亚细胞蛋白质组学

蛋白质组学阐明生物体各种生物基因组在细胞中表达的全部蛋白质的表达模式及功能模式的学科。

包括鉴定蛋白质的表达、存在方式(修饰形式)、结构、功能和相互作用等。

百科名片蛋白质组学（Proteomics）一词，源于蛋白质（protein）与基因组学（genomics）两个词的组合，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。

蛋白质组本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识，这个概念最早是由Marc Wilkins 在1995年提出的。

前言蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础，也能为众多种疾病机理的阐明及攻克提供理论根据和解决途径。

通过对正常个体及病理个体间的蛋白质组比较分析，我们可以找到某些“疾病特异性的蛋白质分子”，它们可成为新药物设计的分子靶点，或者也会为疾病的早期诊断提供分子标志。

确实，那些世界范围内销路最好的药物本身是蛋白质或其作用靶点为某种蛋白质分子。

因此，蛋白质组学研究不仅是探索生命奥秘的必须工作，也能为人类健康事业带来巨大的利益。

蛋白质组学的研究是生命科学进入后基因时代的特征。

基本策略蛋白质组(Proteome)的概念最先由Marc Wilkins提出，指由一个基因组(genOME)，或一个细胞、组织表达的所有蛋白质(PROTein). 蛋白质组的概念与基因组的概念有许多差别，它随着组织、甚至环境状态的不同而改变. 在转录时，一个基因可以多种mRNA形式剪接，并且，同一蛋白可能以许多形式进行翻译后的修饰. 故一个蛋白质组不是一个基因组的直接产物，蛋白质组中蛋白质的数目有时可以超过基因组的数目. 蛋白质组学(Proteomics)处于早期“发育”状态，这个领域的专家否认它是单纯的方法学，就像基因组学一样，不是一个封闭的、概念化的稳定的知识体系，而是一个领域. 蛋白质组学集中于动态描述基因调节，对基因表达的蛋白质水平进行定量的测定，鉴定疾病、药物对生命过程的影响，以及解释基因表达调控的机制. 作为一门科学，蛋白质组研究并非从零开始，它是已有20多年历史的蛋白质(多肽)谱和基因产物图谱技术的一种延伸. 多肽图谱依靠双向电泳(Two-dimensional gel electrophoresis, 2-DE)和进一步的图象分析；而基因产物图谱依靠多种分离后的分析，如质谱技术、氨基酸组分分析等.研究基础90年代初期开始实施的人类基因组计划，在经过各国科学家近10年的努力下，已经取得了巨大的成就。

前沿空间蛋⽩质组学：⼀种强⼤的细胞⽣物学发现⼯具真核细胞⾼度区室化，⽣物过程被分隔在不同的区室进⾏。

蛋⽩质功能与亚细胞定位密切相关，不同的区室提供不同的化学环境（例如pH和氧化还原条件）、不同的潜在作⽤配体或底物。

因此，对蛋⽩质亚细胞定位的严格控制是细胞⽣理学的重要调控内容。

⼤多数细胞⽣物学过程涉及蛋⽩质亚细胞定位的变化，例如转录因⼦在细胞核-胞浆的穿梭、细胞凋亡过程中线粒体蛋⽩的重新定位，以及细胞表⾯信号传导受体的内吞等。

相反，蛋⽩质的错误定位通常与细胞功能障碍和疾病相关，包括神经变性、癌症和代谢紊乱等。

以蛋⽩质空间定位为研究⽅向的空间蛋⽩质组现在已经⽤于揭⽰⼈类蛋⽩质组的复杂结构，如单细胞变异、动态蛋⽩质易位，相互作⽤⽹络改变，以及蛋⽩定位改变等。

⼀些研究者也已成功运⽤空间蛋⽩质组学来研究疾病，包括急性病毒感染、肝病等。

2019年5⽉，KTH 瑞典皇家理⼯学院的 Emma Lundberg 教授和德国马克斯-普朗克研究所的Georg H. H. Borner 教授，在国际著名期刊 Nature Reviews | Molecular CellBiology（IF=35.612）发表了题为《Spatial proteomics: a powerful discovery tool for cellbiology》的综述性⽂章，系统介绍了空间蛋⽩质组学的技术、未来发展的机遇与挑战。

下⾯⼩编为⼤家解读⼀下这篇综述。

01空间蛋⽩质组学研究⽅法⽬前三种互补的⽅法可⽤于空间蛋⽩质组学研究：细胞器分级的质谱分析（图1）、蛋⽩质与蛋⽩质互作⽹络分析（图2），以及基于蛋⽩质定位的蛋⽩质成像（图3）。

1）基于质谱的细胞器分级⽅法质谱可⽤于复杂混合物中蛋⽩质的定性和定量研究。

空间蛋⽩质组学可借助传统⽣物化学分析⽅法，如下图1a 所⽰，通过定制的亚细胞分级分离（如，梯度离⼼或差速离⼼）来富集⽬标细胞器（绿⾊）。

然后利⽤质谱⽅法只分析富集到的组分。

百泰派克生物科技
蛋白质组学质谱分析
蛋白质组学质谱分析就是利用质谱技术分析研究蛋白质组。

质谱分析是蛋白质组学研究的关键技术之一。

百泰派克生物科技提供基于质谱的蛋白质组学分析服务。

蛋白质组学
蛋白质组学是以蛋白质组为研究对象的一门科学。

所研究的蛋白质组可以是特定条件下特定细胞类型中的蛋白质的集合，可以是来自生物体各种细胞蛋白质组的蛋白质的完整集合，也可以是某些亚细胞生物系统中蛋白质的集合（例如线粒体蛋白质组、病毒蛋白质组）等等。

分析蛋白质比分析核酸序列更加困难，因为只有4种核苷酸用来组成DNA，但至少有20种不同的氨基酸组成蛋白质。

很多方法可以用来
研究蛋白质、蛋白质组或整个蛋白质组，例如双向凝胶电泳、质谱分析、色谱分析等。

其中，质谱分析在蛋白质组学研究中是一个关键技术。

蛋白质组学质谱分析
蛋白质组学质谱分析是利用质谱技术分析研究蛋白质组。

蛋白质组学质谱分析研究包括在组学水平上对蛋白质进行鉴定、功能分析、表达差异分析和相互作用分析等。

常用的一些质谱方法包括MALDI（基质辅助激光解吸电离）、ESI（电喷雾电离）、PMF（肽质量指纹图谱）和串联质谱等。

以质谱技术为基础进行蛋白质组学研究具
有更好的灵敏度、精确度等特点。

蛋白质学【proteomics】蛋白质组学是指采用各种大规模蛋白质分离和识别技术研究手段来研究蛋白质组的一门科学。

目前，蛋白质组学作为基因组DNA序列与基因功能之间的桥梁，通过蛋白质的鉴定、定量检测、细胞或亚细胞分布、修饰状态、相互作用研究等，揭示蛋白质功能。

代谢组学【metabolomics】代谢组学指通过对某一细胞、组织、器官或者体液内所有代谢物进行高通量检测、定性和定量分析，研究生物体整体或组织细胞系统的动态代谢变化，尤其是内原代谢、遗传变异、环境变化及各种物质进入代谢系统的特征和影响，并寻找代谢物与生理病理变化相对应关系的研究方式的科学。

RNA组学【RNonmics】RNA组学是从基因水平系统研究细胞中全部非编码RNA分子的结构与功能，从整体水平阐明RNA的生物学意义的科学。

RNA组学作为后基因组时代一个重要的前沿科学。

是基因组学和蛋白质组学研究的扩充和延伸。

RNA组学重在揭示由RNA介导的遗传信息表达控制网络，以不同于蛋白质编码基因的角度来注释和阐明人类基因组的结构与功能，为人类疾病的研究和治疗提供理论基础。

生物信息学【Bioinformatics】生物信息学是伴随着基因组的研究加之计算机信息管理技术的快速发展而诞生的一门新兴的交叉学科。

它以生物大分子为研究对象，以计算机为主要工具，发展各种软件，对日益增长的DNA和蛋白质的序列和结构进行收集、整理、储存、发布、提取、检索与分析，揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘，已到达理解这些生物大分子信息的生物学意义。

糖复合物【glycoconjugates】糖复合物是由聚糖以共价键与蛋白质或脂类结合形成的化合物。

包括糖蛋白、蛋白聚糖及糖脂。

N—连接糖链【N-linked glycosylation】糖蛋白分子中，糖链的N—乙酰葡糖胺与多肽链的天冬酰胺残基的酰胺氮连接，形成N—糖苷键，此种糖链为N—连接糖链，也称N—连接聚糖。

连接点的结构为：GlcNAcβ-N-Asn。

蛋白亚细胞定位方法
蛋白质的亚细胞定位是指确定蛋白质在细胞内的具体位置。

这对于理解蛋白质的功能和细胞生物学过程至关重要。

以下是一些常用的蛋白质亚细胞定位方法：
1. 免疫荧光技术：这是一种基于抗体特异性结合的方法。

通过使用针对目标蛋白质的特异性抗体，将其标记上荧光染料，然后观察荧光信号在细胞内的分布，从而确定蛋白质的亚细胞定位。

2. 荧光蛋白标记：将目标蛋白质与荧光蛋白（如GFP、RFP 等）融合表达，使其在细胞内发出特定颜色的荧光。

通过观察荧光的分布，可以确定蛋白质的亚细胞定位。

3. 细胞器特异性染料：使用细胞器特异性染料对细胞进行染色，然后观察目标蛋白质与这些染料的共定位情况。

例如，使用线粒体染料可以确定蛋白质是否定位于线粒体。

4. 免疫组织化学技术：该方法用于检测组织切片中的蛋白质定位。

通过使用针对目标蛋白质的抗体，将其标记上可见的染料，然后观察染料在组织切片中的分布。

5. 蛋白质相互作用分析：通过研究蛋白质与其他已知亚细胞定位的蛋白质之间的相互作用，可以间接推断目标蛋白质的亚细胞定位。

这些方法可以单独使用，也可以结合使用，以提高蛋白质亚细胞定位的准确性。

在进行蛋白质亚细胞定位研究时，需要选择合适的方法，并结合其他实验手段进行综合分析。

临床蛋白质组学
临床蛋白质组学指用于临床研究的蛋白质组学，主要是研究患者与健康个体间的差异蛋白质或是疾病不同阶段的差异蛋白质，以辅助临床诊断和治疗。

百泰派克生物科技提供基于质谱的临床蛋白质组学分析服务。

临床蛋白质组学
蛋白质组学分析包括鉴定蛋白质表达的变化、翻译后修饰、蛋白质-蛋白质相互作用、细胞和亚细胞分布以及蛋白质表达的时间模式。

差异蛋白质组学和功能蛋白质组学的目的是获取这些信息，从而提高人们对细胞和生物体中细胞途径及其相互关系的理解。

蛋白质组学作为发现生物途径和疾病过程的工具的功能现已得到广泛认可。

事实上，蛋白质组学已经发现了许多针对各种疾病的潜在的新药靶点。

当前的蛋白质组学时代开始研究这种技术如何为临床医生提供服务，临床蛋白质组学也因此出现。

液相色谱与质谱联用是临床蛋白质组学高通量技术手段中的一种。

临床蛋白质组学。

临床蛋白质组学研究内容
临床蛋白质组学的目的主要是为高通量诊断和预后应用提供服务，因此临床蛋白质组学研究内容主要是患者与健康个体间的差异蛋白质或是疾病不同阶段的差异蛋白
质，从而发现与疾病发生或进展相关的生物标志物和潜在的药物靶标。

可编辑修改精选全文完整版化学生物学专业博士研究生课程教学大纲课程名称：蛋白质组学及应用课程编号：0703201F08学分：2总学时数：40开课学期：第2学期考试方式：笔试课程说明：（课程性质、地位及要求的描述）随着人类基因测序的基本完成，人类基因组计划开始进入后基因组时代。

蛋白质组学(Proteomics)已成为功能基因组学的重要研究领域，是当今生命科学研究的热点与前沿领域。

本课程主要从蛋白质组与蛋白质组学的基本概念入手，重点介绍这一崭新领域的诞生与发展，并以具体的研究成果，详细介绍蛋白质组学研究的相关技术及应用进展。

通过本课程的学习，使学生了解和掌握蛋白质的结构、功能基因组和蛋白质组、蛋白质组学研究的方法及相关分离、分析、检测、鉴定技术，蛋白质组学研究中的生物信息学及蛋白质组学的应用等，如肿瘤发生与发展的比较蛋白质组学、细胞凋亡的蛋白质组学、蛋白质组学与新药开发等方面的知识。

本课程主要适用于化学、化工、生物、医学等学科领域的研究生选修。

教学内容、要求及学时分配：第一章功能基因组与蛋白质组(2学时)1. 基因组、蛋白质组研究中的基本概念、相互关系2. 蛋白质组学研究的内容和意义3. 蛋白质组学的特点和难点及蛋白质组学发展趋势本章要求：了解基因组、蛋白质组研究中的基本概念、相互关系，蛋白质组学研究的内容和意义。

蛋白质组学的特点和难点及蛋白质组学发展趋势。

第二章蛋白质的结构与表征(2学时)1. 蛋白质的组成、分类2. 蛋白质的一级、二及、三级结构等基本概念3. 蛋白质结构与功能的关系4. 蛋白质结构分析的方法和技术本章要求：了解蛋白质的组成、分类、一级、二及、三级结构等基本概念，蛋白质结构与功能的关系，蛋白质结构分析的方法和技术等。

第三章蛋白质组学研究方法(3学时)1. 蛋白质组学研究的方法和技术2. 二维凝胶电泳技术3. 多维色谱分离技术4. 生物质谱鉴定技术本章要求：了解蛋白质组学研究的方法和技术，如二维凝胶电泳技术、多维色谱分离技术、生物质谱鉴定技术等。

蛋白质亚细胞定位及其生物学意义研究蛋白质是生命中最基本的分子之一，它们在细胞中承担着各种各样的功能。

而这些功能的实现，往往与蛋白质定位有着密不可分的关系。

在细胞内，一种蛋白质的定位地点与其功能密切相关，探究蛋白质亚细胞定位及其生物学意义，是现代生物学的一个重要研究方向。

一、亚细胞定位的基本概念亚细胞定位指的是蛋白质在细胞内的分布位置和存在方式。

具体来说，亚细胞定位包括蛋白质位于哪些细胞器上，蛋白质是否贴附在细胞膜上，以及蛋白质是否存在于细胞外液中等。

这些细胞学层面的问题对于我们理解蛋白质的功能、特性以及相互作用等方面都具有很重要的意义。

二、蛋白质亚细胞定位的研究方法研究蛋白质亚细胞定位的方法包括生化学和细胞学方法。

其中，最为常用的是免疫荧光技术、酵母双杂交技术、蛋白质标记技术以及生物信息学分析等。

这些方法不仅能够帮助科学家们研究蛋白质在细胞内的分布位置和定位机制，还能够揭示细胞中各种生物学现象的本质和原理。

三、蛋白质亚细胞定位的生物学意义蛋白质亚细胞定位对于生物学的意义非常重大。

它不仅能够帮助我们深入理解蛋白质功能和相互作用的机制，还可以为疾病的诊断和治疗提供有力的支持。

例如，通过对受损组织细胞的蛋白质亚细胞定位的研究，科学家们可以更加精确地确定细胞损伤的类型和程度，进而指导临床医生进行治疗。

四、未来发展方向随着分子生物学、细胞生物学、生物信息学等新技术的发展，蛋白质亚细胞定位研究也在不断进步。

未来，我们可以借助新技术进一步研究蛋白质在不同组织和不同生理状态下的定位变化和变化机理，深入挖掘蛋白质定位与功能的关系，进而推动生物学、医学等领域的发展。

总之，蛋白质亚细胞定位及其生物学意义研究是一个非常重要的前沿课题，它关乎着我们深入理解生命本质的过程。

在未来的研究中，我们需要继续秉承科学研究的精神，不断完善研究方法，从而开创更加光明的科研未来。

亚细胞定位和蛋白功能
蛋白质在细胞内的定位是蛋白质功能的基础，它能够影响蛋白质在细胞生命活动中的参与方式，因此对于蛋白质亚细胞定位的研究是十分重要的。

目前，常见的蛋白质亚细胞定位有细胞核定位、质膜定位、粒腺定位、紧贴膜定位以及胞质基质定位等。

细胞核定位是指蛋白质被定位到细胞核内，并在该位置发挥作用。

细胞核作为细胞最重要的生物学结构之一，承担着细胞的DNA复制、转录和修复等生物学功能。

因此，细胞核定位的蛋白质通常是具有生物学功能的重要分子，例如转录因子、DNA结合蛋白、RNA加工蛋白等。

质膜定位是指蛋白质被定位在细胞质膜上，该定位通常是由蛋白质的C端负电荷、氢键、疏水性等特性决定的。

细胞质膜是一组拥有重要的信号传导、物质交换和细胞黏附等生物学功能的蛋白质。

质膜定位的蛋白质通常是在细胞外和细胞内部之间起到沟通和交换物质作用的分子，例如细胞质膜上的受体、通道蛋白、转运蛋白等。

粒腺定位是指蛋白质被定位在粒腺内，粒腺是细胞内主要参与合成和分泌蛋白质的细胞器之一，通常存在于内分泌细胞、淋巴细胞、浆细胞等细胞类型中。

粒腺定位的蛋白质通常是参与细胞内分泌过程的分泌蛋白质，例如肽激素、免疫球蛋白等。

蛋白质亚细胞定位对其功能的影响十分重要。

以细胞核定位的蛋白质为例，这类蛋白质具有舒卡尔转录因子家族、TrxG家族、Pou家族等重要蛋白质。

这些蛋白质能够结合基因调节区域，调控基因的转录水平，影响细胞生长、分化和凋亡等生理生化过程。

逆之，若这些蛋白质定位到胞质中，则将失去其参与核内生物学过程的能力。