蛋白质组学研究(完整版)
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蛋白质组学
蛋白质组学1.蛋白质组学研究的目的和任务20世纪中期以来，随着DNA双螺旋结构的提出和蛋白质空间结构的X射线解析，开始了分子生物学时代，对遗传信息载体DNA和生命功能的主要体现者蛋白质的研究，成为生命科学研究的主要内容。
90年代初期，美国生物学家提出并实施了人类基因组计划，预计用15年的时间，30亿美元的资助，对人类基因组的全部DNA序列进行测定，希望在分子水平上破译人类所有的遗传信息，即测定大约30亿碱基对的DNA序列和识别其中所有的基因（基因组中转录表达的功能单位）。
经过各国科学家8年多的努力，人类基因组计划已经取得了巨大的成绩，一些低等生物的DNA全序列已被阐明，人类3%左右DNA的序列也已测定，迄今已测定的表达序列标志（EST）已大体涵盖人类的所有基因。
在这样的形势下，科学家们认为，生命科学已经入了后基因组时代。
在后基因组时代，生物学家们的研究重心已经从解释生命的所有遗传信息转移到在整体水平上对生物功能的研究。
这种转向的第一个标志就是产生了一门成为功能基因组学（Functional Genomics）的新学科。
它采用一些新的技术，如SAGE、DNA芯片，对成千上万的基因表达进行分析和比较，力图从基因组整体水平上对基因的活动规律进行阐述。
但是，由于生物功能的主要体现者是蛋白质，而蛋白质有其自身特有的活动规律，仅仅从基因的角度来研究是远远不够的。
例如蛋白质的修饰加工、转运定位、结构变化、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与其它生物分子的相互作用等活动，均无法在基因组水平上获知。
正是因为基因组学（Genomics）有这样的局限性，于90年代中期，在人类基因组计划研究发展及功能基因组学的基础上，国际上萌发产生了一门在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律的新兴学科－蛋白质组学（Proteomics），它以蛋白质组（Proteome）为研究对象。
蛋白质组是指“由一个细胞或一个组织的基因组所表达的全部相应的蛋白质”。
蛋白质组学研究基本策略
蛋白质组学研究基本策略蛋白质组学是研究生物体内所有蛋白质的总体组成、结构和功能的一种科学研究方法。
由于蛋白质是生物体内最重要的基本构建单元之一，它们在细胞代谢、信号传递、基因表达调控、代谢调节、免疫防御等方面发挥着重要的作用。
近年来，随着高通量分析技术的应用和发展，蛋白质组学研究已成为生命科学研究的重要分支之一，它可以帮助我们更加深入地了解生物体的生理和病理过程，为生物医学和生物技术的研究提供了强有力的工具支持。
蛋白质组学的基本策略主要涉及样品处理、蛋白质分离、蛋白质质量鉴定和蛋白质表达谱分析等方面，下面我们将对这些方面进行详细介绍。
一、样品处理样品处理是蛋白质组学研究中非常重要的环节之一，它直接关系到后续的蛋白质分离和鉴定结果。
样品处理的目的是将样品中的蛋白质分离出来，同时去除其中的其他干扰物和噪声。
在样品处理过程中，有一些重要的指标需要考虑，比如选择合适的裂解方式、针对不同类型样品采用不同的前处理方法、去除样品中的盐、肉眼可见颗粒等物质，同时也需要进行蛋白质质量的检测，确保样品中蛋白质的浓度和完整性。
二、蛋白质分离在样品处理之后，需要对样品进行蛋白质分离。
蛋白质分离的目的是将样品中的蛋白质获得比较纯净的组分，并使蛋白质真实且广泛地表达。
蛋白质分离的方法很多，其中电泳是一种非常常用的方法，它可以通过不同的电泳技术和硅胶柱层析技术将复杂的蛋白质混合物分离成单独的组分。
电泳的种类包括：SDS-PAGE、二维电泳等等。
在蛋白质分离过程中，还需要注意分离后蛋白质组分的集中度、分辨度，并进行蛋白质谱图的理解。
三、蛋白质质量鉴定鉴定蛋白质的质量是蛋白质组学研究的核心步骤之一。
蛋白质质量的鉴定可以通过不同的方法来实现，比如西方印迹、MALDI-TOF-MS和LC-MS/MS等技术。
这些技术不仅可以鉴定蛋白质的分子量、差异分子、台阶分子等特点，还可以分析蛋白质的化学性质、生理功能等方面的信息。
四、蛋白质表达谱分析蛋白质表达谱的分析是利用上述鉴定方法，对大规模蛋白质样品进行分析，并确定不同样品蛋白质谱图的变化趋势，从而揭示蛋白质数量和质量的组成成分比例。
蛋白质组学的研究方法和进展
蛋白质组学的研究方法和进展蛋白质是细胞中最重要的一类生物大分子，不仅构成生物体的大部分物质，而且参与多种生物过程。
在生物学的研究中，蛋白质组学就是广泛用于研究蛋白质及其解析结构、功能和相互作用的一种技术。
蛋白质组学技术的不断发展，为科学家们提供了更广阔的研究领域和更深入的认识和理解。
一、蛋白质分离技术蛋白质在细胞中有着多种不同的类型和数量，分离这些蛋白质对于进一步的研究至关重要。
凝胶电泳是一种最早应用于蛋白质分离的技术，在这一技术中，蛋白质被分离到一条凝胶条中，并且能够根据其分子量进行鉴定。
近年来，液相色谱技术得到快速发展，以逆相高效液相色谱（RP-HPLC）为主的技术广泛应用于蛋白质的分离、富集和纯化中。
二、蛋白质鉴定技术现代蛋白质组学技术的特点是高通量、高分辨率、高灵敏度和准确率。
鉴定样品中的所有蛋白质非常复杂，多组学技术的整合在蛋白质组学的研究中显得尤为重要。
代表性的鉴定技术是质谱法，可将蛋白质析出后离线或在线进行鉴定。
其中，MALDI-TOF 质谱技术是蛋白质鉴定中的重要方法之一，该技术使用激光脱附离子化（MALDI）策略以减少化学修饰和分离过程对蛋白质结构的影响。
三、蛋白质表达技术从DNA转录到蛋白质翻译的过程，是生物体逐步实现功能的一个重要环节。
蛋白质表达技术是在外部体系中重现这一过程的有效方法，在研究中应用极为广泛。
常见的蛋白质表达系统有大肠杆菌、酵母、哺乳动物等，其中，大肠杆菌是最常用的单细胞表达体系。
近年来，蛋白质表达与修饰的转化药学已经成为一个热门领域，各种新型表达体系也层出不穷。
四、蛋白质数据分析鉴定蛋白质，只是蛋白质组学研究的第一步，有关数据分析和解释的关键环节，对于进一步的研究显得尤为重要。
目前，由于蛋白质比较庞大并且互相之间联系复杂，因此数据分析技术的不断发展就格外重要了。
从最初的数据搜索和标识，到后来的蛋白质序列分析、结构预测、功能预测和网络分析等，蛋白质数据分析技术已经成为蛋白质组学研究的重要环节。
蛋白质组学研究的完整解决方案
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二、蛋白凝胶成像系统（Investigator? ProImage）ProImage专业的蛋白凝胶成像系统提供高灵敏度、高分辨率的大面积蛋白凝胶成像和分析。
蛋白质组学研究方法与实验方案
蛋白质组学研究方法与实验方案嘿，伙计们，你们知道吗？在实验室里，我们就像是一群探险家，每天都在寻找那些隐藏在细胞深处的宝藏——蛋白质！今天，我就来给大家揭秘一下我们在蛋白质组学研究中的那些小秘密。
我们要搞定的是蛋白质组学研究的“敲门砖”——那就是蛋白质样品。
想象一下，你面前有一堆乱七八糟的东西，你要从中找出那些有价值的东西，这得多费劲儿啊！但是，科学家们就是有办法，他们用一种叫做“蛋白质提取”的魔法，把那些不听话的蛋白质“请”出来，让我们能够一探究竟。
我们要进行的就是蛋白质的“变身术”——那就是蛋白质鉴定。
就像魔术师一样，科学家们通过一系列复杂的步骤，将那些“无名小卒”变成“明星”，让它们在显微镜下闪耀
起来。
这个过程就像是在拼图游戏中，每一块碎片都至关重要，缺一不可。
然后，我们要进行的是一场“大逃杀”——那就是蛋白质定量。
就像在战场上，我们需要准确地计算出敌人的数量，才能制定出有效的策略。
科学家们通过各种方法，如质谱分析、色谱技术等，来精确地测量蛋白质的存在和丰度，就像在战场上统计士兵的数量一样。
我们要进行的是一场“终极对决”——那就是蛋白质功能研究。
就像在电影中，我们需要找出隐藏在剧情背后的真相，才能解开谜团。
科学家们通过一系列的实验和数据分析，揭示出蛋白质在生命活动中的作用，就像侦探破解案件一样。
在这个过程中，我们可能会遇到一些困难和挑战，但只要我们有决心、有耐心，就一定能够克服一切困难，找到那些隐藏在细胞深处的宝藏。
所以，亲爱的朋友们，让我们一起拿起手中的武器，勇敢地面对那些未知的挑战吧！相信在不久的将来，我们一定能够在蛋白质组学的领域中取得更大的突破，为人类健康事业做出更大的贡献！。
蛋白质组学研究与应用
蛋白质组学研究与应用随着科技的不断进步和科学研究的不断深入，蛋白质组学作为一门新兴的技术和研究领域，正在逐步发展和应用于生物医药领域。
蛋白质组学，简单来说，就是对蛋白质组的研究，它包括对蛋白质结构、功能、表达和相互作用等方面的研究。
下面，我们将深入探讨蛋白质组学研究和应用，以及它们对生物医药领域的影响。
一、蛋白质组学研究1. 蛋白质组学技术目前，蛋白质组学技术主要分为两大类，即蛋白质质谱技术和蛋白质芯片技术。
蛋白质质谱技术是将蛋白质分离后用质谱技术进行分析，可以得到蛋白质的质量、序列、结构和表达水平等信息。
而蛋白质芯片技术则是将蛋白质固定在芯片上，利用芯片上的探针检测蛋白质的表达和相互作用。
2. 蛋白质组学研究内容蛋白质组学研究的内容非常丰富，主要包括以下几个方面：（1）蛋白质组学在疾病诊断和治疗方面的应用。
比如通过分析肿瘤细胞的蛋白质组成进行癌症诊断，或者通过分析抗生素对细菌蛋白质的影响，寻找新型抗生素。
（2）蛋白质相互作用的研究。
蛋白质之间的相互作用是生命活动中的重要环节，研究蛋白质相互作用可以揭示细胞信号传导、代谢调控等生命活动的机制。
（3）蛋白质的功能和结构研究。
蛋白质的功能和结构是研究蛋白质功能和生命活动的基础，研究蛋白质的功能和结构可以揭示生命活动的机理。
二、蛋白质组学应用1. 药物研发与筛选蛋白质组学在药物研发与筛选方面的应用非常广泛。
通过研究蛋白质相互作用、识别关键蛋白质作用靶点等技术，可以研发出具有高效性和特异性的药物，并对药物的毒副作用和治疗效果进行评估，提高药物的研发效率和成功率。
2. 病理诊断与治疗蛋白质组学在病理诊断与治疗方面的应用也非常广泛。
例如，通过分析患者体液和组织中的蛋白质组成，可以帮助诊断疾病，如癌症、糖尿病、多发性硬化等。
此外，蛋白质组学还可以作为疾病治疗的靶点，研究药物的作用机理和治疗效果。
3. 基因组学和蛋白质组学的结合蛋白质组学和基因组学的结合，可以帮助我们更深入地研究蛋白质功能和相互作用。
蛋白质组学定量研究常见方法-PPT课件
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1：双向电泳
基于2D-PAGE 的经典定量分 析方法。 1、样品准备 和定量：抽提 对照组和各种 不同实验组的 蛋白质。 2、蛋白质分 离：蛋白质经 过2D-PAGE分离 后染色（银染、 考染等）。 3、蛋白质的 定性与定量分 析：通过与对 照组相Image Master 7.0分 析出实验组中 差异点，质谱 鉴定差异点蛋 白质,同时应用 软件分析出其 表达量的变化。
4：化学标记法—ICAT
ICAT法的缺点： （1）它不能用于标记不含半胱氨酸或半胱氨酸含量低的蛋白质。 （2）ICAT分子量相对较大（约500Da），与蛋白质连接后可能会造成分子 的空间位阻 （3）ICAT分子量相对较大（约500Da），由于在MS分析中标签仍保留在每 个肽上，使得在碰撞诱导解吸（CID)条件下，很容易被片段化，那么标签特 异化的片段离子就会使串联质谱分析标记肽段的过程复杂化， （4） ICAT分子量相对较大（约500Da），这对小肽而言是一个较大的修饰 物，会增加数据库搜索的复杂性 （5）标记时通常需要延长时间来保证ICAT与蛋白质充分结合，这可能会造 成赖氨酸、组氨酸、色氨酸、酪氨酸发生氨基酸局部衍化。 （6）与原子结合的硫醚键化学稳定性较低，可能会自发发生β -消除反应 使部分标签断裂。
蛋白质组学定量研究常见方法
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蛋白质组学定量研究常见方法
1：常规双向电泳 2：DIGE 3：15N等同位素标记 4：ICAT 5：iTRAQ 6：SILAC
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蛋白质组学定量研究常见方法
蛋白质组学定量研究常见方法蛋白质组学定量研究是通过测定蛋白质样本中蛋白质的相对或绝对含量来了解生物系统中蛋白质表达的变化。
在蛋白质组学定量研究中，有很多常见的方法，包括质谱法、免疫学法、色谱法和光谱法等。
以下将对其中几种常见方法进行介绍。
1.质谱法质谱法是蛋白质组学定量研究中应用最广泛的方法之一、质谱法可以利用质量比较准确测定蛋白质的绝对或相对含量。
常见的质谱方法包括二维凝胶电泳质谱法（2D-DIGE）、液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）和同位素标记质谱法（SILAC），通过这些方法，可以高效准确地测定蛋白质的绝对或相对表达水平。
2.免疫学法免疫学法是一种广泛使用的定量蛋白质组学方法，其基本原理是利用特异性抗体与目标蛋白质结合，并通过与荧光或酶标记结合进行测定。
常见的免疫学方法包括Western blot、ELISA、流式细胞术和蛋白质芯片技术等。
这些方法具有高灵敏度和高特异性，可以快速准确地测定蛋白质的表达水平。
3.色谱法色谱法是一种常见的蛋白质组学定量方法，通过色谱柱的分离和去除杂质，从而获得纯净的蛋白质。
色谱法可以分为离子交换色谱、逆向相色谱、尺寸排除色谱和亲和层析等。
通过这些技术，可以高效准确地测定蛋白质的含量和纯度。
4.光谱法光谱法是一种快速准确测定蛋白质含量的方法。
在紫外-可见吸收光谱法中，通过测定蛋白质在特定波长下的吸光度，可以间接测定其含量。
此外，还有荧光光谱法和圆二色光谱法等。
这些光谱法可以快速定量蛋白质的含量，并了解蛋白质的构型和结构。
除了上述方法外，还有一些辅助分析方法，如蛋白质互作法（如蛋白质关联网分析）、功能学法（如蛋白质酶活测定）和结构分析法（如X射线晶体学）等，可以进一步了解蛋白质的功能和结构。
总结起来，蛋白质组学定量研究常见方法包括质谱法、免疫学法、色谱法和光谱法等。
这些方法在蛋白质组学研究中发挥重要作用，可以用于研究蛋白质的表达变化、功能与结构。
随着技术的不断发展，蛋白质组学定量研究方法也在不断更新和完善。
蛋白质组学实验
方向。
药物研发
药物作用机制研究
蛋白质组学实验能够揭示药物对蛋白质表达的影响，深入了解药 物的作用机制。
药物筛选
蛋白质组学实验可用于高通量药物筛选，提高药物研发效率。
个体化用药
通过蛋白质组学实验，可以评估个体对药物的反应差异，实现个 体化用药。
生物标志物发现
疾病生物标志物
蛋白质组学实验能够发现与疾病相关的生物标志物，用于疾病的监 测和预后评估。
串联质谱
结合质谱分析和电泳技术， 用于鉴定低丰度蛋白质和 复杂蛋白质混合物。
蛋白质定量技术
同位素标记法
通过同位素标记目标蛋白质，利用质谱技术进行相对 定量。
荧光染料标记法
利用荧光染料标记目标蛋白质，通过荧光检测进行定 量分析。
稳定同位素标记法
通过稳定同位素标记目标蛋白质，结合质谱技术进行 绝对定量。
疏水相互作用色谱
通过蛋白质的疏水性差异 分离蛋白质，常用于蛋白 质的初步分离。
离子交换色谱
利用蛋白质的离子性质差 异进行分离，适用于去除 杂质和浓缩蛋白质。
蛋白质鉴定技术
免疫印迹
利用特异性抗体检测目标 蛋白质，常用于蛋白质的 定性分析。
质谱分析
通过测定蛋白质的氨基酸 序列和修饰，对蛋白质进 行精确鉴定。
蛋白质组学实验
• 引言 • 蛋白质组学实验技术 • 蛋白质组学实验流程 • 蛋白质组学实验的应用 • 蛋白质组学实验的挑战与展望 • 参考文献
01
引言
蛋白质组学简介
蛋白质组学是研究细胞、组织或生物体中蛋白质组成、表达和功能的一门科学。 它与基因组学、转录组学一起，构成了系统生物学的重要组成部分。
质谱分析
对肽段进行质谱分析，测定其分子量和序列 信息。
蛋白质组学及其研究进展
生物进化研究
物种分类与系统进化
蛋白质组学可用于物种分类和系统进 化研究，揭示生物的亲缘关系和演化 历程。
生物适应性进化
蛋白质组学研究有助于理解生物在环 境变化中的适应性进化机制。
生物能源研究
生物燃料开发
蛋白质组学在生物燃料开发中具 有重要应用，例如通过研究微生 物的代谢途径优化生物燃料的产 量。
生物产氢研究
蛋白质组学有助于探索微生物产 氢的机制，为生物产氢技术的发 展提供支持。
04
蛋白质组学研究进展
蛋白质组学新技术的发展
蛋白质组学新技术
随着科技进步，蛋白质组学领域涌现出许多新技术，如质谱技术、蛋白质芯片、蛋白质 组学高通量测序等。这些技术为蛋白质组学研究提供了更高效、更准确的方法。
蛋白质鉴定
Western blot
通过抗体与目标蛋白质的特异性结合，实现蛋 白质的定量检测。
荧光染料标记
利用荧光染料标记目标蛋白质，通过荧光信号强度进行定量分析。
蛋白质功能研究技术
基因敲除和敲入
通过基因工程技术，研究特定蛋白质在细胞 或生物体中的作用。
蛋白质相互作用分析
利用亲和纯化、酵母双杂交等技术，研究蛋 白质之间的相互作用关系。
生物工程
蛋白质组学在生物工程领域也具有应用价值，通过对蛋白质结构和功能的深入 研究，有助于改进生物反应器的性能和优化生物产品的生产过程。
05
蛋白质组学的挑战与展 望
蛋白质组学面临的技术挑战
高通量蛋白质分离与鉴定
蛋白质组学研究需要大规模、高通量的分离和鉴定蛋白质，但目前 的技术手段仍面临挑战。
蛋白质修饰的鉴定
蛋白质修饰分析
研究蛋白质的磷酸化、乙酰化等修饰对功能 的影响。
第三篇蛋白组学
第三章 蛋白质组与蛋白质组学
第一节 蛋白质组与蛋白质组学的定义
蛋白质组
protein + genome
proteome
一种基因组所表达的全部蛋白质
一个细胞或一个机体的基因所表达的全部蛋白质
一、蛋白质组与蛋白质组学的定义
蛋白质组学 阐明生物体全部蛋白质的表达模式与功能模式 从整体的角度分析、鉴定细胞内动态变化的蛋白质
的组成、结构、性质、表达水平与修饰状态 了解蛋白质之间、蛋白质与大分子之间的相互作用
与联系,揭示蛋白质的功能与细胞生命活动的规律
蛋白质组学研究意义和背景
目前功能基因组中所采用的策略，如基因芯片、基 因表达序列分析等，都是从细胞中mRNA的角度来 考虑的，其前提是细胞中mRNA的水平反映了蛋白 质表达的水平。但事实并不完全如此，
优点: 来源较为方便 缺点: 整个组织包括基质，纤维原细胞，免疫 细胞等，组织匀浆困难，不易分离总蛋白而蛋 白质组研究需要的通常是单一的细胞类型。
（3）以激光捕获显微切割（ LCM）肿瘤 细胞
LCM是直接从冰冻或石蜡包埋肿瘤组织切片中 获取细胞。它是用乙烯醋酸盐聚合体膜覆盖在被 选择的细胞上，然后用红外激光熔化膜，这时膜 与组织在目标位置牢固结合，当膜被提起时，仅 目的细胞留在膜上。
样品制备 要求：重复性好
蛋白质损失少
无核酸 去除高丰度或无关蛋白 浓度
以肿瘤蛋白质组学研究为例说明 肿瘤蛋白质的来源
（1） 以肿瘤细胞为研究材料 不同的肿瘤细胞； 正常细胞与癌变细胞
优点: 易获得 缺点: 这些细胞系从组织中分离出来并经体 外培养后蛋白质会发生许多变化
（2） 外科手术切除的肿瘤组织
3. 核糖体—肽链合成的“装配机器”
多核糖体
第一节 蛋白质组与蛋白质组学的定义
蛋白质组
protein + genome
proteome
一种基因组所表达的全部蛋白质
一个细胞或一个机体的基因所表达的全部蛋白质
一、蛋白质组与蛋白质组学的定义
蛋白质组学 阐明生物体全部蛋白质的表达模式与功能模式 从整体的角度分析、鉴定细胞内动态变化的蛋白质
的组成、结构、性质、表达水平与修饰状态 了解蛋白质之间、蛋白质与大分子之间的相互作用
与联系,揭示蛋白质的功能与细胞生命活动的规律
蛋白质组学研究意义和背景
目前功能基因组中所采用的策略，如基因芯片、基 因表达序列分析等，都是从细胞中mRNA的角度来 考虑的，其前提是细胞中mRNA的水平反映了蛋白 质表达的水平。但事实并不完全如此，
优点: 来源较为方便 缺点: 整个组织包括基质，纤维原细胞，免疫 细胞等，组织匀浆困难，不易分离总蛋白而蛋 白质组研究需要的通常是单一的细胞类型。
（3）以激光捕获显微切割（ LCM）肿瘤 细胞
LCM是直接从冰冻或石蜡包埋肿瘤组织切片中 获取细胞。它是用乙烯醋酸盐聚合体膜覆盖在被 选择的细胞上，然后用红外激光熔化膜，这时膜 与组织在目标位置牢固结合，当膜被提起时，仅 目的细胞留在膜上。
样品制备 要求：重复性好
蛋白质损失少
无核酸 去除高丰度或无关蛋白 浓度
以肿瘤蛋白质组学研究为例说明 肿瘤蛋白质的来源
（1） 以肿瘤细胞为研究材料 不同的肿瘤细胞； 正常细胞与癌变细胞
优点: 易获得 缺点: 这些细胞系从组织中分离出来并经体 外培养后蛋白质会发生许多变化
（2） 外科手术切除的肿瘤组织
3. 核糖体—肽链合成的“装配机器”
多核糖体
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蛋白质组学第一课概论一、蛋白质组学（Proteomics）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。
不仅完成了十余种模式生物（从大肠杆菌、酿酒酵母到线虫）基因组全序列的测定工作，还有望在2003年提前完成人类所有基因的全序列测定。
那么，知道了人类的全部遗传密码即基因组序列，就可以任意控制人的生老病死吗？其实并不是这么简单。
基因组学（genomics）虽然在基因活性和疾病的相关性方面为人类提供了有力根据,但实际上大部分疾病并不是因为基因改变所造成。
并且，基因的表达方式错综复杂，同样的一个基因在不同条件、不同时期可能会起到完全不同的作用。
关于这些方面的问题，基因组学是无法回答的。
所以，随着人类基因组计划的逐步完成，科学家们又进一步提出了后基因组计划，蛋白质组（proteome）研究是其中一个很重要的内容。
那么，基因组和蛋白质组到底有什么联系？我们可以这样理解生命，遗传信息从DNA（基因）转变为一种被称作mRNA的中间转载体，然后再合成各式各样的结构蛋白质和功能蛋白质，构成一种有机体，完成生命的功能。
基因→ mRNA→蛋白质，三位一体，构成了遗传信息的流程图，这即是传统的中心法则。
现在已经证明，一个基因并不只存在一个相应的蛋白质，可能会有几个，甚至几十个。
什么情况下会有什么样的蛋白，这不仅决定于基因，还与机体所处的周围环境以及机体本身的生理状态有关。
并且，基因也不能直接决定一个功能蛋白。
实际上，往往是通过基因的转录、表达产生一个蛋白质前体，在此基础上再进行加工、修饰，才成为一个具生物活性的蛋白质。
这样的蛋白质还通过一系列的运输过程，到组织细胞内适当的位置才能发挥正常的生理作用。
基因不能完全决定这样的蛋白质后期加工、修饰以及转运定位的全过程。
而且，这些过程中的任何一个步骤发生微细的差错即可导致机体的疾病。
纽约Rockefeller大学的细胞和分子生物学家Günter Blobel博士就是因其“蛋白质内在的信号分子活性，调节自身的细胞内转运和定位”研究上的卓越成就，获得了1999年诺贝尔医学奖和生理学奖。
近些年来人们又发现蛋白质间亦存在类似于mRNA分子内的剪切、拼接，具有自身特有的活动规律。
这种自主性不能从其基因编码序列中预测，而只能通过对其最终的功能蛋白进行分析。
因此说，基因虽是遗传信息的源头，而功能性蛋白是基因功能的执行体。
基因组计划的实现固然为生物有机体全体基因序列的确定、为未来生命科学研究奠定了坚实的基础，但是它并不能提供认识各种生命活动直接的分子基础，其间必须研究生命活动的执行体-蛋白质这一重要环节。
蛋白质组学（proteomics）研究即旨在解决这一问题。
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。
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。
与基因重组、表达、序列分析的快速、自动化程度相比，到最近为止，机体组织细胞内蛋白质的序列分析只是实验室小规模研究项目。
随着对生物学、物理、化学及信息学的各种尖端技术的综合应用，蛋白质组研究也正逐步变成高产量、高精确度的分析过程。
现今，蛋白质组研究中主要应用的技术包括：双相电泳(2-DE)、新型质谱(MS)技术、数据库设置与检索系统等。
为了保证分析过程的精确性和重复性，大规模样品处理机器人也被应用。
整个研究过程包括：样品处理、蛋白质的分离、蛋白质丰度分析、蛋白质鉴定等步骤。
当前，蛋白质组分析虽然以双相电泳和质谱分析为其技术基础，但离不开各种先进的数据分析和图象分析软件及网络技术的支持。
自1995年蛋白质组（proteome）一词问世到现在，虽然只有短短的五年多时间，蛋白质组学研究却得到了突飞猛进的发展。
1995年，悉尼大学Humphery Smith I实验室与Williams等4家实验室合作，对至今已知最小的自我复制生物（一种支原体）进行了蛋白质成分的大规模分离与鉴定后，到1996年，蛋白质组研究对象已迅速扩展到单细胞真核生物-酵母以及人体正常组织、病理标本等。
参与国家在1995年只有澳大利亚，而到1997年时已有美国、丹麦、瑞士、英、法、日、瑞典、意、德等10个国家加入。
国际著名学府哈佛、斯坦福、耶鲁、密执安、华盛顿大学、欧洲分子生物学实验室、巴士德研究所、瑞士联邦工业学院等均挤身此类研究。
如今澳大利亚悉尼大学与Macquarie大学仍处领先水平，但美欧多家实验室已奋起直追。
不过，蛋白质组学为一种新生领域，目前还处于初期发展阶段，仍有许多困难有待克服。
如双相电泳和质谱分析的灵敏度还很难将体内微量的调节蛋白质精确分析。
而这种微量调控蛋白的精确表达在生命过程中起到关键性作用。
另外，当前质谱分析仪的价格十分昂贵，约为DNA序列分析仪的十倍之多，严重影响了它的普及和被广泛应用。
再者，成千上万种蛋白质间及蛋白质与其它生物大分子间的相互作用和作用方式的复杂性同样也是蛋白质组研究所面临的问题。
近年来，我国的人类基因组研究正在迅速开展，并取得了许多有意义的成果。
我国曾有很好基础的蛋白质领域方面的研究，如人工合成胰岛素等。
然而，蛋白质组研究在国际上正如火如荼、轰轰烈烈，我国则刚启动。
如何抓住国际上蛋白质组学研究刚刚启动的时机，迅速地进入到蛋白质组学的国际前沿，是摆在我国生命科学研究发展方向决策中的一个重要问题。
网上蛋白质组学资源由于蛋白质组学研究依赖生物信息学和网络技术，internet 上有关蛋白质组研究的技术支持以及蛋白质数据分析的专家系统、数据库等专门网站很多。
蛋白质组研究技术、信息等。
从新药开发角度，发现新蛋白及新作用。
可以找到蛋白质组研究相关企业、各种仪器来源、新闻等。
各种蛋白质组研究相关信息介绍蛋白质鉴定的先进仪器蛋白质鉴定专家系统，Swiss Institute of Bioinformatics蛋白质鉴定专家系统，Australian Proteome Analysis Facility蛋白质鉴定专家系统，Canadian Bioinformatics Resours第二课蛋白质组学研究一、酵母双杂交技术及其在蛋白质组研究中的应用杨齐衡李林*(中国科学院上海生物化学研究所, 上海 200031)作为后基因组时代出现的新兴研究领域之一, 蛋白质组学(proteomics)正受到越来越多的关注。
蛋白质组学的研究目标是对机体或细胞的所有蛋白质进行鉴定和结构功能分析。
蛋白质组学的研究不局限任何特定的方法。
高分辨率的蛋白质分离技术如二维凝胶电泳和高效液相层析, 经典的蛋白质鉴定方法如氨基酸序列分析等, 现代质谱技术, 基因组学研究的各种手段, 现代计算机信息学和计算机网络通讯技术等等, 任何可用于蛋白质研究的技术手段, 蛋白质组学都可能会采用。
它体现的是一个开放的思维和研究方式。
蛋白质-蛋白质的相互作用是细胞生命活动的基础和特征。
这种千变万化的相互作用以及由此形成的纷繁复杂的蛋白质联系网络同样也是蛋白质组学的研究内容, 相应的工作也已经开展。
酵母双杂交系统(yeast two-hybrid system)自建立以来已经成为分析蛋白质相互作用的强有力的方法之一。
该方法在不断完善, 如今它不但可用来在体内检验蛋白质间的相互作用, 而且还能用来发现新的作用蛋白质, 在对蛋白质组中特定的代谢途径中蛋白质相互作用关系网络的认识上发挥了重要的作用。
实验表明双杂交技术在蛋白质组学上的应用是成功的。
本文将就双杂交技术的产生、发展及其在蛋白质组研究方面的初步应用作一介绍。
1 蛋白质组学的产生背景基因组研究自从开展以来已经取得了举世瞩目的成就。
在过去几年中, 已经陆续完成了包括大肠杆菌、酿酒酵母等十多种结构比较简单的生物的基因组DNA的全序列分析［1］。
线虫(C.elegans)的基因组DNA测序工作已基本完成［2］。
规模更为庞大的人类基因组计划预期在下一世纪的前几年(2003～2005年)也将完成全部基因组DNA的序列分析。
这些进展是非常令人振奋的。
但是也随之产生了新问题。
大量涌出的新基因数据迫使我们不得不考虑这些基因编码的蛋白质有什么功能这个问题。
不仅如此, 在细胞合成蛋白质之后, 这些蛋白质往往还要经历翻译后的加工修饰。
也就是说, 一个基因对应的不是一种蛋白质而可能是几种甚至是数十种。
包容了数千甚至数万种蛋白质的细胞是如何运转的？或者说这些蛋白质在细胞内是怎样工作、如何相互作用、相互协调的？这些问题远不是基因组研究所能回答得了的。
正是在此背景下, 蛋白质组学(proteomics)应运而生。
蛋白质组(proteome)一词是马克.威尔金斯(Marc Wilkins)最先提出来的［3］, 最早见诸于1995年7月的“Electrophoresis”杂志上［4］, 它是指一个有机体的全部蛋白质组成及其活动方式。
蛋白质组研究虽然尚处于初始阶段, 但已经取得了一些重要进展。
当前蛋白质组学的主要内容是, 在建立和发展蛋白质组研究的技术方法的同时, 进行蛋白质组分析。
对蛋白质组的分析工作大致有两个方面。
一方面, 通过二维凝胶电泳得到正常生理条件下的机体、组织或细胞的全部蛋白质的图谱, 相关数据将作为待检测机体、组织或细胞的二维参考图谱和数据库。
一系列这样的二维参考图谱和数据库已经建立并且可通过联网检索。
二维参考图谱建立的意义在于为进一步的分析工作提供基础。
蛋白质组分析的另一方面, 是比较分析在变化了的生理条件下蛋白质组所发生的变化。
如蛋白质表达量的变化, 翻译后修饰的变化, 或者可能的条件下分析蛋白质在亚细胞水平上的定位的改变等。
关于蛋白质组学的介绍可参阅文献［5,6］。
细胞或组织的蛋白质不是杂乱无章的混合物, 蛋白质间的相互作用、相互协调是细胞进行一切代谢活动的基础。
蛋白质间的相互作用及作用方式同样也是蛋白质组研究所面临的问题。
研究蛋白质间的相互作用有多种方法, 常用的如酵母双杂交系统、亲和层析、免疫沉淀、蛋白质交联等。
其中, 酵母双杂交系统是当前发展迅速、应用广泛的主要方法。
2 酵母双杂交系统的建立与发展双杂交系统的建立得力于对真核生物调控转录起始过程的认识。