第九章 蛋白质相互作用与定量蛋白质组学
定量蛋白质组学和靶向蛋白质组学
定量蛋白质组学和靶向蛋白质组学定量蛋白质组学和靶向蛋白质组学是生物科学中重要的研究领域，它们帮助我们更深入地了解蛋白质在生物体内的功能和调控机制。
在这篇文章中，我们将介绍这两个领域的基本概念、研究方法和应用。
定量蛋白质组学是研究蛋白质组中蛋白质的表达水平和相对丰度的方法。
通过比较不同条件下蛋白质的表达差异，我们可以了解到蛋白质在生物体内的功能和调控机制。
定量蛋白质组学通常使用质谱技术，如液相色谱质谱法（LC-MS/MS），来对蛋白质进行定量分析。
这项技术可以同时鉴定和定量成千上万种蛋白质，从而提供全面的蛋白质组信息。
靶向蛋白质组学是研究特定蛋白质或蛋白质家族的表达、结构和功能的方法。
与定量蛋白质组学相比，靶向蛋白质组学更加注重深入研究某些特定蛋白质在生物体内的作用机制。
靶向蛋白质组学通常使用特定的抗体或亲和剂来选择性地富集和检测目标蛋白质。
这种方法可以帮助我们了解特定蛋白质的功能、调控和相互作用网络。
定量蛋白质组学和靶向蛋白质组学在许多生物学研究领域中都有广泛的应用。
比如，它们可以用于研究疾病的发生机制和诊断标志物的发现。
通过比较疾病组织和正常组织中的蛋白质表达差异，我们可以找到与疾病相关的蛋白质，并开发相应的治疗方法。
此外，定量蛋白质组学和靶向蛋白质组学还可以应用于药物研发和药物靶点的鉴定。
通过研究药物与特定蛋白质的相互作用，我们可以更好地理解药物的作用机制和效果。
定量蛋白质组学和靶向蛋白质组学是生物科学中重要的研究领域，它们帮助我们深入了解蛋白质的功能和调控机制。
通过定量蛋白质组学和靶向蛋白质组学的研究，我们可以揭示生物体内复杂的蛋白质相互作用网络，并为疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。
这些研究为我们更好地认识生命的奥秘提供了重要的工具和手段。
定量蛋白质组学
定量蛋白质组学五种常用蛋白质组学定量分析方法对比。
百泰派克生物科技汇总介绍了五种常见定量蛋白质组学分析方法的优势和特点。
SWATH-MS数据可重复性研究。
SWATH在不同实验室间可重复性的研究。
这个研究统计了全世界11个不同的实验室中使用SWATH鉴定的数据重复度情况。
iTRAQ/TMT标签结构以及相对定量原理详解。
通过标记多组不同样品，iTRAQ和TMT能够同时比对正常组织样品和肿瘤组织样品的蛋白水平差异，以及精准检测肿瘤在发展的不同阶段的蛋白水平变化。
蛋白质定量技术及其在临床研究中的应用。
百泰派克采用高通量质谱平台提供蛋白质定量服务，包括定量蛋白质组学，蛋白质定量技术及其他蛋白质组学相关的服务。
百泰派克生物科技独立仪器分析平台，拥有多年蛋白质定量经验，竭诚为您服务。
蛋白组分析中dda和prm。
DDA和PRM是质谱不同的数据采集模式。
DDA主要用于非靶向蛋白质组学的研究，PRM则用于靶向蛋白质组学的研究。
百泰派克生物科技提供基于质谱的DDA、MRM/PRM和DIA蛋白质组学分析服务。
iTRAQ定量蛋白质组学。
iTRAQ蛋白质组学即iTRAQ定量蛋白质组学，是一种标记定量蛋白质组学，指利用iTRAQ标记技术和质谱技术对蛋白质组进行定量。
百泰派克生物科技提供基于质谱的iTRAQ定量蛋白质组学分析服务。
蛋白互作定量检测。
蛋白互作定量检测指对相互作用的蛋白质进行定量。
百泰派克生物科技提供基于质谱的SILAC与免疫共沉淀质谱联用的蛋白互作定量分析服务，可同时实现互作蛋白质组的定性和定量。
DIA蛋白质组学样品处理步骤。
DIA蛋白质组学指利用DIA技术（如SWATH）对样品中的蛋白质组进行检测分析。
百泰派克生物科技提供基于质谱的DIA蛋白质组学分析服务和蛋白质样品制备服务。
功能蛋白质组学。
功能蛋白质组学是蛋白质组学的一部分，其主要目的是研究蛋白质的功能和生命活动的分子机制。
百泰派克生物科技提供基于质谱的功能蛋白质组学分析服务。
蛋白质组学定量分析
蛋白质组学定量分析首先给出蛋白质组学的定义：研究各种蛋白质在生命过程中功能与相互作用规律的分子生物学技术，是近年来发展迅速的生物化学新领域。
蛋白质组学（ pro）是从蛋白质组或蛋白质组相关数据库提取、处理、组装和解析蛋白质组信息的技术。
最终通过相关数据库解析蛋白质组相关知识的蛋白质组学知识体系和结构模式的过程。
蛋白质组学基于生物信息学（ bioinformatics）的基本原理和方法，充分利用生物大数据库对蛋白质组进行准确和可靠的定量研究。
为什么要定量分析呢？我们知道生命过程的基本单位是细胞，而细胞是由不同的组成部分构成，这些不同组成部分叫做“组分”。
细胞内的“组分”在合适的条件下会有一些生命活动，如吸收营养、产生能量、控制物质运输等，就好像人类说话吃饭走路一样，不同的“组分”对应了不同的工作；但是没有这个“组分”也就没有任何工作，人的肌肉组织无法收缩。
因此细胞是生命的基本单位，蛋白质是生命活动的基本材料，蛋白质的生命活动决定细胞生命活动的基本特性，即功能特性。
所以，蛋白质的功能是通过与细胞膜上特定组分结合实现的。
在正常情况下蛋白质与“组分”的结合是随机的，当外界条件改变时，蛋白质与“组分”的结合就会出现异常。
比如缺少某个“组分”或“组分”突然失去活性，就会引起疾病，甚至导致死亡，因此蛋白质是细胞正常功能的重要保证。
那么，蛋白质组学定量分析能帮助我们解决哪些问题呢？ 1。
了解蛋白质组的基本状况，为药物设计提供参考。
2。
探索蛋白质组多样性的分布规律及影响因素。
3。
挖掘蛋白质组学与代谢组学间的联系。
4。
阐明蛋白质组学研究中存在的局限性及未来发展方向。
蛋白质组学定量分析主要是针对蛋白质定量分析，这里就包含三个方面：一是蛋白质组总体上的蛋白质定量分析；二是蛋白质组层次上的蛋白质定量分析；三是在具体研究中的蛋白质定量分析。
下面具体讲一下前两者：第一是蛋白质组总体上的蛋白质定量分析，主要指的是将一个具体的蛋白质组中的所有蛋白质都检测出来，再把这些蛋白质的序列进行分析，以获得更详细的信息。
相互作用蛋白质组学ppt课件
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应的抗原成分。 ⑵间接法：检测未知抗原时先用特异性抗体与相应抗原结合，洗去未结合
的抗体，再用荧光素标记的间接抗体与特异性抗体相结合，形成抗原特异性抗体-间接荧光抗体的复合物。 ⑶补体法：用特异性抗体和补体的混合物与标本上的抗原反应，补体就结 合在抗原-抗体复合物上，再用抗补体的荧光抗体与补体结合，从而形 成抗原-抗体-抗补体荧光抗体复合物。 • 在研究蛋白质与蛋白质相互作用的实验中，最常用的免疫荧光技术是间 接法。抗原即是所要研究的靶蛋白。
质谱分析蛋白质的相互作用
蛋白质间的相互作用存在于生物体每个细胞的生命活动过程中，互交叉形成网络，成细胞中一系列重要生理活动的基础。
其中，多数蛋白质是通过与配体分子结合或者是作为1个大的生物复合体的一部分，与细胞完整性维持、遗传物质复制、基因表达调控、信号转导、免疫应答等一系列生命过程。
研究蛋白质间相互作用的方式和程度，将有助于蛋白质功能的分析、疾病致病机理的阐明和治疗和新型药物的开发等众多难题的解决。
因此，确定蛋白质间相互作用关系、绘制相互作用图谱已成为蛋白质组学研究的热点。
近年来有许多方法被用于蛋白质相互作用的研究，酵母双杂交技术，免疫共沉淀技术，串联亲和纯化技术，化学交联技术，蛋白质芯片技术，荧光共振能量转移技术，噬菌体展示技术等。
酵母双杂交技术Fields和song等首先在研究真核基因转录调控中建立起来的，是在真核细胞中检测蛋白质与蛋白质之间的相互作用的方法。
该系统是通过两个分别称之为“诱饵蛋白”和“捕获蛋白”的融合蛋白形成一个完整的转录激活因子，从而激活报告基因的表达，通过在营养缺陷型培养基上生长或呈现显色反应来检测系统的功能。
酵母双杂交系统可在全基因组规模上进行蛋白质一蛋白质相互作用高通量的研究。
免疫共沉淀技术免疫共沉淀是利用抗原和抗体的特异性结合以及细菌的Protein A或G特异性地结合到免疫球蛋白的Fc片段的现象开发出来的方法。
其基本原理是，在细胞裂解液中加入抗兴趣蛋白的抗体，孵育后再加入与抗体特异结合的结合于Agarose珠上的Protein A或G，若细胞中有与兴趣蛋白结合的目的蛋白，就可以形成这样一种复合物：“目的蛋白—兴趣蛋白—抗兴趣蛋白抗体—Protein A或G”，经变性聚丙烯酰胺凝胶电泳，复合物又被分开。
然后经免疫印迹或质谱检测目的蛋白。
这种方法得到的目的蛋白是在细胞内与兴趣蛋白天然结合的，符合体内实际情况，得到的结果可信度高。
这种方法常用于测定两种目标蛋白质是否在体内结合；也可用于确定一种特定蛋白质的新的作用搭档。
蛋白质和蛋白质组学
蛋白质和蛋白质组学
蛋白质是生物体内非常重要的有机分子，它们是由氨基酸的多肽链组成的。
蛋白质在生物体内扮演着多种重要的角色，包括结构支持、催化反应、信号传递、调节基因表达和免疫响应等。
蛋白质的种类非常多样，每种蛋白质都有特定的结构和功能。
蛋白质组学是研究生物体内蛋白质的系统性研究领域。
它主要关注蛋白质在生物体内的表达、结构和功能特征，并通过高通量技术来分析和解析蛋白质组的全貌。
蛋白质组学的目标是全面了解生物体内蛋白质的组成、相互作用和调控机制，以及蛋白质与疾病发生发展之间的关系。
蛋白质组学研究中常用的技术包括质谱分析和蛋白质芯片技术。
质谱分析是一种高灵敏度的分析方法，它可以对蛋白质样品进行定性和定量分析。
质谱分析通过将蛋白质样品分离、离子化和检测来确定蛋白质的质量和序列信息。
蛋白质芯片技术是基于DNA芯片技术的延伸，它可以用于高通量检测蛋白质的表达水平、蛋白质结构和相互作用等信息。
蛋白质组学的应用非常广泛。
在生物医学领域，蛋白质组学可以用于研究疾病的发生机制和诊断标志物的筛选。
通过比较健康人群和患病人群的蛋白质组差异，可以发现与疾病相关的蛋白质变化，从而为疾病的早期诊断和治疗提供依据。
此外，蛋白质组学还可以用于药物研发和药效评价等领域。
总结起来，蛋白质是生物体内重要的有机分子，蛋白质组学是研究蛋白质的系统性研究领域。
蛋白质组学利用高通量技术来分析和解析蛋白质组的全貌，以深入了解蛋白质的表达、结构和功能特征。
蛋白质组学的应用广泛，可以用于疾病的研究和诊断，以及药物研发和评价等领域。
蛋白质组学原理
蛋白质组学原理
蛋白质组学是一门研究生物体内蛋白质组成、结构和功能的学科，是生物信息学领域的重要分支之一。
蛋白质作为生物体内最基本的功能分子，承担着细胞的结构支持、代谢调节、信号传导等重要功能，因此蛋白质组学的研究对于理解生命活动的机理、疾病的发生发展以及药物研发具有重要意义。
蛋白质组学的研究内容主要包括蛋白质的鉴定、定量、功能分析和相互作用等方面。
其中，蛋白质的鉴定是蛋白质组学研究的基础和关键，通常采用质谱技术进行蛋白质的鉴定。
质谱技术是利用质谱仪对蛋白质进行分析，通过蛋白质的质量/电荷比、氨基酸序列等信息来确定蛋白质的身份。
在蛋白质的定量方面，常用的方法包括同位素标记法、定量质谱法等，这些方法能够准确地测定蛋白质在不同生理状态下的表达水平。
在蛋白质功能分析方面，蛋白质组学常常结合蛋白质结构生物学、蛋白质相互作用等技术手段，对蛋白质的功能进行研究。
蛋白质组学还可以通过分析蛋白质的修饰情况、亚细胞定位等信息来揭示蛋白质的功能特性。
此外，蛋白质组学还可以通过研究蛋白质的相互作用网络，揭示蛋白质在细胞内的相互作用关系，从而理解细胞内生物过程的调控机制。
总的来说，蛋白质组学的研究对于推动生命科学的发展具有重要意义。
随着蛋白质组学技术的不断进步，我们对于蛋白质组的认识也将更加深入，这将有助于揭示生命活动的奥秘，促进疾病的诊断和治疗，推动新药的研发，对于人类健康和生命科学的发展都具有重要的意义。
希望通过蛋白质组学的研究，能够更好地理解生命的奥秘，为人类健康和疾病治疗提供更多的帮助。
蛋白质组学和定量蛋白质组学
百泰派克生物科技
蛋白质组学和定量蛋白质组学
蛋白质组学是以蛋白质组为研究对象，从整体水平上分析一个有机体、细胞或者组织的蛋白质组成及其活动规律的科学，其研究的主要内容包括蛋白质表达鉴定、翻译后修饰形式鉴定、结构与功能分析、蛋白质定位、蛋白质差异表达以及蛋白质间的相互作用分析等方面。
定量蛋白质组学就是对一个混合体系中的全部蛋白质组分进行精确的含量鉴定，是蛋白质组学研究的一个重要分支。
定量蛋白质组学这一概念的提出标志着蛋白质组学研究已经从对蛋白质进行简单定性向精确定量方向发展。
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蛋白质组学研究蛋白质相互作用和功能网络
蛋白质组学研究蛋白质相互作用和功能网络蛋白质组学是研究蛋白质相互作用和功能网络的一门学科。
蛋白质是生命体内的重要组成部分，它们不仅参与了生物体内的各种生理过程，还承担着各种重要的功能。
了解蛋白质之间的相互作用和功能网络对于揭示生物体内的生物学过程以及疾病的发生机制具有重要意义。
蛋白质相互作用是指蛋白质与其他蛋白质之间的相互作用关系。
这些相互作用可以是直接的物理交互，也可以是间接的调控作用。
蛋白质相互作用构建了细胞内的蛋白质网络，决定了细胞内的信号传导、代谢调控、细胞周期等重要生物学过程。
因此，研究蛋白质相互作用对我们理解生命的基本机制具有重要意义。
在蛋白质组学研究中，人们通常使用多种方法来鉴定和分析蛋白质相互作用。
其中，蛋白质亲和层析（protein affinity chromatography）是最常用的方法之一。
该技术利用蛋白质之间的特异性相互作用，通过将感兴趣的蛋白质与亲和柱上的配体结合，实现对蛋白质的富集和分离。
这种方法不仅能够对直接相互作用的蛋白质进行鉴定，还可以发现间接相互作用和调控关系。
除了蛋白质亲和层析，蛋白质组学研究还借助于质谱技术（mass spectrometry）进行蛋白质的鉴定和分析。
质谱技术能够对蛋白质的质量和结构进行高灵敏度的定量和定性分析，从而揭示蛋白质相互作用的机制。
利用质谱技术，科学家们可以对蛋白质样品进行消化、分离和检测，进而鉴定蛋白质的氨基酸序列和修饰信息，从而推断蛋白质之间的相互作用关系和功能网络。
蛋白质组学研究还可以通过基因组学和生物信息学等手段揭示蛋白质相互作用和功能网络。
在基因组学领域，科学家们通过对基因组序列的分析，发现了大量的蛋白质相互作用网络。
这些网络揭示了蛋白质的功能模块和信号通路，对于理解生物体内的复杂生物学过程具有重要意义。
同时，结合生物信息学的方法，科学家们还能够进行蛋白质相互作用网络的建模和分析，从而研究蛋白质网络的演化和调控机制。
蛋白质相互作用 方法
蛋白质相互作用方法
有多种方法可以研究蛋白质相互作用。
以下是一些常见的方法：
1. 质谱法（Mass spectrometry）：通过测量蛋白质的质量和电荷比，可以确定蛋白质之间的相互作用。
这种方法常用于鉴定蛋白质与其配体的相互作用。
2. 亲和层析法（Affinity chromatography）：通过利用特定配体固定在固相材料上，可以将感兴趣的蛋白质从复杂样品中分离出来。
这种方法常用于鉴定蛋白质与配体的特异性相互作用。
3. 蛋白质组学法（Proteomics）：通过大规模鉴定和分析蛋白质样品中的蛋白质，可以揭示蛋白质之间的相互作用网络。
这种方法常用于研究整个蛋白质组的相互作用。
4. 核磁共振法（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）：通过测量蛋白质分子在核磁共振场中的行为，可以确定蛋白质之间的相互作用模式。
这种方法常用于研究蛋白质的三维结构和动态变化。
5. 晶体学法（X-ray crystallography）：通过测量蛋白质晶体中的X射线衍射图像，可以确定蛋白质的高分辨率结构。
这种方法常用于研究蛋白质的空间构型以及与配体的相互作用。
6. 光谱法（Spectroscopy）：通过测量蛋白质在不同波长的光线下吸收、散射或发射的特性，可以确定蛋白质分子的结构和相互作用。
这种方法常用于研究蛋白质的构象变化和相互作用机制。
以上是一些常见的蛋白质相互作用研究方法，不同方法有不同的优缺点和适用范围，研究者常常结合多种方法来全面揭示蛋白质之间的相互作用。
定量蛋白质组
定量蛋白质组随着生命科学的发展，现代医学研究已经深入到了细胞水平，分离和纯化得到了大量的蛋白质。
要进行比较复杂的实验必须对这些蛋白质进行定量分析，这就需要有比较准确的分析方法和技术。
定量蛋白质组学(QCM)可以提供给你很好的手段来准确地分析大量的、非特异性的蛋白质。
定量蛋白质组就是在生物体内设立一个数据中心，收集与特定基因表达相关的所有蛋白质的信息并按一定的规则进行整理，构建“全局蛋白质图谱”(GIT)，这就叫做蛋白质组计划。
在计划实施时，收集样品时考虑了不同状态下蛋白质分子的浓度；计算结果是最大信噪比和平均信噪比的比值；而分析结果中没有信号污染问题，计算结果只受到来自于基因表达的数据量的影响。
本文简单地介绍了定量蛋白质组学(QCM)的过程和常用的方法。
一、定量蛋白质组学(QCM)的基本概念1.研究对象：对有一定自由度、蛋白质合成旺盛、有利于蛋白质组计算分析的物种(如细菌)或组织(如人肝、细胞系)。
2.指标：合成活跃的或合成速率快的、含量相对高的分子标志物。
3.目的：识别或找出体内与生命活动相关的所有蛋白质的信息。
4.测量：自动化技术和标准操作技术相结合，包括相对、绝对测量和蛋白质特异性、表面积的测定等。
5.方法：基于生物学知识的方法和标准的统计方法。
6.结果：以定量的形式描述特定蛋白质在体内的表达情况，是评价一个生物体生命现象的主要指标之一。
7.应用：利用不同组织或物种中同一蛋白质的差异来进行功能学分析。
二、定量蛋白质组学(QCM)方法介绍2.指标：合成活跃的或合成速率快的、含量相对高的分子标志物。
3.目的：识别或找出体内与生命活动相关的所有蛋白质的信息。
4.测量：自动化技术和标准操作技术相结合，包括相对、绝对测量和蛋白质特异性、表面积的测定等。
5.方法：基于生物学知识的方法和标准的统计方法。
6.结果：以定量的形式描述特定蛋白质在体内的表达情况，是评价一个生物体生命现象的主要指标之一。
7.应用：利用不同组织或物种中同一蛋白质的差异来进行功能学分析。
蛋白质相互作用ppt课件
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• 从蛋白质相互作用到生物学功能。运用蛋白 质直接相互作用，发现相互作用蛋白质，再 分析这些作用的生物学意义。
容易犯的错误：研究一大堆的蛋白相互作用， 却不知道这些相互作用有什么生物学意义。
• 从物学功能到蛋白质相互作用。通过改变生 物学现象，分析蛋白质间的遗传相互作用， 进一步研究相关蛋白质的相互作用。
精选课件PPT
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Affinity interaction（亲和作用）
GST pull down：已知蛋白质和GST融合，与细胞或 组织的“蛋白质汤”混合，用谷胱甘肽亲和层析分离 和已知蛋白质结合的新蛋白质。GST tag。
Biotin－Avidin结合：Biotin标记已知蛋白质，通过 Avidin结合biotin标记的蛋白质，从而得到与biotin 标 记蛋白结合的新蛋白质。优点是biotin－avidin的结 合是最牢靠的；缺点是细胞内结合biotin的蛋白质很 多。
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1. 抗体很差， 2. Western blot问题 3. Loading比例不对 4. 样品太多 5. 正确
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蛋白质-蛋白质直接相互作用
•Co-immunoprecipitation and antigen-antibody interaction（免疫共沉淀和抗原抗体结合） •Affinity interaction（亲和作用） •Yeast two-hybrid and phage display（酵母双 杂交和噬菌体展示） •Surface Plasmon Resonance •FRET •Proteomic analysis（蛋白质组学技术）
寻找受体的配体 7肽：8x1016
蛋白质交互作用和蛋白质组学
蛋白质交互作用和蛋白质组学是生物学中重要的研究领域。
蛋白质交互作用指的是蛋白质之间的相互作用，这些相互作用包括蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸和蛋白质-小分子的相互作用。
蛋白质组学则是一种高通量的技术，被用来鉴定和分析蛋白质样本中的各种蛋白质。
相互关联，在生物学研究中具有重要作用。
蛋白质交互作用一直是研究生物学的重点之一。
通过研究蛋白质交互作用，我们可以了解蛋白质的功能，从而深入理解细胞内的生命过程。
例如，蛋白质可以形成复杂的信号传递网络，对细胞的生长、分化和调控起着至关重要的作用。
此外，蛋白质交互作用还能揭示蛋白质之间的作用机制，帮助我们设计更为高效的药物和治疗方案。
蛋白质组学是一种高通量的蛋白质鉴定和分析技术，也是研究蛋白质交互作用的重要手段之一。
与传统的蛋白质分离和鉴定技术相比，蛋白质组学技术具有更高的分析速度和更高的鉴定精度。
其中，质谱法是蛋白质组学技术中最为常用的分析方法之一。
它通过分析蛋白质的质荷比，确定蛋白质的氨基酸序列，从而鉴定蛋白质的类型和结构。
在大规模蛋白质组学研究中，质谱法被广泛应用。
此外，功能基因组学和生物信息学等新技术的引入，也为蛋白质组学研究提供了更为广泛的应用场景。
的研究在医学、农业、生命科学等领域都有着广泛的应用。
通过研究，我们可以发现各种生物分子之间的联系，为疾病的防治提供重要的理论基础。
例如，目前正在研究蛋白质交互作用中心的结构和功能，以便发现新的药物靶点，提高抗疾病治疗的效果。
此外，还可以通过蛋白质组学技术鉴定农业中的重要蛋白质，并探索其生理功能，从而为高产、抗逆和优质农产品的生产提供技术支持。
在的研究中，计算机技术的应用也非常重要。
计算机技术可以提高数据处理的速度和效率，使生物学研究得以更为深入。
同时，也可以使用机器学习等技术，对蛋白质相互作用和结构进行研究和预测，进一步拓展研究领域。
随着计算机算法和生物技术的不断发展，研究的前景也越发广阔，未来必将为生命科学和医学带来更多的创新和突破。
蛋白质组学基本原理
目录
蛋白质组学概述 蛋白质的组成与结构 蛋白质的分离与鉴定技术 蛋白质组学研究方法 蛋白质组学在生物医学中的应用 蛋白质组学的发展前景与挑战
01
CHAPTER
蛋白质组学概述
定义与特点
定义
蛋白质组学是一门研究细胞、组织或生物体中所有蛋白质及其功能的学科。
特点
具有全局性、动态性和功能性，关注蛋白质的表达、修饰和相互作用，揭示生命活动的奥秘。
蛋白质的结构
蛋白质的结构决定了其稳定性，进而影响其功能。
稳定性
蛋白质的功能位点通常位于其特定的三维空间结构中，如酶的活性位点、抗原决定簇等。
活性位点
蛋白质的结构决定了其与其他分子或细胞器的相互作用方式，从而影响其功能。
相互作用
ห้องสมุดไป่ตู้
蛋白质的结构与功能关系
03
CHAPTER
蛋白质的分离与鉴定技术
利用蛋白质带电性质的不同，通过电泳或离子交换等方法进行分离。
抗体检测
利用特异性抗体对蛋白质进行检测和识别，常用于蛋白质印迹和免疫分析。
序列比对
将鉴定出的蛋白质序列与数据库中的已知序列进行比对，确定蛋白质的种类和名称。
生物信息学分析
结合计算机技术对蛋白质序列、结构和功能进行预测和分析。
根据实验需求和样本性质，选择合适的蛋白质分离和鉴定技术，综合运用多种方法以提高蛋白质鉴定的准确性和可靠性。
液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）
通过液相色谱分离蛋白质，再通过质谱技术鉴定蛋白质，具有高灵敏度和高分辨率的特点。
要点一
要点二
表面增强激光解吸/电离质谱（SELDI-TOF-MS）
通过特定的蛋白质芯片富集蛋白质，再通过激光解吸电离技术检测蛋白质，用于蛋白质表达谱的研究。
生物信息学中的蛋白质组学和蛋白质互作
生物信息学中的蛋白质组学和蛋白质互作随着科技的飞速发展，生物学研究已经从单一的分子和单一的基因上升到了组学领域。
其中，蛋白质组学是研究生物体内所有蛋白质的一门科学。
蛋白质是细胞的重要组成部分，不仅参与物质代谢和能量转化，还能调控细胞的信号转导和基因表达等生命活动。
因此，蛋白质组学也是基础医学、临床医学和药物研发等多个领域的重要研究方向。
而蛋白质互作则是蛋白质组学中的一个重要分支，主要研究蛋白质之间的相互作用关系。
一、蛋白质组学蛋白质组学是从基因组学和转录组学中发展而来的。
基因组学研究的是基因组，即生物体内所有基因的总体组成和结构；转录组学则研究的是转录组，即基因在特定的生理条件和生化环境下的表达水平和模式。
而蛋白质组学则是研究生物体内所有蛋白质的总体组成和结构，从而探究它们的生物学功能。
蛋白质组学主要包括以下几种方法：蛋白质质谱、两性二维电泳、蛋白质芯片、蛋白质鉴定、蛋白质结构预测和功能分析等。
二、蛋白质互作蛋白质互作是通过研究蛋白质之间的相互作用关系，探究蛋白质所在的生理过程和生物学功能。
蛋白质互作主要分为直接和间接两种方式。
直接互作是指两个或多个蛋白质之间通过化学或生物学方法直接结合形成复合物；间接互作则是指两个或多个蛋白质之间通过其他蛋白质介导进行相互作用。
蛋白质互作研究方法有很多，其中最常用的是酵母双杂交技术、共免疫沉淀法、生物亲和层析法、荧光共振能量转移法和蛋白质芯片技术等。
这些方法可以通过筛选出与特定蛋白质相互作用的其他蛋白质，帮助我们探究生命活动的调控机理。
三、蛋白质组学在疾病研究中的应用近年来，随着蛋白质组学方法和技术的不断发展，越来越多的学者开始尝试将其应用于疾病的研究和诊断。
例如，通过蛋白质组学研究，已经发现了一些新型肿瘤标志物，如前列腺特异性抗原(PSA)、癌胚抗原(CEA)和甲胎蛋白(AFP)等。
此外，蛋白质组学还可以研究疾病的发生机理和治疗方案。
例如，蛋白质组学可以揭示癌细胞中的特定靶标，从而帮助开发出更有效的治疗方案。
第九章-蛋白质相互作用网络
1.组成和修复生物体 蛋白质是生物体细胞的基本构成物质。 人体的肌肉、内脏、皮肤、大脑、毛发、血液及骨 骼等的主要成分都是蛋白质。 蛋白质还可以帮助伤口血液凝固并促进其愈合。
2.调节生物体的生理机能 构成生物体差不多所有的生命活性物质，例如：
催化体内各种生物化学反应的酶 调节机体生长、发育并行使正常生理功能的激素
认为如果由于进化压力来维持特定模体的话，模体中的 组成蛋白应该是进化保守的并且在其他物种中具有直系 同源性。
他们研究了678个蛋白质，且在五个其他物种中都分别 具有一个直系同源蛋白。
五个物种：拟南芥、果蝇、小鼠、线虫和人。
分析结果发现，不同的模体中的蛋白质具有不同的保守率。
只有不到5%的三节点组成的线性模体其组成蛋白质在五个物种 中是完全保守的，而47%的五节点组成的完全连通的模体在五个 物种中是完全保守的。这些结果说明直系同源蛋白在酵母蛋白质 相互作用网络中不是随机分布的，而是保守模体的基本组成使得 这些模体是进化保守的。
蛋白质相互作用：
1. 通过对蛋白质相互作用的研究，认识生命活动的 基本规律。（科学）
2. 利用蛋白质相互作用，发展技术，用于研究生命 活动的规律或应用性技术。（技术）
蛋白相互作用网络
PPIN在许多生物过程和研究防治疾病中发挥着非常重要 的作用。
PPIN的研究比基因网络更为复杂和困难。 蛋白质相互作用网络近年来明显发展较快。
综上所述，蛋白质参与了生命的几乎所有过程，例如遗 传、发育、繁殖、物质和能量的代谢、应激等。
揭示生物体内成千上万种蛋白质的具体功能及其实施功 能的机制，是在21世纪后基因组时代蛋白质研究的核心 内容，也是当前生物科学极富挑战性的研究领域之一。
二、蛋白质组学
蛋白质组学原理
蛋白质组学原理
蛋白质组学是研究细胞或生物体内所有蛋白质在特定条件下的表达、定位、修饰和相互作用的科学方法。
其原理基于高通量分析技术和生物信息学分析，通过综合利用质谱、二维电泳和基因组学等手段，对蛋白质的表达水平、结构和功能进行系统性研究。
蛋白质组学的基本步骤包括样本制备、蛋白质分离、质谱分析和数据解析。
首先，要通过合适的方法从生物样本中提取蛋白质，常用的方法有细胞裂解、非细胞裂解和体液处理等。
接下来，对蛋白质进行分离，常见的方法有二维电泳和液相层析等。
二维电泳可以将蛋白质按照分子量和等电点进行分离，从而得到复杂的蛋白质质谱图。
液相层析则可以将复杂混合物中的蛋白质分离开来，以便后续的质谱分析。
质谱分析是蛋白质组学的核心技术，主要包括肽段的质谱鉴定和蛋白质的定量。
常用的质谱技术有基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）和液相色谱串联质谱（LC-
MS/MS）。
通过这些技术，可以将蛋白质样品中的肽段进行
分离、解离和探测，从而得到肽段的质谱图谱。
然后，将这些质谱图谱与数据库进行比对，鉴定出样品中的蛋白质成分。
最后，需要对质谱分析得到的数据进行解析和解释。
这包括对质谱图谱中的峰的鉴定和定量，以及对蛋白质的功能和结构进行分析和注释。
生物信息学分析工具和数据库的使用可以加快数据解析的过程，并提供更全面的蛋白质信息。
蛋白质组学的应用广泛，可以用于研究疾病发展机制、药物靶点筛选、基因功能研究等。
通过分析蛋白质组学数据，可以揭示蛋白质水平上的差异和变化，进而深入理解细胞的生理和病理过程。
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单杂交系统，one hybrid system DNA和蛋白质间相互作用。 鉴定与特定DNA序列直接作用的蛋白质。
三杂交系统，three hybrid system RNA或小分子配体和蛋白质的相互作用 三者共同作用，才能激活转录。
三、酵母双杂交技术在蛋白质组 学中的应用
Interactome 互作组：全面详尽的 蛋白质相互作用图谱。 病毒、细菌、酵母、线虫等。 T7噬菌体：首先用于大规模Y2H分析：
蛋白质相互作用控制着生命过程的各个方面
Yeast Two Hybrid Mass Spectrometry
二、酵母双杂交技术及进展
Yeast Two-Hybrid，Y2H.
Fields S. and Song O.: Nature, 1989, 340: 245-246
研究蛋白质相互作用的方法,利用转 录因子组件式（modular）结构的性 质。Y2H 就是将需要研究的蛋白质设 计成“诱饵”，以钓出能与诱饵蛋白 发生物理相互作用的蛋白质（被捕食 蛋白质）。
Yeast
Organism Technology Protein arrays Pools of prey Number of assays (bait×prey) 192 ×proteome proteome ×proteome Detected interaction s 281 692 Alread y known 109 S.cerevisiae (~6000ORFs)
10 ×proteome 22 fragments ×proteome
Random × Random
• McCraith S.,et al. Genome-wide analysis of vaccinia virus proteinprotein interactions. Proc.Natl. Acad.Sci. 97,4879-4884 (2000) • Flajolet M.,et al. A genomic approach of the hepatitis C virus generates a protein interaction map.Gene 242,369-379 (2000) • Bartel P.,et al.A protein linkage map of Escherichia coli bacteriophage T7. Nature Genetics 12,72-77(1996)
Technology
Protein array
Number of assays (bait×prey) proteome ×proteome
Detected Already interactions known 37 0 5 25 9 2 2 4
Protein array HCV(10ORFs) Library screening T7 Library screening
噬菌体展示技术（Phage display）
· · · ·
Ph.D.-7 Phage Display Peptide Library Kit Ph.D.-12 Phage Display Peptide Library Kit Ph.D.-C7C Phage Display Peptide Library Kit Ph.D. Peptide Display Cloning System
其他新的双杂交系统： 分离的泛素系统 split-ubiquitin syatem. (PNAS, 1996,91:10340-10344) 利用泛素的功能特点。 当分别与泛素N端和C端部分融合的两 个蛋白质相互作用时，使分离的泛素的 两部分靠近，泛素专一性的蛋白酶就会 识别泛素，导致报道蛋白的解离释放。
430 assays of pools 96×96
3844 assays of pools 96×96 15×proteome 11 ×proteome 68×proteome
175
12
841 170 113 191
105 3 34 128
Viral genome
Organism
Vaccinia vrius (~266ORFs)
诱饵基因的扩增和表达载体的构建 诱饵表达载体转化到酵母库扩增,质粒提取 诱饵和猎物用共转化或交配(Mating)的方法转化 到同一酵母中 涂布到约50个筛选平板上 菌落长出后，挑取阳性菌落作beta-gal报道基因 实验 菌落PCR扩增猎物基因，测序 Blast分析得到猎物基因序列 阳性相互作用的重新验证(Co-IP,pull-down,共定 位等功能实验）
七、酵母双杂交技术方法
首先是选择适当的载体系统： BD, AD 载体：Gal4,LexA系统，多 已商业化。然后将待鉴不同结合型（a,α）的 表达“猎物”和“诱饵”蛋白的酵母菌 株一一结 未知蛋白。
Y2H开始以转录因子Gal4为基础，依靠 招募RNA聚合酶II激活转录。 1997：Marsoliter等建立以RNA聚合酶III 为基础的Y2H，假阳性率更低。
反向双杂交系统：reverse two-hybrid system. 构建反向筛选的报告基因（URA3， U合成所必需），蛋白质互作激活报告基因 表达，使细胞不能成活。
四、噬菌体展示技术 （Phage display）
噬菌体展示技术是利用噬菌体的外壳蛋白与目的 蛋白或多肽融合表达，将目的蛋白表达在噬菌体颗粒 的外部，在蛋白质水平上进行“Biopanning”体外筛 选，十分适用于酶与其配体或抑制剂、抗原决定簇、 细胞表面受体的筛选等等。这个筛选的过程很简单， 将目标肽或蛋白质固定于平板上，铺上噬菌体，噬菌 体外壳融合蛋白与目标肽结合，不能结合的噬菌体颗 粒将被洗掉，再将结合的噬菌体洗下，进行扩增培养， 再进行一到两次的轮回，就能够分离到特定的噬菌体 颗粒。
55个有25个相互作用。 丙型肝炎病毒HCV：编码10个成熟蛋白， 有5个相互作用。
酿酒酵母：6000多个ORF, 1996完成 基因组,P. et al., Nature, 2000,403:623-627.
线虫：148个相互作用： Walhout A.J. et al.: Science, 2000, 287: 116-122.
一个单转录因子有：
DBD: DNA binding domain DNA结合结构域。 AD:Activation domain, 转录激活结构域：能激活RNA聚合 酶起始转录。
诱饵蛋白B + DBD:不能起始转录
被捕食蛋白的ORF + AD:不能起始转录。
当诱饵蛋白和被捕食蛋白在同一细胞中 表达，如发生相互作用， RNA聚合酶将 启动报告基因His3转录，合成组氨酸， 如His3不表达，细胞不能生长。
Caenorhabditis elegans 线虫
Organism C.elegans(~ 20000ORFs) Technology Protein array Library screeing Number of assays (bait×prey) 29×29 27 ×proteome Detected interactions 8 124 Already known 6 3
八、双杂交系统及其应用
主要商业公司：
APPLIED BIOSYSTEMS BIOSIGNAL PACKARD INC.
CLONTECH
INVITROGEN ORIGENE TECHNOLOGIES INC.
PROMEGA CORP
QBIOGENE STRATAGENE
Clontech 公司的酵母双杂交系统
特点：
快速、安全，不需标记物和染料， 还可检测蛋白-核酸及其它分子间的相 互作用。 SPR DNA生物传感器可用于基因 突变的检测、PCR产物测定、病毒检 测等。
六、蛋白质间连锁图的建立
已建立酿酒酵母1548个蛋白质间 2358个相互作用网络: Fields, S. Lab: Nat. Biotechnology 2000,18:1257-1261.
Fields S. and Song O. A novel genetic system to detect protein-protein interactions. Nature, 1989, 340: 245-246
优点：
酵母细胞几乎能表达所有生物基因。
缺点： 并非所有蛋白质能在酵母核内正常 行使功能，不正确的蛋白质折叠结构： 假阳性 假阴性
S.cerevisiae Pools of baits and prey (~6000ORFs) S.cerevisiae Pools of baits and prey (~6000ORFs) S.cerevisiae Library screening (~6000ORFs) S.cerevisiae Library screening (~6000ORFs) S.cerevisiae Library screening (~6000ORFs)
五、表面等离子体共振技术 SPR Surface Plasmon Resonance 研究蛋白质相互作用的新方法。如 瑞典BIACORE的单元蛋白质芯片。 将诱饵蛋白作为配基，固化在几十 纳迷厚的金属膜表面，加入含猎物蛋 白的溶液，如有相互作用会特异性结 合形成蛋白质复合物，使金属膜与溶 液界面的折射率上升，导致共振角度 改变。
分离杂交系统，split-hybrid system 利用2个相互整合的报告基因。
细胞质中的双杂交系统： SOS招募系统： SOS recruitment system 利用Ras信号传导途径的基本性质： 两种蛋白相互作用，就会将hSos (人的鸟苷酸交换因子)招募到膜上，激活 Ras,使酵母细胞在限制温度下成活和 增殖。