蛋白质组学
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蛋白质组学
断裂蛋白质分子中Cys残基之间形成的二硫键，增加蛋白质的溶解性
两性电解质(Carrier ampholytes)
蛋白酶抑制剂（protease inhibitors）：PMSF等
防止细胞裂解时蛋白酶释放出来降解蛋白质。
9、蛋白质的分级提取（用蛋白质组学方法得到蛋白质）
根据溶解性差异：最大优点？
1、水溶液提取，溶解亲水性蛋白质
14、蛋白质染色方法
胶内：考马斯亮蓝R-250(CBB R-250)：所需时间较长；灵敏度不高
银染：灵敏度高；对下一步的酶切肽谱提取存在困难
CBB G-250、负染
荧光染料染色：差异蛋白质组学研究，灵敏度250pg与银染相近，但线性范围高于银染。
以及放射性同位素标记等
转移到膜（PVDF、硝酸纤维素膜）上：酰胺黑(Amido Black)、丽春红S(Ponceau S)
大大增加蛋白质的溶解性，特别是膜蛋白的溶解性
去污剂(Detergents):SDS、TritonX-100、NP-40、CHAPS等
破坏蛋白质分子之间的疏水相互作用，提高蛋白质的溶解性，防止在等电聚焦时析出
还原剂(Reducing Agents)：β-巯基乙醇、DTT或TDF（二硫赤藓糖）和三丁基膦(TBP)等
（1）明确研究目标，获得尽可能多的感兴趣蛋白。
（2）不同类型的蛋白质需要不同的方法
（3）考虑目标蛋白性质，细胞破碎选择温和和激烈两种方法
应使所有待分析的蛋白样品全部处于溶解状态（包括多数疏水性蛋白），且制备方法应具有可重现性。防止样品（特别是溶解性低的蛋白如膜蛋白）在聚焦时发生蛋白的聚集和沉淀。
防止在样品制备过程中发生样品降解（如酶性或化学性降解等）。
蛋白质组学
1、蛋白质组（proteome）
两性电解质(Carrier ampholytes)
蛋白酶抑制剂（protease inhibitors）：PMSF等
防止细胞裂解时蛋白酶释放出来降解蛋白质。
9、蛋白质的分级提取（用蛋白质组学方法得到蛋白质）
根据溶解性差异：最大优点？
1、水溶液提取，溶解亲水性蛋白质
14、蛋白质染色方法
胶内：考马斯亮蓝R-250(CBB R-250)：所需时间较长；灵敏度不高
银染：灵敏度高；对下一步的酶切肽谱提取存在困难
CBB G-250、负染
荧光染料染色：差异蛋白质组学研究，灵敏度250pg与银染相近，但线性范围高于银染。
以及放射性同位素标记等
转移到膜（PVDF、硝酸纤维素膜）上：酰胺黑(Amido Black)、丽春红S(Ponceau S)
大大增加蛋白质的溶解性，特别是膜蛋白的溶解性
去污剂(Detergents):SDS、TritonX-100、NP-40、CHAPS等
破坏蛋白质分子之间的疏水相互作用，提高蛋白质的溶解性，防止在等电聚焦时析出
还原剂(Reducing Agents)：β-巯基乙醇、DTT或TDF（二硫赤藓糖）和三丁基膦(TBP)等
（1）明确研究目标，获得尽可能多的感兴趣蛋白。
（2）不同类型的蛋白质需要不同的方法
（3）考虑目标蛋白性质，细胞破碎选择温和和激烈两种方法
应使所有待分析的蛋白样品全部处于溶解状态（包括多数疏水性蛋白），且制备方法应具有可重现性。防止样品（特别是溶解性低的蛋白如膜蛋白）在聚焦时发生蛋白的聚集和沉淀。
防止在样品制备过程中发生样品降解（如酶性或化学性降解等）。
蛋白质组学
1、蛋白质组（proteome）
蛋白质组学(Proteomics)
4.蛋白质组研究的新技术 蛋白质组研究的新技术 双向凝胶电泳存在繁琐、不稳定和低灵敏度等 缺点。发展可替代或补充双向凝胶电泳的新方法已 成为蛋白质组研究技术最主要的目标。目前，二维 色谱 (2D-LC)、二维毛细管电泳 (2D-CE)、液相色 谱－毛细管电泳 (LC-CE) 等新型分离技术都有补充 和取代双向凝胶电泳之势。另一种策略则是以质谱 技术为核心，开发质谱鸟枪法(Shot-gun)、毛细管 电泳-质谱联用 (CE-MS)等新策略直接鉴定全蛋白质 组混合酶解产物。随着对大规模蛋白质相互作用研 究的重视，发展高通量和高精度的蛋白质相互作用 检测技术也被科学家所关注。此外，蛋白质芯片的 发展也十分迅速，并已经在临床诊断中得到应用。
蛋白质组学（Proteomics）
主讲：甘光华
一.概念
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。
四.蛋白质组学技术 蛋白质组学技术
蛋白质组学技术的发展已经成为现代生 物技术快速发展的重要支撑，并将引领生物 技术取得关键性的突破。蛋白组学技术主要 包括双向凝胶电泳、等电聚焦、生物质谱分 析及非凝胶技术。
1.双向凝胶电泳 双向凝胶电泳 双向凝胶电泳的原理是第一向基于蛋白质的等 电点不同用等电聚焦分离，第二向则按分子量的不 同用SDS-PAGE分离，把复杂蛋白混合物中的蛋白 质在二维平面上分开。由于双向电泳技术在蛋白质 组与医学研究中所处的重要位置，它可用于蛋白质 转录及转录后修饰研究，蛋白质组的比较和蛋白质 间的相互作用，细胞分化凋亡研究，致病机制及耐 药机制的研究，疗效监测，新药开发，癌症研究， 蛋白纯度检查，小量蛋白纯化，新替代疫苗的研制 等许多方面。近年来经过多方面改进已成为研究蛋 白质组的最有使用价值的核心方法。
人类蛋白质组学
人类蛋白质组学人类蛋白质组学是一门研究蛋白质在人体内的表达、修饰、相互作用及其与疾病关系的科学。
本文将依次探讨蛋白质鉴定、蛋白质表达调控、蛋白质相互作用、蛋白质修饰、蛋白质与疾病关系、蛋白质药物发现及蛋白质组数据库等方面的内容。
1.蛋白质鉴定蛋白质鉴定是蛋白质组学研究的基础，主要包括分离纯化、定性定量和鉴定描述三个步骤。
常用的方法有质谱、色谱、光谱和免疫学等。
通过这些技术，可以确定蛋白质的相对分子质量、等电点、氨基酸序列等性质，从而对其进行鉴定。
常用的蛋白质鉴定软件有Sequest、Mascot等。
以乳腺癌研究为例，通过蛋白质鉴定技术，成功发现了与乳腺癌相关的差异表达蛋白质，为疾病诊断和治疗提供了新的靶点。
2.蛋白质表达调控蛋白质表达调控是细胞对外部刺激和内部信号响应的重要方式，包括转录水平、翻译水平和蛋白修饰水平等。
在转录水平上，基因的转录起始和转录因子结合，决定了蛋白质表达的种类和水平。
在翻译水平上，mRNA的翻译效率、tRNA的种类和水平等因素都会影响蛋白质的表达。
在蛋白修饰水平上，蛋白质的磷酸化、乙酰化、甲基化等修饰方式也会影响其表达和功能。
例如，胰岛素通过调节糖代谢相关酶的磷酸化状态，实现对糖代谢的调控。
3.蛋白质相互作用蛋白质相互作用是指两个或多个蛋白质之间发生的相互作用，包括配体结合、蛋白相互作用和信号转导等。
配体结合是指蛋白质与特定的配体分子结合，如血红蛋白与氧气结合。
蛋白相互作用是指蛋白质与其他蛋白质相互作用，如免疫应答过程中抗原与抗体的相互作用。
信号转导是指由细胞表面受体介导的信号传递过程，如EGFR信号通路中的蛋白质相互作用。
研究蛋白质相互作用对于揭示生命活动规律和疾病机制具有重要意义。
例如，糖尿病的研究中发现了一种新的蛋白质相互作用模式，为治疗该疾病提供了新的思路。
4.蛋白质修饰蛋白质修饰是指对蛋白质进行化学修饰，以改变其性质和功能。
常见的蛋白质修饰包括磷酸化、乙酰化、甲基化等。
蛋白质组学
致病微生物的蛋白质组研究
蛋白质组的一个重要应用是在阐明新抗生素作用机理的研 究上.当今,细菌对大多数抗生素都有了抗性,寻找作用于细菌 内新的靶子的研究工作已经展开,找到了许多有效的抗菌化合 物.但目前遇到的困难在于难以揭示新的化合物的作用靶子及 其作用机理.有时虽在体外发现新化合物能够使某种蛋白质失 活,但在体内是否有这种现象和这是否是抗菌的主要机制仍然 未知,现在双向电泳分析提供了一个有效手段.例如在研究抑制 核糖体类抗生素对细菌的作用机制时,对12种作用于翻译过程 的不同阶段和核糖体内不同分子的抗生素加以考察,发现其中8 种诱导冷休克反应的一系列蛋白质,另4种诱导一系列热休克反 应的蛋白质,因此预计新的作用于核糖体的化合物也是诱导这 两种反应,并且籍此可以推测大肠杆菌对冷热的反应发生于核 糖体水平上.蛋白质组研究的重要优势在于能够从整体水平上 分析不同条件下蛋白质谱的变化.例如作为一种差异显示技术, 这一技术已被用于比较结核分枝杆菌与牛结核分枝杆菌蛋白的 不同,结果发现一些在基因水平上很类似的蛋白在蛋白质水平
生物化学专题
主讲教师 杨婉身 晏本菊 陈惠
蛋白质组学的含义
蛋白质组(Proteome)一词最早由澳大利亚学 者 Ｗｉｌｋｉｎｓ等于1994年提出,指的是由一 个基因组geneome或一个细胞、组织表达的所有 protein。蛋白质组学(proteomics)是在蛋白质水 平上定量、动态、整体性地研究生物体。 同基因组学一样,蛋白质组学不是一个封闭的、 概念化的、稳定的知识体系,而是一个领域。它旨 在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式, 其内容包括蛋白质的定性鉴定、定量检测、细胞 内定位、相互作用研究等,最终揭示蛋白质功能, 是基因组ＤＮＡ序列与基因功能之间的桥梁。
蛋白质组学研究的内容
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。
蛋白质组学
蛋白质组学
周光朋 2012.11.17
主要内容
• 蛋白质组学的概念及其发展历史
• 蛋白质组学研究方法
• 蛋白质组学的应用
主要内容
• 蛋白质组学的概念及其发展历史
• 蛋白质组学研究方法
• 蛋白质组学的应用
蛋白质组学的概念
蛋白质组是澳大利亚学者Williams和 Wilkins于1994年首先提出，源于蛋白质 （protein）与基因组（genome）两个词的杂 合,意指proteins expressed by a genome， 即“一个细胞或一个组织基因组所表达的全 部蛋白质”。
蛋白质分离技术-高效液相色谱
• 作为一种高效的分离手段和分析技术,高效 液相色谱具有非常好的重现性和灵敏度,在 单一蛋白质的分离和分析方面已经有较为 广泛的应用,在蛋白质组学方面也日益引起 人们的重视。
蛋白质分离技术-高效液相色谱
• 高效液相色谱是溶质在固定相和流动相之 间进行的一种连续多次的交换过程,它借溶 质在两相间分配系数、亲合力、吸附能力、 离子交换或分子大小不同引起的排阻作用 的差别使不同溶质进行分离。
蛋白质组学的概念
最初定义为“一个基因组所表达的蛋白 质”。 然而这个定义并没有考虑到蛋白质组 是动态的，而且产生蛋白的细胞、组织或生 物体容易受它们所处环境的影响。目前认为 蛋白质组是一个已知的细胞在某一特定时刻 的包括所有亚型和修饰的全部蛋白质。蛋白 质组学就是从整体角度分析细胞内动态变化 的蛋白质组成、表达水平与修饰状态，了解 蛋白质之间的相互作用与联系， 提示蛋白质 的功能与细胞的活动规律。
蛋白质组学研究方法
• 蛋白质相互作用分析技术
– 酵母双杂交系统 – 荧光共振能量转移技术 – 蛋白质微芯片技术 – 噬菌体展示技术 – 表面等离子共振技术 – 免疫共沉淀 – 生物信息学方法
周光朋 2012.11.17
主要内容
• 蛋白质组学的概念及其发展历史
• 蛋白质组学研究方法
• 蛋白质组学的应用
主要内容
• 蛋白质组学的概念及其发展历史
• 蛋白质组学研究方法
• 蛋白质组学的应用
蛋白质组学的概念
蛋白质组是澳大利亚学者Williams和 Wilkins于1994年首先提出，源于蛋白质 （protein）与基因组（genome）两个词的杂 合,意指proteins expressed by a genome， 即“一个细胞或一个组织基因组所表达的全 部蛋白质”。
蛋白质分离技术-高效液相色谱
• 作为一种高效的分离手段和分析技术,高效 液相色谱具有非常好的重现性和灵敏度,在 单一蛋白质的分离和分析方面已经有较为 广泛的应用,在蛋白质组学方面也日益引起 人们的重视。
蛋白质分离技术-高效液相色谱
• 高效液相色谱是溶质在固定相和流动相之 间进行的一种连续多次的交换过程,它借溶 质在两相间分配系数、亲合力、吸附能力、 离子交换或分子大小不同引起的排阻作用 的差别使不同溶质进行分离。
蛋白质组学的概念
最初定义为“一个基因组所表达的蛋白 质”。 然而这个定义并没有考虑到蛋白质组 是动态的，而且产生蛋白的细胞、组织或生 物体容易受它们所处环境的影响。目前认为 蛋白质组是一个已知的细胞在某一特定时刻 的包括所有亚型和修饰的全部蛋白质。蛋白 质组学就是从整体角度分析细胞内动态变化 的蛋白质组成、表达水平与修饰状态，了解 蛋白质之间的相互作用与联系， 提示蛋白质 的功能与细胞的活动规律。
蛋白质组学研究方法
• 蛋白质相互作用分析技术
– 酵母双杂交系统 – 荧光共振能量转移技术 – 蛋白质微芯片技术 – 噬菌体展示技术 – 表面等离子共振技术 – 免疫共沉淀 – 生物信息学方法
蛋白质组学
2021/6/7
5
主要研究内容
• 1、了解某种特定的细胞、组织或器官制造的蛋白质种类 • 2、明确各种蛋白质分子是如何形成类似于电路的网络的 • 3、描绘蛋白质的精确三维结构，揭示其结构上的关键部
位，如与药物结合并且决定其活性的部位。
2021/6/7
6
与基因组学的关系
2021/6/7
7
The study of proteins expressed by genomes
• 2003成立了中国人类蛋白质组组织（CHHUPO），并分别于2003年 9月、2004年8月以及2005年8月召开了中国蛋白质组学首届、第 二届及第三届学术大会，2004年10月在中国北京召开了第三届国 际蛋白质组学会议。
• 科技部已将疾病蛋白质组研究列入我国“973”计划项目和“863” 计划项目；国家自然科学基金委员会也将“蛋白质组研究”列为 重点项目。
2021/6/7
13
等点聚焦（IEF）
2021/6/7
14
IPG 胶条平衡
• 胶条由一向转移到二向必须进行胶条平衡，目的主要是进行蛋白质的 烷基化及让电泳介质达到与二向SDS-PAGE相同的缓冲体系。烷基化 的目的是对蛋白质自由巯基进行修饰，是断开的二硫键不会再重新形 成。
2021/6/7
15
SDS - PAGE
• 我国在鼻咽癌、白血病、肝癌和肺癌蛋白质组研究方面取得了较 大的进展。
2021/6/7
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蛋白质组学的相关技术及应用
• 双向电泳技术： • 原理：双向电泳（two-dimensional electrophoresis,2-DE）是等电聚焦电泳和
SDS-PAGE的组合，即先进行等电聚焦电泳（按照等电点分离），然后再进行 SDS-PAGE（按照分子大小），经染色得到的电泳图是个二维分布的蛋白质图。
Chapter 5 蛋白质组学
2) ESI原理
电喷雾电离方法是利用高电场使 质谱进样端的毛细管柱流出的液滴 带电，在N2的作用下，液滴溶剂蒸 发，表面积缩小，表面电荷密度不 断增加，直至产生的库仑斥力与液 滴表面张力达到雷利极限，液滴爆 炸为带电的子液滴，这一过程不断 重复使最终的液滴非常细小呈喷雾 状，这时液滴表面的电场非常强大， 使分析物离子化并以带单电荷或多 电荷的形式进入质量分析器。
Image ScannerⅡ扫描仪
1.
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3.
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5. 6. 7.
高灵敏度，高分辨，在扫描弱图 像时不需散光板，能检测极微量 的样品 硬件和软伯的校正功能，提高扫 描质量 完整的14-bit图像解析度，准确定 量有利于线性范围＞3.7OD 可选择波长，以降低背景，增加 灵敏度 多种扫描速率有利于更快的图像 摄录 应用广泛，适用于湿胶，杂胶膜， 胶片等各种应用 与各种软件配合，能分析各种1D 和2D电泳图
●四极杆—飞行时间分析器
四极杆—飞行时间分析器是由四极杆分析器和飞行时间分析 器串联构成，四极杆分析器用于离子选择，其后有一个六极 杆射频场用于离子的碰撞，诱导解离产生子离子，母离子和 子离子的检测均由最后的飞行时间检测器完成。
5）主要质谱仪
MALDI-TOF/MS; ESI-Q-TOF/MS; MALDI-TOF-TOF/MS; ESI-MS/MS; HPLC-ESI-MS/MS.
4）飞行时间质量检测器
线性飞行时间质量检测器； 反射飞行时间质量检测器； 多级质量分析检测器：包括三级四极杆分 析器(triple-quadrupole analyzer)、离 子阱分析器(ion trap analyzer)和四极 杆—飞行时间质量分析器(quadruple-time of light analyzer)。
蛋白质组学名词解释
蛋白质组学名词解释蛋白质组学（proteomics）是研究蛋白质组成、结构、功能和相互作用的科学领域。
蛋白质组学通过高通量技术手段和生物信息学方法，对细胞、组织或生物体中的蛋白质进行系统性的研究和定量分析。
以下是一些常用的蛋白质组学相关名词的解释。
1. 蛋白质组（proteome）：指在特定条件下一个个体或一类细胞或组织中所表达的全部蛋白质的集合。
蛋白质组由所有不同的蛋白质及其变体组成。
2. 蛋白质组学技术（proteomic techniques）：包括质谱分析、蛋白质分离与纯化、蛋白质结构与功能研究等一系列的实验技术，用于研究蛋白质的组成、结构和功能。
3. 二维凝胶电泳（two-dimensional gel electrophoresis）：一种分离和检测蛋白质的方法，通过将蛋白质样品在两个方向上（按等电点和分子量）先后进行电泳分离，然后通过染色或质谱分析进行识别和定量。
4. 液相色谱-质谱联用（liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS）：一种将液相色谱与质谱结合的技术，用于对蛋白质样品进行分离和鉴定，可以提供高分辨率和高灵敏度的分析结果。
5. 基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry, MALDI-TOF MS）：一种质谱分析技术，利用基质分子吸收激光的能量，将样品中的蛋白质分子转化为离子，然后测量离子的质荷比，从而确定蛋白质的分子量。
6. 蛋白质识别（protein identification）：通过质谱分析，将实验测得的质谱图与数据库中已知蛋白质的质谱比对，确定分析样品中的蛋白质身份。
7. 蛋白质定量（protein quantification）：通过质谱信号的强度或含量标准品的比对，确定分析样品中蛋白质的相对或绝对含量。
蛋白质组学介绍
数据解读与挖掘
蛋白质相互作用网络
利用蛋白质组学数据构建蛋白质相互作用网 络，揭示蛋白质之间的功能关联和调控机制 。
蛋白质功能注释
基于蛋白质组学数据对蛋白质进行功能注释，预测 其生物学功能和参与的生物过程。
疾病标志物发现
通过比较正常和疾病状态下的蛋白质组学数 据，发现与疾病相关的生物标志物，用于疾 病诊断、治疗和预后评估。
02
蛋白质组学研究技术
蛋白质分离技术
01
双向电泳技术
通过等电点和分子量的差异分离 蛋白质，是蛋白质组学研究中的 基础技术。
02
高效液相色谱技术
利用不同物质在固定相和流动相 之间的分配差异进行蛋白质分离。
03
表面增强拉曼光谱 技术
通过将蛋白质吸附到特定的增强 基底上，利用拉曼光谱进行蛋白 质的定性和定量分析。
基因敲除和敲入技术
通过基因工程技术手段改变基因的表达，研 究蛋白质的功能。
荧光共振能量转移技术
用于研究蛋白质在细胞内的定位和动态变化。
蛋白质互作分析技术
用于研究蛋白质与其他分子之间的相互作用， 如酵母双杂交、免疫共沉淀等。
蛋白质相互作用研究技术
酵母双杂交技术
01
利用酵母细胞中两种蛋白相互作用的原理，发现蛋白质之间的
特点
蛋白质组学具有全局性、动态性和功 能性的特点，能够全面揭示蛋白质的 组成和功能，并研究其在生命活动中 的变化规律。
研究内容与目标
研究内容
蛋白质的分离与鉴定、蛋白质表达与调控、蛋白质相互作用和蛋白质功能研究等。
研究目标
阐明生物体中蛋白质的组成、结构和功能，揭示生命活动的本质和规律，为疾病诊断和治疗提供理论依据。
发病机制
蛋白质组学
蛋白质组学研究的内容、方法及意义生物有机体的生理活动、病理活动以及药物的作用主要是通过蛋白质来实现的，然而仅凭目前已知的蛋白质根本无法阐明各种复杂的生命活动过程，因此，以基因组的研究成果为基础，以各种先进技术为支撑，进一步研究生物有机体的全部蛋白质结构、功能及其相互作用已经成为必然。
目前大量工作者致力于蛋白质组学的研究，本文现对此作一简述。
1.蛋白质组学的定义及研究内容蛋白质组学(Proteomics)是研究在特定时间或环境下某个细胞或某种组织的基因组表达的全部蛋白质。
蛋白质组学的真正含义在于：它不是按照传统的方式孤立地研究某种蛋白质分子的功能，而是应用各种蛋白质组学技术研究某种蛋白质在复杂的细胞环境中的功能。
蛋白质组学旨在列出全部蛋白质的细目，弄清每一个蛋白质的结构和功能及蛋白质群体内的相互作用，对比在疾病和健康状态下它们的表达水平的变化。
蛋白质组学分为表达蛋白质组学和细胞图谱蛋白质组学。
前者利用各种先进技术研究蛋白质表达的整体变化，即研究在机体的生长发育、疾病和死亡的不同阶段中，细胞与组织的蛋白质组分的变化；后者主要通过分离蛋白质复合物系统地研究蛋白质间的相互作用。
2.蛋白质组与基因组的关系基因是遗传信息的携带者，蛋白质则是生命活动的执行者。
实际上每一种生命运动形式，都是特定蛋白质群体在不同时间和空间出现并发挥功能的结果。
因而蛋白质组研究是我们理解细胞功能和疾病发生发展过程的中心环节。
如果不能共同致力于蛋白质组的研究，那么基因组的研究成果将无法兑现。
ＤＮＡ序列所提供的信息仅仅是一种静止的资源，而细胞的生命活动是通过各种蛋白质来实现的一种动态过程。
一个机体内所有不同的细胞都共享同一基因组，然而同一个机体的不同细胞和不同组织却有不同的蛋白质组，而且机体在不同发育阶段，直至最后消亡的全过程中蛋白质组也在不断变化。
因而蛋白质组要比基因组复杂得多。
由于对转录产物的选择性剪切、翻译起止点的变化或者ｍＲＮＡ上三联体密码发生移码突变等均可以明显促进蛋白质多样性的产生，而且ｍＲＮＡ的水平并不能反映蛋白质水平，即使一个开放阅读框(ＯＲＦ)呈现在面前，也根本无法证实某种蛋白质存在与否。
蛋白质组学
2、蛋白质组学研究技术进展
（1）1975年，2-DE技术建立,上世纪80年代，固相化pH梯度 1975年 DE技术建立,上世纪80年代，固相化pH梯度 技术建立 80年代 pH 凝胶问世， 凝胶问世，使2-DE的重复性和加样量改善； DE的重复性和加样量改善； 的重复性和加样量改善 （2）上世纪末期，MALDI-TOF-MS和ESI-MS可精确测定相对 上世纪末期，MALDI-TOF-MS和ESI-MS可精确测定相对 分子量和微量蛋白质的测定； 分子量和微量蛋白质的测定； （3）快速多肽序列分析； 快速多肽序列分析； （4）90年代,多图象分析与大规模数据处理软件问世，复杂 90年代,多图象分析与大规模数据处理软件问世， 年代 蛋白质图谱处理成为现实； 蛋白质图谱处理成为现实； MALDI-TOF MS: matrix assisted laser desorption ionization-time of flight Mass Spectrometry; ESI/MS/MS: electrospray ionization
3、蛋白质组分析的首要要求
• 将来自于全细胞、组织或生物体中所包含 将来自于全细胞、 的多达几千种混合蛋白质进行分离、检测、 的多达几千种混合蛋白质进行分离、检测、 分析 ； • 2-DE技术依然是大多数蛋白质组研究中分 DE技术依然是大多数蛋白质组研究中分 离复杂蛋白质混合物的首选技术 。
生物学问题 的提出
2D-SDS-PAGE存在的问题 2D-SDS-PAGE存在的问题 进行可完全重复的2D SDS-PAGE分析是困难 2D1）进行可完全重复的2D-SDS-PAGE分析是困难 的。 某些蛋白质不适于进行第一维IEF步骤。 IEF步骤 2）某些蛋白质不适于进行第一维IEF步骤。许多 较 大的疏水蛋白质在这种类型的分析中结果不理 由于蛋白质存在不同等电点的多种形式， 想；由于蛋白质存在不同等电点的多种形式，蛋白 质的IEF常把蛋白质分离成许多不连续的条带。 IEF常把蛋白质分离成许多不连续的条带 质的IEF常把蛋白质分离成许多不连续的条带。 3）作为检测技术的蛋白质染色的动态范围相对 较小。点密度最多能反映100倍的蛋白质浓度范围。 100倍的蛋白质浓度范围 较小。点密度最多能反映100倍的蛋白质浓度范围。 四
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
•凝胶图像扫描 •图像加工 •斑点检测和定量 •凝胶配比 •数据分析 •数据呈递 •2-DE数据库建立
（二）质谱技术
2-DE分离的蛋白经切胶回收、酶解后进行质谱分析
Edman测序：将蛋白肽链逐步化 学解聚，色谱鉴定酶解下来的氨 基酸，反推氨基酸序列
质谱测序：将蛋白肽链打碎电离，
通过测定分子碎片的荷质比，推 算出氨基酸组成和序列
三、荧光差异凝胶电泳技术2-DIGE
目的：显示不通样品中蛋白表达的差异，寻找差异表达蛋白
2-DIGE的定量原理
四、同位素亲和标签技术ICAT
2-DIGE的不足： 无法对分子量极高和极低、等电点极酸和极碱、含量极低的蛋白进行分离 ICAT的改进： 使用带有生物素和氘标记的ICAT标签标记 蛋白分子，利用8道尔顿的分子量差实现 相对定量
第二节 蛋白质的大规模分离鉴定技术
一、蛋白质二维电泳-质谱技术 （一）蛋白质二维电泳技术2-DE
IEF
SDS-PAGE
蛋白质的结构
蛋白质是两性电解质，在不同PH下所 带的电荷不同：等电聚焦IEF 蛋白质的分子量和分子形状不同，电 泳迁移率不同：SDS-PAGE
2-DE数据库
蛋白质分离后可建立2-DE数 据库，用于鉴定和比较
（三）根据系统发育谱进行互作蛋白的预测
功能相关的(functionally related)基因，在一 组完全测序的基因组中预期同时存在或不存 在，这种存在或不存在的模式(pattern)被称 作系统发育谱；如果两个基因，它们的序列 没有同源性，但它们的系统发育谱一致或相 似。可以推断它们在功能上是相关的。
输入细胞核：-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val输出细胞核：-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile输入线粒体：+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-LeuCys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu输入质体：+H3N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-SerSer-Asn-Ser-Phe-Leu- Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-Leu-Ser-Pro-Phe-Leu- Gln-Gly输入过氧化物酶体：-Ser-Lys-Leu-COO输入内质网：+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-GluAla-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys- Glu-Val-Phe-Gln返回内质网：-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL） 由质膜到内体：Tyr-X-X-Φ
（二）质谱技术
2-DE分离的蛋白经切胶回收、酶解后进行质谱分析
Edman测序：将蛋白肽链逐步化 学解聚，色谱鉴定酶解下来的氨 基酸，反推氨基酸序列
质谱测序：将蛋白肽链打碎电离，
通过测定分子碎片的荷质比，推 算出氨基酸组成和序列
三、荧光差异凝胶电泳技术2-DIGE
目的：显示不通样品中蛋白表达的差异，寻找差异表达蛋白
2-DIGE的定量原理
四、同位素亲和标签技术ICAT
2-DIGE的不足： 无法对分子量极高和极低、等电点极酸和极碱、含量极低的蛋白进行分离 ICAT的改进： 使用带有生物素和氘标记的ICAT标签标记 蛋白分子，利用8道尔顿的分子量差实现 相对定量
第二节 蛋白质的大规模分离鉴定技术
一、蛋白质二维电泳-质谱技术 （一）蛋白质二维电泳技术2-DE
IEF
SDS-PAGE
蛋白质的结构
蛋白质是两性电解质，在不同PH下所 带的电荷不同：等电聚焦IEF 蛋白质的分子量和分子形状不同，电 泳迁移率不同：SDS-PAGE
2-DE数据库
蛋白质分离后可建立2-DE数 据库，用于鉴定和比较
（三）根据系统发育谱进行互作蛋白的预测
功能相关的(functionally related)基因，在一 组完全测序的基因组中预期同时存在或不存 在，这种存在或不存在的模式(pattern)被称 作系统发育谱；如果两个基因，它们的序列 没有同源性，但它们的系统发育谱一致或相 似。可以推断它们在功能上是相关的。
输入细胞核：-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val输出细胞核：-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile输入线粒体：+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-LeuCys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu输入质体：+H3N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-SerSer-Asn-Ser-Phe-Leu- Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-Leu-Ser-Pro-Phe-Leu- Gln-Gly输入过氧化物酶体：-Ser-Lys-Leu-COO输入内质网：+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-GluAla-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys- Glu-Val-Phe-Gln返回内质网：-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL） 由质膜到内体：Tyr-X-X-Φ
蛋白质组学概论
蛋白质数据库
表达蛋白质组学研究的基本流程
蛋白样品的制备及定量
总蛋白的双向凝胶电泳（染色） 凝胶分析软件分析 胶内酶解（胰肽酶） 质谱分析（肽质量指纹图谱） 数据库搜索鉴定蛋白性质
样品制备的原则
1）尽可能的提高样品蛋白的溶解度，抽提最大量的 总蛋白，减少蛋白质的损失； 2）减少对蛋白质的人为修饰； 3）破坏蛋白质与其他生物大分子的相互作用，并使 蛋白质处于完全变性状态。
还原剂（reducing agents），最常用的是二硫苏糖醇（DTT），主要作用 是破坏蛋白质分子间的二硫键，以利于肽链的分离； 蛋白酶抑制剂，如EDTA、PMSF or Protease inhibitor cocktails，主要作用 是防止蛋白的降解。
蛋白质样品中核酸等大离，导致明显的纵向拖尾。
2-D Western blotting差异反应图谱
基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（matrixassisted laser desorption /ionization time of flightmass spectrometry，MALDI-TOP-MS）
MALDI-TOP-MS工作原理
双向电泳与质谱技术的联合应用成为蛋白 质组学研究的基本技术平台。
目前应用于临床的肿瘤标志物可分为以下几类: (1)肿瘤胚胎性抗原,如CEA ( carcinoembryonic antigen)、甲胎蛋白(alpha fetoprotein,AFP)； (2)异位激素,如绒毛膜促性腺激素(human chorionic gonadotropin,HCG)、 前促胃液素释放肽(Pro-gastrin-releasing peptide, ProGRP)； (3)酶和同工酶,如神经元特异性烯醇化酶(neuron specific enolase, NSE)、 乳酸脱氢酶(lactate dehydyogenase,LDH)、前列腺酸性磷酸酶(prostate gland acidity phosphatase,PAP)； (4)血浆蛋白,如β2-巨球蛋白； (5)细胞代谢产物,如细胞角蛋白19片段(cytokeratin 19 fragment,CYFRA)、 脂质相关涎酸； (6)肿瘤抗原,如癌抗原1-29、癌抗原-125； (7)癌基因和抑癌基因蛋白产物,如C-myc 基因蛋白、Ras基因蛋白、P53抑 癌基因蛋白； (8)微量元素,如砷、铜、铁、硒、锌。
蛋 白 质 组 学
5. 蛋白质不能动态反映生物系统所处的状 态。
二.蛋白质组与蛋白质组学的概念 蛋白质组与蛋白质组学的概念 1. 蛋 白 质 组 (Proteome) ： 1994 年 由 澳 大 利 亚 Macquarie大学的学生 大学的学生Wilkins和他的老师提出， 和他的老师提出， 大学的学生 和他的老师提出 最早见文献是1995年 7月的 “ Electrophoresis” 月的“ 最早见文献是 年 月的 杂志上。指基因组表达的所有相应的蛋白质， 杂志上。 指基因组表达的所有相应的蛋白质， 也可说是指细胞或机体全部蛋白质的存在及其 活动方式。 活动方式。 2.蛋白质组学： 研究细胞内全部蛋白质的组成及 蛋白质组学： 蛋白质组学 其活动规律的科学。 其活动规律的科学。
人的各种体液被用于研究与某些疾病的关 系.最近澳大利亚科学家利用双向电泳技术研究 最近澳大利亚科学家利用双向电泳技术研究 眼泪中的蛋白质与生理状态的关系.他们发现了 眼泪中的蛋白质与生理状态的关系 他们发现了 一种新的蛋白质,这个蛋白质非常相似于在乳腺 一种新的蛋白质 这个蛋白质非常相似于在乳腺 癌细胞里高表达的另一种蛋白质.这个发现可能 癌细胞里高表达的另一种蛋白质 这个发现可能 会提供疾病诊治的新的手段.在一项利用蛋白质 会提供疾病诊治的新的手段 在一项利用蛋白质 组研究技术进行的酒精对人体毒性的研究中发 乙醇会改变血清蛋白糖基化作用,导致许多 现,乙醇会改变血清蛋白糖基化作用 导致许多 乙醇会改变血清蛋白糖基化作用 糖蛋白的糖基缺乏,如转铁蛋白 如转铁蛋白。 糖蛋白的糖基缺乏 如转铁蛋白。
蛋白质组学 的研 究内容
表达 蛋白质组学
结构 蛋白质组学
功能 蛋白质组学
表达蛋白质组学
研究细胞所表达的蛋白质种类
蛋白质组学
蛋白质组学的研究进展和发展趋势 海外主要进展： 海外主要进展： 美国国立卫生研究院，美国能源部、欧共体 等均启动了不同生物蛋白质组的研究并取得 明显进展，一批高质量的研究论文相继在国 际著名学术刊物上发表。 为了促进国家与地区性的蛋白质组的发展、 合作与交流，成立了国际人类蛋白质组组织 (HUPO)。
蛋白质组学的研究内容
主要为四个方面： 主要为四个方面：
1. 对蛋白质的大规模识别和翻译后加工修 饰的细微特征分析， 2. 在较大的疾病谱中分析蛋白质的水平， 3. 研究蛋白质与蛋白质之间的相互作用， 4. 蛋白质结构的解析，特别是三维结构的 解析、种类分析、数量确定等。
蛋白质组学的研究技术
一、双向凝胶电泳(2-DE)： 双向凝胶电泳(2-DE)： (2 基本原理： 基本原理： 第一向电泳基于蛋白质的等电点不同用 等电聚焦分离蛋白质，第二向电泳则按 分子量的不同用变性聚丙烯酰胺凝胶电 泳（SDS-PAGE）分离蛋白质，把复杂蛋 白质混合物中的蛋白质在二维平面上分 开。
发展趋势： 发展趋势：
1、在基础研究方面 近两年来蛋白质组研究技术已被应用到各 种生命科学领域，如细胞生物学、神经生 物学等。在研究对象上，覆盖了原核微生 物、真核微生物、植物和动物等范围，涉 及到各种重要的生物学现象，如信号转导、 细胞分化、蛋白质折叠等等。在未来的发 展中，蛋白质组学的研究领域将更加广泛。
3、在技术发展方面 蛋白质组学与其它学科的交叉日益显著， 特别是蛋白质组学与其它大规模科学如基 因组学，生物信息学等领域的交叉，构成 组学生物技术研究方法，所呈现出的系统 生物学研究模式，将成为未来生命科学最 令人激动的新前沿。
参考书目
《蛋白质研究技术》：第四军医大学出版社 《蛋白质化学与蛋白质组学》：科学出版社 《蛋白质组学理论与方法》：科学出版社 《蛋白质组学导论》：科学出版社
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Image analysis
Protein identification
离子阱质谱仪
飞行时间质谱仪
MALDI-TOF-MS
四极杆-飞行时间串联质谱
串联四极杆飞行时间质谱仪
TOF/TOF 串联飞行质谱仪
离子化的方法
电子轰击电离Electron Impact Ionization, EI 化学离子化Chemical Ionization, CI 场电离，场解吸Field Ionization, Field Desorption FD 快原子轰击Fast Atom Bombardment, FAB 大气压化学电离Atmospheric Pressure Chemical Ionization, APCI 基质辅助激光解析电离Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI 电喷雾电离Electrospray Ionization, ESI
mRNA
PROTEOME
2-D Gel Electrophoresis 2-D HPLC Mass Spectrometry Bioinformatics
Protein
基因表現不一定完全反映在蛋白质 由基因组较难预测蛋白质的修饰及调控 也无法预测蛋白质间的相互作用
Juang RH (2004) Proteomics
分析方法
LC-MS/MS LC-MS/MS LC-MS/MS LC-MS/MS N-terminal N-terminal N-terminal LC-MS/MS
代谢途径
C4 photosynthetic pathway
Photorespiratory Photorespiratory PPP cycle Folic acid synthesis
蛋白质组及其应用
Proteome and its Applications
生物技术中心：杨星勇 Doc. & Prof.
Genome: The gene complement of chromosomes 蛋白质组(proteome =protein+ genome) :一种细胞、 组织或生物体完整基因组所对应的全套蛋白质。 蛋白质组学（proteomics): 研究细胞、组织或生 物体蛋白质组成及其变化规律的科学。
Immunization Time schedule
免疫染色
竹笙快速生長前後的蛋白質变化
未出土
出土 60 cm
标记差异蛋白质
增加 减少
出土 60 cm
蛋白质点的鉴定
编号
B7 B8 B9 B10 B10-1 R19 B14 R20
Protein ID
Adenosine kinase Adenosine kinase Malate dehydrogenase Fructose kinase Glycerate kinase heat shock protein 70 Glyoxalase I 6-Phosphogluconolactonase
Computer Assisted Image Analysis and Data--Analysis---Identification
Protein separation
双向电泳的操作过程
pH 3 (1) IEF 等电聚焦电泳 10
(2) SDS-PAGE
(3) 染色脱色
Two-Dimensional HPLC
减少的蛋白质点
竹笙快速生长时糖酵解作用可能降低。
恆定蛋白质点的鉴定
编号 B19 B20 BI BH Protein ID Glyceraldehyde-3phosphate dehydrogenase b 1,3-Glucanase Triosephosphate isomerase Triosephosphate isomerase 分析方法 LC-MS/MS N-terminal N-terminal LC-MS/MS N-terminal LC-MS/MS N-terminal 代谢途径 Calvin cylce Glycolysis Defense protein Calvin cylce Glycolysis Calvin cylce Glycolysis
MALDI-TOF的特点
软电离技术-分析完整生物分子 非常宽的质量范围——可以分析不同种类的生物 分子(> 500 KDa) 混合物OK –不需要纯化处理 灵敏度高—fmol水平 数据容易解析 对缓冲液和盐有较好的耐受能力（与电喷雾电离 相比） 快速、操作简单、容易维护
如何通过质谱来鉴定蛋白？
PMF：即用特异性的酶解或化学水解的方法将蛋白切成 小的片段，然后用质谱检测各产物肽分子量，将所得到的 肽谱数据输入数据库，搜索与之相对应的已知蛋白，从而 获取待测蛋白序列。
整体研究流程大纲
LC-MS-MS
TCA/acetone 沉淀
2D
pH 4-7 pH 7-10
找出有差异点 鉴定蛋白质
Edman degradation
不同生 长时期 绿竹笙
未出土 2 cm 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 60 cm
50 mM Tris buffer 粗提液 未出土、60 cm 二种样品进行免疫
細 胞 中 试 管 中
(2) 各器官、组织的基因转录都不相同 (3) 基因转录随着生长时期而有改变 (4) 蛋白质翻译后有进一步的修饰与调控 (5) 蛋白质在细胞內的代谢速率不同 (1) 蛋白质的水溶性会影响提取效率 (2) 蛋白质的含量差异很大 (3) 蛋白质在提取后的稳定性与半衰期不同
Juang RH (2004) Proteomics
蛋白质组研究的意义
1. 基因功能的信息通过基因所编码的蛋白质表现； 蛋白质为生物功能的执行者, 大多数疾病与蛋白质的 非正常表达相关。 2. 蛋白质本身就是药物作用的靶点，许多蛋白质就 是药物；蛋白质组研究将翻开新药发现开发的新篇 章；疾病在蛋白质水平上进行治疗。 4. 蛋白质的空间性、时效性、修饰性、不稳定性， 复杂的相互作用等决定了其研究远比基因组研究复杂 5. 蛋白质组研究将阐明基因产物的调控机理。 6. 生化路径，蛋白质相互作用。
蛋白质组研究的复杂性
？一种细胞、组织或生物体有多少蛋白质? Arabidopsis基因组全长125Mb，含有25498个基因，编码的蛋 白质达到11000 families。Nature. 2001，15; 410(6826): 299 Rice基因组全长375 Mb，含有38,000–40,000个基因。 Nature 436, 793-800 (11 August 2005) 人类基因组含有3~4万个基因，仅是果蝇或线虫的两倍。 ？一个基因= ？个蛋白质
Proteome first used by Marc R. Wilkins at the 1994 Siena 2-D Meeting.
S. cerevisiae
GENOME
Genome sequencing project
TRANSCRIPTOME
SAGE Technology DNA Microarray PCR
Proteomics
基本生物学问题 Post-translational modification Protein-protein interaction Genome-Transcriptome-Proteome 应用问题 Disease marker-diagnosis Mechanism of the disease Drug target-therapy
Proteomics
Profiling Identification Quantification Localization Modification Interaction Function
Three key techniques
2DE, 2D-HPLC---Separation Biological Mass Spectrometry---Characterization
The Chemical Nature of Enzyme Catalysis
蛋白质分子结构的组成有四个层次
Mathews et al (2000) Biochemistry (3e) p.195
1 2 3
由化学物质组成有活性的大分子
4
序列 ↓ 结构 ↓ 活性 ↓ 调节
Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) p.107
Proteomics
表达蛋白质组(Expression proteomics) Human plasma proteome project Human liver proteome project 功能蛋白质组(Functional proteomics) Disease proteome Pharmaceutical proteome Protein-protein interaction
代谢途径立体图
The Chemical Nature of Enzyme Catalysis
Scientific American (2002) cover page
Systems Biology
系统生物学பைடு நூலகம்究工具
基因表現不一定完全反应在蛋白质图谱
One Gene, One Protein?
(1) 細胞內的每個基因不一定都在转录
MS
PMF法存在的问题 －翻译后修饰的蛋白
PMF法的限制
－对于分离不完全的样品
MS/MS(PSD)－MS/MS検索解析
应用例证
绿竹笙生长与老化机制 及相关功能基因
绿竹笙生长与老化机制及相关功能基因
未出土 2 cm 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 60 cm