冷），上清即为蛋白溶液，细胞碎片沉降于底部；5.蛋白提取完成后a.可放置于-20℃保存（长期保存放于-80℃）；b.可取出部分进行BCA 定量分析；c.做western blot，需要对蛋白进行变性处理后储存于-20℃或-80℃的冰箱中保存（根据蛋白变性条件不同有所不同，例如在100℃的高温下水浴锅煮5-10分钟）。

二、组织中总蛋白的提取：1.将已称重的冷冻组织（约50g）放入预冷好的研钵中，用研杵快速研磨组织，（有的需要加入液氮），直至组织被研磨成匀浆（无明显颗粒）；2.裂解液制备：取250ulRIPA裂解液+2.5ul 100mmol/L蛋白酶抑制剂+2.5ul蛋白酶抑制剂复合物Cocktail(多种小分子组成的抑制剂混合物能更好的保护蛋白不被蛋白酶降解)；3.取适量研磨的匀浆放入离心管，加入配好的裂解液，冰上孵育40min；4.离心：4℃ 12000rpm 离心15min 保留上清；5.将蛋白溶液防止于-20℃保存（长期保存放于-80℃）。

可编辑修改精选全文完整版《生物化学与分子生物学》教学大纲《生物化学与分子生物学》I 前言生物化学与分子生物学是研究生命化学的科学，它在分子水平探讨生命的本质，即研究生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节、及其在生命活动中的作用。

由于生物化学与分子生物学越来越多地成为生命科学的共同语言，当今生物化学与分子生物学已成为生命科学领域的前沿学科。

生物化学与分子生物学的教学任务主要是介绍生物化学与分子生物学的基本知识，以及某些与医学相关的生物化学进展，包括生物大分子的结构与功能（蛋白质、核酸、酶），物质代谢及其调节（糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢、物质代谢的联系与调节）；基因信息的传递（DNA复制、RNA转录、蛋白质生物合成、基因表达调控、重组DNA与基因工程）；相关的专题知识（细胞信息转导，血液的生物化学，肝的生物化学，维生素与微量元素，常用分子生物学技术的原理及其应用，基因组学与医学）。

本大纲适合于五年制临床医学、口腔、医学检验、影像、麻醉等专业使用，现将大纲使用中有关问题说明如下：一本大纲配套使用的教材为全国高等医学院校规划教材《生物化学》（案例版）第1版（刘新光主编）。

二本大纲内容按“掌握、熟悉、了解”三级要求学习及掌握。

其中，考试内容中“掌握”占70%左右；“熟悉、了解”的内容占30%左右。

“掌握”部分要求理解透彻，包括有关概念及其研究进展等内容细节，并能运用其理论及概念于相关学科的学习及今后的临床及科研工作；“熟悉”部分要求能熟知其相关内容的概念及有关理论，并能适当应用；“了解”部分要求能对其中的概念有一定认识，对相关内容有所了解。

三总教学参考学时为125学时，理论与实验比值约为2:1，即讲授理论学时为85学时（第一部分为生物化学部分，48学时；第二部分为分子生物学部分，37学时），实验学时为40学时。

II 正文第一部分生物化学第1章绪论熟悉“生物化学”的概念及其与“分子生物学”的关系。

了解生物化学的发展简史、当代生物化学研究的主要内容及生物化学与医学的紧密联系。

蛋白质分子设计[引言]蛋白质是一类非常有用的物质，在生物体的进化过程中起着非常重要的作用。

与其它化学试剂比较：（1）分子量非常大；（2）在机体内稳定；（3）专一性的优劣。

分子生物学的发展弥补了上述缺点，如定位突变、PCR使蛋白质可能工程化生产。

蛋白质设计（蛋白质的结构、功能预测）涉及多学科的交叉领域，包括材料学、化学、生物学、物理及计算机学科。

其应用范围涵盖了药物、食品工业中的酶、污水处理、疫苗、化学传感器等，设计的蛋白质也不仅仅限于20种天然氨基酸，也包括非天然氨基酸、有机/无机模块。

蛋白质设计的目的：（1）为蛋白质工程提供指导性信息；（2）探索蛋白质的折叠机理。

蛋白质设计分类：（1）基于天然蛋白质结构的分子设计；（2）蛋白质从头设计。

存在问题：与天然蛋白质比较：（1）缺乏结构独特性；（2）缺乏明显的功能优越性。

第一节基于天然蛋白质结构的分子设计一、概述蛋白质结构与功能的认识对蛋白质设计至关重要，需要多学科的配合。

蛋白质设计循环如下：1．对要求的活性进行筛选。

2．对蛋白质进行表征，如测定序列、三维结构、稳定性及催化活性。

3．专一型突变产物。

4．计算机模拟。

5．蛋白质的三维结构。

在PDB中搜索，无纪录即进行X射线、NMR方法或预测并构建三维结构模型。

6．蛋白质结构与功能的关系。

蛋白质突变体设计的三个主要步骤：1．突变位点和替换氨基酸的确定。

（1）确定对蛋白质折叠敏感的区域。

（2）功能上的重要位置。

（3）其它位置对蛋白质突变体的影响。

（4）替换或加减残基对结构特征的影响。

2．能量优化和蛋白质动力学方法预测修饰后蛋白质的结构。

3．预测结构与原始蛋白质结构比较，预测新蛋白质性质。

上述设计工作完成后，再进行蛋白质合成或突变实验，分离、纯化并对新蛋白质定性。

二、蛋白质设计原理1．内核假设。

假设蛋白质独特的折叠形式主要由蛋白质内核中的残基相互作用决定。

所谓内核指蛋白质在进化过程中的保守区域，由氢键连接的二级结构单元组成。

医学生物学研究技术与实验实验报告实验名称：细胞总蛋白的制备,SDS-PAGE，Western Blot一、实验目的1. 掌握SDS直接裂解细胞法提取蛋白质2. 掌握Lowry法测定蛋白质浓度的原理3. 掌握SDS-PAGE分离蛋白质的原理和技术4. 掌握半干转移的操作和Western Blot 的原理和技术二、实验原理1. 蛋白质提取常见裂解方法极其原理。

蛋白质的抽提是指破碎过程中，将生物材料在水，缓冲液或稀盐溶液等适当溶剂中浸泡，使胞内的蛋白质等内容物释放到溶剂中。

血浆，消化液和分泌液等体液中可溶性蛋白质，可不经抽提，直接进行分离。

细胞内一般蛋白质的抽提，应先将细胞膜或细胞壁破碎，然后用适当溶剂将蛋白质溶出，再用离心法除去不溶物，得到出抽提液。

膜蛋白的抽提比较复杂。

膜蛋白按其所在位置分为外周蛋白和固有蛋白。

外周蛋白通过次级键和膜外侧脂质的性头部鳌和在一起，应选则适当离子强度及PH的缓冲液，其中要好友EDTA，将其抽出。

固有蛋白嵌和在膜脂质双层中，通过疏水键于膜内侧脂质层的疏水性尾部结合。

在抽提固有蛋白时，要减弱器与膜脂的疏水性结合，又要使其保持部分疏水基暴露在外的天然状态，这一过程叫增溶作用。

较为理想的增溶剂是去垢剂。

目前用的去垢剂分为阴离子型，阳离子型，两性离子型，非离子型。

增溶后的膜蛋白抽提剂有较好的均一性，便于进一步纯化。

纯化后的膜蛋白，可通过透析法去除去垢剂，进行膜蛋白重组。

抽提蛋白质的理想条件是尽可能促进蛋白质在溶剂中溶解，而减弱蛋白水解酶活力，以减少细胞的自溶过程。

主要是通过选择适当PH，温度，或溶剂，以及加适当蛋白水解酶抑制剂。

常见裂解方法有：1 低渗裂解，2 冻融法，3 Triton100或者NP-40等非离子去污剂（比较温柔），4 脱氧胆酸钠、SDS、Triton100 （强烈），5 上样缓冲液（含SDS）＋细胞沸水浴5 min，6 匀浆器。

2. Lowry法测定蛋白质浓度1. 蛋白质与碱性铜试剂产生双缩脲反应，形成紫红色蛋白质-铜复合物；2. 紫红色复合物中的酪氨酸和色氨酸残基还原磷钼酸和磷钨酸，产生深蓝色，呈色强度与蛋白质浓度呈正相关，分光光度计测A750吸光度，做标准曲线3.SDS-PAGE分离蛋白质SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳是蛋白分析中最经常使用的一种方法.它是将蛋白样品同离子型去垢剂十二烷基硫酸钠(SDS）及巯基乙醇一起加热，使蛋白变性，多肽链内部及肽键之间的二硫键被还原，肽键被打开，打开的肽键靠疏水作用与SDS结合而带负电荷，电泳时在电场作用下，肽链在凝胶中向正极迁移。

蛋白质变质一级结构变化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述蛋白质是生命体内最为重要的有机化合物之一，对维持生命的正常功能起着至关重要的作用。

蛋白质的结构可分为四个级别：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。

其中，一级结构是指蛋白质中氨基酸的线性排列顺序，也被称为氨基酸序列。

蛋白质一级结构的变化是指其氨基酸序列的改变，这可能是由于突变、突变累积、修饰等因素导致的。

蛋白质一级结构的变化对蛋白质的功能和性质产生重要影响。

正因为如此，研究蛋白质一级结构变化的影响因素以及其对蛋白质功能的影响，对于深入理解蛋白质的结构与功能具有重要意义。

本文将首先介绍蛋白质一级结构的定义和重要性，然后探讨蛋白质一级结构变化的影响因素，最后总结蛋白质一级结构变化的重要性并展望其未来的研究方向。

通过对蛋白质一级结构变化的深入研究，我们可以更好地理解蛋白质的结构与功能之间的关系，为相关领域的科研和应用提供有益的指导。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以是文章的章节组织和内容安排。

文章结构部分内容示例：文章结构部分旨在介绍本篇文章的章节组织和内容安排，以帮助读者更好地理解整个文章的整体框架。

本篇文章共分为引言、正文和结论三个主要部分。

首先，引言部分主要包括以下三个方面内容：概述、文章结构和目的。

在概述中，会简要说明蛋白质变质一级结构变化的背景和重要性。

在文章结构部分，我们将详细介绍文章的章节组织和内容安排。

最后，在目的部分，我们将明确本篇文章的研究目的和意义。

接下来，正文部分是本篇文章的核心内容。

在正文部分的第2.1节中，我们将对蛋白质一级结构的定义和重要性进行详细阐述，为后续的内容提供基础知识。

在第2.2节中，我们将探讨蛋白质一级结构变化的影响因素。

通过对蛋白质一级结构变化的原因和机制的探究，可以更好地理解其对蛋白质功能和稳定性的影响。

最后，结论部分总结了蛋白质一级结构变化的重要性，并展望了未来蛋白质一级结构变化研究的方向。