蛋白质组学 第二章
第一章 蛋白质组学 绪论
Traditional gene function studies
Forward genetics
Using an observed mutant phenotype (or purified protein) as the starting point to map and identify the corresponding gene, then functional analysis this gene and its product
1.1 The history
The hierarchy of biological organism
From “molecule” to “organism” to “Ecologies”
Levels of biological information
DNA mRNA Protein Metabolites Pathways Networks Cells Organs Individuals Populations Ecologies
2010 3. 《蛋白质组学方法》 中国生物技术发展中心，南开大学 编著 科学出
版社 2012 4. 《药物蛋白质组学》郭葆玉主编 人民卫生出版社 2007 5. 《疾病蛋白质组学》陈主初、肖志强主编 化学工业出版社 2006 6. 《蛋白质组学：理论与方法》 钱小红、贺福初主编 科学出版社
2003 7. 《蛋白质组学实验技术精编》 魏开华、 应天翼 化学工业出版社
教材 Text book
1. 《Principles of Proteomics 》 R.M Tmyman 2004 中译本--《蛋白质组学原理》苏国富 主审 化学 工业出版社 2007
第二章 蛋白质化学习题
第二章蛋白质化学一、名词解释1.蛋白质组学：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、蛋白质与蛋白质的相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞代谢等过程的正题而全面的认识。
2.单纯蛋白质：仅由氨基酸组成的蛋白质。
3.结合蛋白质：除氨基酸组成之外，还含有非蛋白质的辅基构成的蛋白质。
4.氨基酸的等电点（pI）：将氨基酸水溶液的酸碱度加以适当的调节，使羧基与氨基的电离程度相等，即氨基酸带有的正负电荷数恰好相同，静电荷为零，此时的pH称为氨基酸的等电点。
5.蛋白质的一级结构：多肽链中氨基酸的数量、排列顺序及其共价连接，又称共价结构或基本结构。
是蛋白质作用的特异性、空间结构和生物学功能多样性的基础。
6.肽：氨基酸通过肽键相连的化合物。
7.肽键：蛋白质分子中基本的化学键，由一分子氨基酸的α﹣羧基与另一分子氨基酸的α﹣氨基缩合脱水而成，也称酰胺键。
8.生物活性肽：蛋白质中20个天然氨基酸以不同组成和排列方式构成的从二肽到复杂的线性、环形结构的不同肽类的总称，是源于蛋白质的多功能化合物，其在代谢调节、神经传导方面起着重要作用9.肽单位：肽键的所有四个原子和与之相连的两个α﹣碳原子所组成的基团，又称肽基。
10.基序：相邻的二级结构彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能辨认的二级结构组合体，又称模体或模序。
11.结构域：在蛋白质三级结构内的独立折叠单元，其通常是几个基序结构单元的组合。
在较大的蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的基序结构紧密联系，进一步折叠形成一个或多个相对独立的致密的三维实体。
12.亚基：一般由一条多肽链组成，本身具有一、二、三级结构，又称亚单位，有人称为原聚体或单体、13.蛋白质的变构效应（别构效应）：一些蛋白质由于受到某些因素的影响，其一级结构不变而空间构象发生一定的变化，导致其生物学功能的变化。
14.蛋白质的变性作用：某些物理的或化学的因素使蛋白质分子的空间构象发生改变或破坏，导致其生物活性的丧失和一些理化性质的改变的现象。
微生物蛋白质组学技术在菌种鉴定中的应用
微生物蛋白质组学技术在菌种鉴定中的应用第一章：概述微生物是指肉眼无法看见的微小生物体，包括细菌、真菌、病毒、原生动物等。
菌种鉴定是对微生物的识别和分类，是微生物学研究中的重要环节。
传统的菌种鉴定方法主要依靠生化试验、形态学和生长特性等方面进行鉴定，但这些方法存在鉴定周期长、准确性较低等缺点，对于一些复杂菌株的鉴定还具有一定的局限性。
为了提高菌种鉴定的准确性和快速性，人们开始尝试用蛋白质组学技术进行菌种鉴定。
第二章：微生物蛋白质组学技术蛋白质组学技术是指对生物体内的蛋白质进行全面的分析和研究。
微生物蛋白质组学技术是指对微生物中所有蛋白质的分析和研究。
微生物蛋白质组学技术主要包括两种方法：一种是质谱法，即利用质谱仪对微生物中的蛋白质进行分析和鉴定；另一种是电泳法，即利用凝胶电泳对微生物中的蛋白质进行分离和鉴定。
第三章：微生物蛋白质组学技术因为其高效、准确、快速的优点，在菌种鉴定中也得到了广泛应用。
下面将就微生物蛋白质组学技术在菌种鉴定中的应用进行阐述。
1. 识别无法被传统方法鉴定的菌株微生物蛋白质组学技术能够鉴定那些传统方法无法识别的菌株，因为它可以快速分析微生物中的蛋白质组成，从而得到准确的菌株识别信息。
例如，微生物蛋白质组学技术能够鉴定P. aeruginosa多个缺乏传统特征的菌株，并确认这些菌株属于同一物种，证明其和传统特征呈现出的差异与新的生态环境有关。
2. 能够进行高通量鉴定微生物蛋白质组学技术可以实现高通量鉴定，即可以同时鉴定多个菌株，大大提高了鉴定的效率。
例如，一项研究对37种属于Pseudomonadales阶的微生物菌株进行了鉴定，得到了高质量的蛋白质组数据，并且获得了大量的特征谱图数据，提供了一种基于特征谱的菌株鉴定方法。
3. 能够分析相近菌株之间的关系微生物蛋白质组学技术能够分析相近菌株之间的关系，即可以快速地鉴定微生物的亲缘关系。
例如，一项研究对10种属于Aeromonas属的菌株进行鉴定，发现这些菌株的蛋白质组成分复杂，但有一些特定的蛋白质可用于鉴定相似菌株和亲缘菌株之间的区别。
蛋白质组学
研究意义背景
研究意义
研究背景
蛋白质组学书籍随着人类基因组计划的实施和推进，生命科学研究已进入了后基因组时代。在这个时代，生 命科学的主要研究对象是功能基因组学，包括结构基因组研究和蛋白质组研究等。尽管现在已有多个物种的基因 组被测序，但在这些基因组中通常有一半以上基因的功能是未知的。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(Serial analysis of gene expression, SAGE)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，从DNA mRNA蛋白质，存在三个层次 的调控，即转录水平调控(Transcriptional control )，翻译水平调控(Translational control)，翻译后水 平调控(Post-translational control )。从mRNA角度考虑，实际上仅包括了转录水平调控，并不能全面代表 蛋白质表达水平。实验也证明，组织中mRNA丰度与蛋白质丰度的相关性并不好，尤其对于低丰度蛋白质来说，相 关性更差。更重要的是，蛋白质复杂的翻译后修饰、蛋白质的亚细胞定位或迁移、蛋白质－蛋白质相互作用等则 几乎无法从mRNA水平来判断。毋庸置疑，蛋白质是生理功能的执行者，是生命现象的直接体现者，对蛋白质结构 和功能的研究将直接阐明生命在生理或病理条件下的变化机制。蛋白质本身的存在形式和活动规律，如翻译后修 饰、蛋白质间相互作用以及蛋白质构象等问题，仍依赖于直接对蛋白质的研究来解决。虽然蛋白质的可变性和多 样性等特殊性质导致了蛋白质研究技术远远比核酸技术要复杂和困难得多，但正是这些特性参与和影响着整个生 命过程。传统的对单个蛋白质进行研究的方式已无法满足后基因组时代的要求。这是因为：(1)生命现象的发生 往往是多因素影响的，必然涉及到多个蛋白质。(2)多个蛋白质的参与是交织成网络的，或平行发生，或呈级联 因果。(3)在执行生理功能时蛋白质的表现是多样的、动态的，并不象基因组那样基本固定不变。
蛋白质的结构
确定蛋白质三级结构的方法
X-射线晶体衍射 核磁共振影像（NMR）（少于120aa)。
蛋白质晶体
X射线衍射的 电子密度图
被还原出来 的三维结构
表示蛋白质三维结构的六种模型
模体（motif）
结构生物学的模体有两种不同的用法：（1）是指在蛋白质 或核酸一级结构上，特指具有特殊生化功能的特定氨基酸 或碱基序列，因此被称为序列模体；（2）是指具有特定功 能的或作为一个独立结构域一部分的相邻的二级结构的聚 合体，它一般被称为功能模体或结构模体相当于超二级结 构。 常见模体（1） β发夹环—两个反平行β股由一个环相连； （2） β折叠-α螺旋-β折叠，即βαβ；（3）卷曲螺旋和螺旋 束—两个或多个α螺旋的聚合体； （4） α螺旋-环-α螺旋 （EF手相） ；（5）α螺旋-β转角-α螺旋，即αβα；（6） Rossmann卷曲；（ 7）希腊钥匙
多肽链 +可能是辅助因子（金属离子、辅酶或辅基），也 可能是其他修饰。
例如，羧肽酶的辅助因子是Zn2+；乳酸脱氢酶的辅酶是辅酶 I；血红蛋白的辅基是血红素。
蛋白质大小的多样性
蛋白质可大可小
☻胰岛素- A链（21aa）、 B链（30aa），大 小为5.7k
☻大肠杆菌谷氨酰胺合成酶- 12个亚基组成， 每一个亚基含有 468aa。总大小为600k。 ☻α连接素（connectin)：大小为28 00k!
一种蛋白质的一级结构由编码 它的基因的核苷酸序列决定
DNA:
GGC ATT GTG GAA CAA TGC TGT
mRNA: GGC AUU GUG GAA CAA UGC UGU
蛋白质:
Gly- Ile- Val- Glu – Gln - C源自s- Cys肽键的结构与性质
2020年秋冬智慧树知道网课《生物信息学》课后章节测试答案 (2)
第一章测试1【多选题】(10分)生物信息学涉及到以下哪些学科？A.计算机科学B.机械制图C.生物学D.生物统计学2【多选题】(10分)生物大分子序列里包含了哪些信息？A.结构信息B.进化信息C.序列信息D.功能信息3【判断题】(10分)中心法则论述的是遗传信息的流动法则，是指生物大分子的序列决定结构，结构决定功能。
A.错B.对4【判断题】(10分)数据是经过加工的信息，对我们做判断和决策有用。
A.对B.错5【单选题】(10分)以下哪些观点不是达尔文的《物种起源》提出来的？A.遗传变异是物种进化的基础B.物竞天择，适者生存C.地球上所有的物种有共同的祖先D.上帝创造万物6【单选题】(10分)人类基因组工作草图是什么时候发表的？A.1981B.2011C.1991D.20017【判断题】(10分)学好生物信息学最重要的途径是多练习多实践。
A.对B.错8【单选题】(10分)世界上最主要的测序公司之一华大基因，是在哪个国家成立的？A.中国B.德国C.美国D.日本9【单选题】(10分)以下哪位科学家提出了分子钟假说？A.尼德尔曼NeedlemanB.泡林PaulingC.华生WastonD.桑格Sanger。
第二章 氨基酸化学
DNFB
DNP-氨基酸 黄色
Frederick Sanger (桑格)
• 英国化学家，在生物化 学领域的贡献很大，他 两次获诺贝尔奖1958和1 980年；1953年确定了牛 胰岛 素 一级 结 构 ；1975 年和1977年确定了DNA的 两种用酶测序的方法加 减法和终止法。
④ 与苯异硫氰酯（PITC）的反应（Edman反应）
半必需氨基酸：2种 指人体内可以合成但合成量不能满足人体需要（特别是
婴幼儿时期）的氨基酸，有两种：组氨酸、精氨酸。
非必需氨基酸：10种 人体自身能够合成的氨基酸。
-C-C-C-N-C-N N+
Arg R
=
Aromatic Trp W -C-
N
Amino Acid Subway Map
Basic Lys K
1.蛋白质是生物体内必不可少的重要成分，是构成生物体 最基本的结构物质和功能物质
人体中（成年人）
水
55%
蛋白质 19%
脂肪
19%
糖类 ＜1%
无机盐 7%
蛋白质占干重 人体 45% 细菌 50%∼80% 真菌 14%∼52% 酵母菌 14%∼50% 白地菌 50%
A few examples on protein diversity…
甘油醛构型
➢ 构型与构象？
构型：一个分子中原子的特定空间排布 构象：原子或基团绕单键旋转二形成的不同空间排布
（二）氨基酸（20种）的分类
1.按酸碱性质
①酸性氨基酸：2种 ②碱性氨基酸：3种 ③中性氨基酸：15种
Asp、Glu Arg、Lys、His
2.按R基团的化学结构
①脂肪族氨基酸：15种 ②芳香族氨基酸：3种 Phe、Lyr、Trp ③杂环氨基酸：2种 His、Pro
蛋白质组学在疾病诊断中的应用及前景展望
蛋白质组学在疾病诊断中的应用及前景展望第一章：引言自从人类开始解析基因以来，我们对于人体的认识不断地推进。
然而，与此同时，越来越多的证据表明，蛋白质才是决定人体生命活动的核心因素。
因此，对蛋白质进行研究成为了当今医学领域的热点。
蛋白质组学作为一个新兴的领域，为研究人类疾病提供了新的思路和方法。
在本文中，我们将着重探讨蛋白质组学在疾病诊断中的应用及其前景展望。
第二章：蛋白质组学在疾病诊断中的应用2.1蛋白质组学在癌症早期诊断中的应用癌症的早期诊断对治疗和康复非常重要，然而目前的癌症诊断方法主要基于病理学和影像学检查，这些方法存在很大的局限性。
蛋白质组学的应用可以大大提高癌症的早期诊断率。
通过对不同的组织和细胞内的蛋白质进行分析，可以发现在癌症早期疾病的蛋白质表达方式会发生明显改变。
因此，可以利用蛋白质组学技术检测这些差异，以获得更加精准的癌症早期诊断结果。
例如，人们可以通过蛋白质组学技术检查血清中的蛋白质表达变化，从而发现早期肝癌等癌症。
2.2蛋白质组学在糖尿病诊断中的应用蛋白质组学也可以应用于糖尿病的诊断。
糖尿病的症状不明显，容易被忽视，而目前常用的检测方法也较为繁琐。
因此，蛋白质组学技术可以作为新的诊断工具，极大地提升糖尿病的检测效率。
糖尿病患者的血液中会出现一些特定的蛋白质，这些蛋白质可以通过蛋白质组学技术检测出来。
与传统的糖化血红蛋白检测法相比，蛋白质组学技术更加精准，能够更准确地判断糖尿病的分类和程度。
2.3蛋白质组学在神经系统疾病诊断中的应用蛋白质组学技术也可以应用于神经系统疾病的诊断。
例如，阿尔茨海默病是一种常见的神经系统疾病，症状包括记忆力减退、沮丧、焦虑等。
然而，目前的阿尔茨海默病诊断主要基于症状和影像学检查，还没有有效的蛋白质标志物。
因此，蛋白质组学技术可以为阿尔茨海默病等疾病的早期诊断提供更好的途径。
2.4蛋白质组学在肝病诊断中的应用肝病是一种常见的疾病，而且症状不明显，因此常常被忽视。
蛋白质教案完美版
一、教案基本信息1. 课程名称：蛋白质教案完美版2. 课程目标：让学生了解蛋白质的基本概念、结构和功能，掌握蛋白质在生物体中的重要性。
3. 课时安排：每章2课时，共10课时二、教学内容与目标第一章：蛋白质的基本概念1. 学习蛋白质的定义2. 了解蛋白质的来源和分布3. 掌握蛋白质的化学组成第二章：蛋白质的结构1. 学习蛋白质的层次结构2. 掌握蛋白质的空间结构3. 了解蛋白质结构与功能的关系第三章：蛋白质的功能1. 学习蛋白质的主要功能2. 了解蛋白质在生物体中的作用3. 掌握蛋白质的功能多样性第四章：蛋白质的性质与检测1. 学习蛋白质的物理性质2. 掌握蛋白质的化学性质3. 了解蛋白质的检测方法第五章：蛋白质在生物体中的重要性1. 学习蛋白质在细胞中的作用2. 了解蛋白质在生物体发育中的重要性3. 掌握蛋白质与疾病的关系三、教学方法与手段1. 采用讲授法，讲解蛋白质的基本概念、结构和功能。
2. 利用多媒体教学，展示蛋白质的微观结构和实例。
3. 开展实验教学，让学生亲身体验蛋白质的性质和检测方法。
4. 进行小组讨论，探讨蛋白质在生物体中的重要性。
四、教学评价1. 课堂问答：评估学生对蛋白质基本概念的理解。
2. 课后作业：检查学生对蛋白质结构和功能的掌握。
3. 实验报告：评估学生在实验中的操作能力和对蛋白质性质的理解。
4. 小组讨论报告：评估学生对蛋白质在生物体中重要性的认识。
五、教学资源1. 教材：蛋白质生物学教程2. 多媒体课件：蛋白质结构、功能和实例的图片和视频3. 实验材料：蛋白质样品和检测试剂4. 网络资源：相关蛋白质研究的前沿资讯和论文六、蛋白质的生物合成1. 学习蛋白质生物合成的过程2. 掌握蛋白质合成的场所及机制3. 了解蛋白质生物合成与基因表达的关系七、蛋白质的修饰与降解1. 学习蛋白质修饰的类型及意义2. 掌握蛋白质降解的途径及机制3. 了解蛋白质修饰与降解在细胞信号传导中的作用八、蛋白质组学1. 学习蛋白质组学的基本概念2. 掌握蛋白质组学技术的原理及应用3. 了解蛋白质组学在生物科学研究中的重要性九、蛋白质工程1. 学习蛋白质工程的基本原理2. 掌握蛋白质工程的方法及应用3. 了解蛋白质工程在药物研发和生物技术中的应用十、蛋白质研究与应用实例1. 学习蛋白质在医药领域的应用2. 掌握蛋白质在农业领域的应用3. 了解蛋白质在环境保护和能源领域的应用十一、教案实施建议1. 根据学生的实际情况，适当调整教学内容和难度。
蛋白质组学(090260)
《蛋白质组学》课程（090260）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：蛋白质组学课程代码：090260学分与学时：2学分40学时课程性质：专业选修课授课对象：生物技术及应用专业二、本课程教学目标与任务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)是二十世纪九十年代中期诞生的一门新兴学科，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基本原理，研究方法及应用进展。
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，如蛋白质组学在医学、植物与新药开发等方面的知识。
三、学时安排课程内容与学时分配表四、课程教学内容与基本要求第一章从基因组学到蛋白质组学教学目的：介绍蛋白质组学产生的背景、基本概念，蛋白质组学研究的基本方法。
基本要求：掌握基因组、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。
了解蛋白质组学的特点和难点及蛋白质组学发展趋势。
重点与难点：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。
教学方法：课堂讲授为主。
主要内容：一、引言二、大规模生物学的起源三、基因组、转录物组和蛋白质组四、DNA和RNA水平上的功能基因组学五、蛋白质组学的重要性六、蛋白质组学的范畴七、蛋白质组学的挑战第二章蛋白质分离策略教学目的：介绍蛋白质分离的原理和基本方法。
基本要求：掌握蛋白质分离方法和技术，如双向凝胶电泳技术、液相色谱、多维色谱分离技术技术等。
重点与难点：重点：蛋白质分离的原理和基本方法。
难点：双向电泳技术。
教学方法：课堂讲授为主，采用传统教学与多媒体教学相结合的方法；播放实验操作录像，辅导学生学习相关实验操作。
蛋白质的结构与功能
酰胺平面对肽链结构的限制
酰胺平面的存在，使得肽链中的任何一个氨基酸残基只 有2个角度可以旋转。由C-N单键旋转的角度被称为 (phi)，C-C单键旋转的角度被称为 (psi)。当一条肽链 上所有氨基酸残基的和确定以后，该肽链主链骨架的 基本走向也就确定了。
(, )为正值对应于从C观察时单键向顺时针旋转。如果 值为零意味着 C=O 或 N-H 键平分R-C -H角。
前四种二级结构具有规律，反映在拉氏图 上具有相对固定的二面角
α螺旋的主要内容
① 肽链骨架围绕一个轴以螺旋的方式伸展；
② 螺旋形成是自发的，肽链骨架上由n位氨基酸残基上 的-C=O与n＋4位残基上的-NH之间形成的氢键起着稳 定的作用。被氢键封闭的环含有13个原子，因此α螺 旋也称为3.613-螺旋；
His的R基团中接近生理pH下的解离性质
氨基酸的功能
肽包括蛋白质的组成单位 氧化分解供能 合成其他生物分子的原料 本身具有特殊的生物功能，如G、D和E作为神经
递质
肽的定义
肽就是氨基酸之间通过α-氨基和α-羧基缩合以酰 胺键或肽键相连的聚合物，它包括寡肽、多肽和 蛋白质。
构成肽的每一个氨基酸单位被称为氨基酸残基。 各氨基酸残基以肽键相连形成的链状结构被称为 肽链。
③ 侧链基团垂直于相邻两个肽平面的交线，并交替分布 在折叠片层的两侧；
④ 肽段平行的走向有平行和反平行两种，前者指两个肽 段的N-端位于同侧，较为少见，后者正好相反。由于 反平行折叠所形成的氢键N-H-O三个原子几乎位于同 一直线上，因此，反平行β-折叠更稳定。
⑤ 反平行β-折叠的每一个氨基酸残基上升0.347nm，正平 行的每一个氨基酸残基上升0.325nm。β-折叠的二面角 （ф,ψ）等于（－119º，+113º）。
蛋白质工程-复习提纲
蛋白质工程第一章——绪论一、蛋白质工程的定义？狭义定义：蛋白质工程就是通过基因重组技术改变或设计合成具有特定生物功能的蛋白质广义定义：蛋白质工程是通过物理、化学、生物和基因重组等技术改造蛋白质或设计合成具有特定功能的新蛋白质（简单来说：蛋白质工程就是一门改造设计蛋白质的学科）二、蛋白质工程的基本研究内容？研究内容总体可分为四大部分：（1）蛋白质的基础知识——结构、理化性质、生物功能、功能与结构的关系（2）蛋白质的物质准备——表达、纯化（3）蛋白质的研究方法——结构解析、分析鉴定、蛋白质组学研究（4）蛋白质的改造应用——设计改变、功能应用、蛋白质生物信息学或者可分为三大部分：（1）蛋白质结构分析——基础（关系学）（2）结构、功能的设计和预测——基础的应用与验证（实验科学）（3）创造和/或改造蛋白质——新蛋白质——终目标（工程学）三、蛋白质工程的应用（1）蛋白质工程应用蛋白质多肽药物、新型疫苗、工业用酶……（2）蛋白质工程意义1）在医药、工业、农业、环保等方面应用前景广泛2）对揭示生命现象的本质和生命活动的规律具有重要意义3）是蛋白质结构形成和功能表达的关系研究中不可替代的手段（3）蛋白质工程的支持技术定点突变等遗传操作技术；蛋白质结构解析技术；生物信息学分析技术；蛋白质的设计、表达、生产技术第二章——蛋白质结构与功能一、蛋白质的生物学功能调节功能、防御/攻击、支架作用、信息传递、运动功能、转运功能、储存功能、催化功能、结构成分二、蛋白质基本化学组件（1）氨基酸（amino）1）氨基酸种类：二十种天然氨基酸、稀有氨基酸、非天然蛋白质氨基酸2）氨基酸的化学组成与结构：①均含有C 、H 、O 、N 、S，以一定比例存在。
有些含有微量的金属元素（如铁、锌、钼、镍等）②易被酸、碱和蛋白酶催化水解为胨、肽。
共同的化学结构（除脯氨酸）3）氨基酸的性质极性氨基酸：Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、His、Tyr——二硫键疏水氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Pro、Met、Trp——疏水内核荷电氨基酸：Arg、Lys、His（+）；Asp、Glu（-）——PI，蛋白分离谱特性、紫外线吸收特性——检测（3）肽单位、多肽链1）肽键定义：由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而形成的化学键。
基因组学与蛋白质组学
《基因组学与蛋白质组学》课程教学大纲学时：40学分：2.5理论学时：40实验学时：0面向专业：生物科学、生物技术课程代码：B7700005先开课程：生物化学、分子生物学课程性质：必修/选修执笔人：朱新产审定人：第一部分：理论教学部分一、课程的性质、目的和任务《基因组学与蛋白质组学》是随着生物化学、分子生物学、结构生物学、晶体学和计算机技术等的迅猛发展而诞生的，是融合了生物信息学、计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。
是当今生命科学研究的热点与前沿领域。
由于基因组学与蛋白质组学学科的边缘性，所以本课程在介绍基因组学与蛋白质组学基本基本技术和原理的同时，兼顾学科发展动向，讲授基因组与蛋白组学中的热点和最新进展，旨在使学生了解现代基因组学与蛋白质组学理论的新进展并为相关学科提供知识和技术。
二、课程的目的与教学要求通过本课程的学习，使学生掌握基因组学与蛋白质组学的基本理论、基础知识、主要研究方法和技术以及生物信息学和现代生物技术在基因组学与蛋白质组学上的应用及典型研究实例，熟悉从事基因组学与蛋白质组学的重要方法和途径。
努力培养学生具有科学思维方式、启发学生科学思维能力和勇于探索，善于思考、分析问题的能力，激发学生的学习热情，并通过学习提高自学能力、独立思考能力以及科研实践能力，为将来从事蛋白质的研究奠定坚实的理论和实践基础。
三、教学内容与课时分配第一篇基因组学第一章绪论（1学时）第一节基因组学的研究对象与任务；第二节基因组学发展的历程；第三节基因组学的分子基础；第四节基因组学的应用前景。
本章重点：1. 基因组学的概念及主要任务；2. 基因组学的研究对象。
本章难点：1.基因组学的应用及发展趋势；2.基因组学与生物的遗传改良、人类健康及生物进化。
建议教学方法：课堂讲授和讨论思考题：查阅有关资料，了解基因组学的应用发展。
第二章人类基因组计划（1学时）第一节人类基因组计划的诞生；第二节人类基因组研究的竞赛；第三节人类基因组测序存在的缺口；第四节人类基因组中的非编码成分；第五节人类基因组的概观；第六节人类基因组多样性计划。
第二章 4 蛋白质鉴定技术--质谱数据分析 end 2
采用计算的方法通过实验质谱去鉴定多肽序列的问题可 分成三大块： 1) 数据预处理---即从质谱中提取对鉴定有用且无偏 的信息。 1 原始质谱数据的预处理 2 谱峰中心化后的质谱数据的预处理 2）理论谱构造
构造趋近客观和完备的理论谱。
3) 肽序列鉴定
即比较理论和实验质谱而鉴别多肽的序列以致于确定蛋 白质身份。
PMF VS blast
相似点：PMF需要对庞大的蛋白质数据 库进行筛选来找到和实验所测的分子量 所匹配的氨基酸序列 不同点：蛋白质研究领域中对于PMF没 有一个可以被广泛接受的算法和概率模 型
常用的质量纹算法
现在试验中可用的算法有：
Mascot: Profound: /cgibin/Profound Expasy tools: http://www.expasy.ch/tools/ PeptideSearch: http://mac-mann6.emblheidelberg.de
1) 质谱噪声基线的识别
根据基线的设定方法，可以大致分为三 类： (1)固定基线算法 (2)固定峰数法 (3)窗口基线法 (4)窗口基线法和固定峰数法的结合
(1)固定基线算法
即根据经验对所有的图谱设定同样的基 线，不考虑图谱的差异。 绝对强度基线法，比较简单，即给定一 个绝对强度的基线，在此基线以下的全 部舍弃 相对强度基线法，即将峰强归一化，取 定一个百分比值，在此基线以下认为是 噪音。
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Bioinformatics, 2008-2009, Shanxi Agricultural University
一、大规模蛋白质的分离技术
人类基因组中约含有3 万个编码基因， 人类基因组中约含有3-4万个编码基因，其表 达的蛋白质可能有十几万，甚至更多。 达的蛋白质可能有十几万，甚至更多。如何 实现对细胞、 实现对细胞、组织或体液所含有的成千上万 个蛋白质的有效分离， 个蛋白质的有效分离，是蛋白质组研究所解 决的首要问题。 决的首要问题。理想的蛋白质分离方法首先 要具备超高分辨率， 要具备超高分辨率，能够将成千上万个蛋白 质包括它们的修饰物同时分离并与后续的鉴 定技术有效衔接。 定技术有效衔接。
Bioinformatics, 2008-2009, Shanxi Agricultural University
传统的蛋白质组学分析
蛋白质样品用2 DE分离 蛋白质样品用2-DE分离 Edman降解 Edman降解…… 降解…… 从凝胶上切下蛋白质点， 从凝胶上切下蛋白质点，并酶解蛋白质 单个蛋白质点的多肽混合物 借助基质的激光解吸和离子化质谱 MALDI（MALDI-TOF MS) 多肽质谱指纹 fingerprint） （peptide mass fingerprint） 电喷离子化质谱 (EST(EST-MS/MS) ESI-MS序列标记 ESI-MS序列标记 tag） （sequence tag）
二、蛋白质的鉴定技术
对二维电泳或二维色谱分离的蛋白质，如何进行 快速、灵敏、准确的识别和鉴定，是蛋白质组研 究面临的又一重大挑战。传统的蛋白质化学方法， 如Edman降解或氨基酸组成分析技术已经难以满足 Edman降解或氨基酸组成分析技术已经难以满足 蛋白质组研究的需要，已经发展了一百多年的质 谱技术，由于其具有的高灵敏度、高准确度、易 于自动化等特点，已经成为蛋2008-2009, Shanxi Agricultural University
2D-PAGE
Proteomics
1.
1. 2D-PAGE to separate proteins 2. Image analysis to determine the volume of protein spots 3. Mass spectrometry (MS) to characterise protein spots 4. Database searches to identify proteins
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DNA分析（cDNA微阵列）与蛋白质分析（ DNA分析（cDNA微阵列）与蛋白质分析（2－DE与质谱）方法的比较 分析 微阵列 DE与质谱） 与质谱
DNA
检测水平 检测方法 DNA可用PCR扩增技术 DNA可用PCR扩增技术 可用PCR 高度特异 (DNA/RNA )由于与其互 )由于与其互 补序列的杂交能力，使得DNA DNA很容 补序列的杂交能力，使得DNA很容 易固相在靶上并用荧光探针检测 DNA是非常稳定的， DNA是非常稳定的，即使在提高温 是非常稳定的 度的情况下也不会丢失生物活性 重复性好 DNA固相化在表面是成熟的技术 将DNA固相化在表面是成熟的技术 加之DNA固有的稳定性， DNA固有的稳定性 ，加之DNA固有的稳定性，方法的 重复性较好 初始的投入是较大的，短期内得到 初始的投入是较大的， 的数据量相当大。 的数据量相当大。 方法已相当的标准化 已成为高通量的扫描技术
第二章 蛋白质组的研究方法
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第一节 概述
1．蛋白质组的研究比基因组的研究复杂。 蛋白质组的研究比基因组的研究复杂。
同一性与多样性 有限与无限 静态与动态 时间与空间 孤立行为和相互作用 单一手段和多种技术 互补与互助
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二维凝胶电泳 （two-dimensional gel electrophoresis，2-DE) twoelectrophoresis， 色谱色谱-质谱技术 二维色谱－串联质谱技术（ 二维色谱－串联质谱技术（2D-HPLC-MS) HPLC同位素标记（ICAT） 亲和色谱同位素标记（ICAT）-亲和色谱-质谱技术 一维电泳（色谱）一维电泳（色谱）-质谱技术 蛋白质复合物变性、降解后，直接加到强离子交换柱上， 梯度洗脱进入反向液相色谱上，再洗脱进入MS系统进行 梯度洗脱进入反向液相色谱上，再洗脱进入MS系统进行 肽段分析。
Protein
蛋白无法扩增 非特异 （protein)可以用非特异 protein)可以用非特异 的蛋白染色或较特异的方法如抗体 进行检测） 进行检测） 蛋白质在变性的情况下会丧失其 天然功能， 天然功能，因此要格外小心以保持 其天然构象 重复性不好 由于蛋白的稳定性不好， 由于蛋白的稳定性不好，方法的重 复性不太好需要格外注意 目前的蛋白分析方法依靠昂贵仪器 设备（质谱仪和电泳设备） 设备（ 质谱仪和电泳设备） 比较困难，大部分工作需受过训练 比较困难， 的实验室人员来操作 目前还不能达到
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2-DE
双向电泳后，每个蛋白质都相应于样品中的每种蛋白质 双向电泳后， 分子，同时获得蛋白质的等电点、 分子，同时获得蛋白质的等电点、分子量和每种蛋白质 的数量信息。 的数量信息。
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第二节 蛋白质组学的技术支持
蛋白质组学（proteomics）的目的是实现对一 蛋白质组学（proteomics） 个基因组所编码的全部蛋白质及其相互作用的 研究。是采用2 DE、MS和生物信息技术研究蛋 研究。是采用2-DE、MS和生物信息技术研究蛋 白质组的成份与功能。（高通量、高效率） 。（高通量 白质组的成份与功能。（高通量、高效率） 蛋白质组学是在蛋白质水平研究基因的表达。 蛋白质组学是在蛋白质水平研究基因的表达。
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2．从技术手段上讲
我们无法采用在基因组研究中所普遍采用的PCR 我们无法采用在基因组研究中所普遍采用的 PCR 技术 PCR技术 来对痕量蛋白进行扩增。 来对痕量蛋白进行扩增。 蛋白质组也没有一种测序技术与基因组研究中起关键 作用的自动化的DNA测序技术相媲美。 DNA测序技术相媲美 作用的自动化的DNA测序技术相媲美。 Chip的发展使我们对基因的研究可以高通量 的发展使我们对基因的研究可以高通量， Chip的发展使我们对基因的研究可以高通量，而对蛋 白质组的研究离高通量还有很大差距。 白质组的研究离高通量还有很大差距。
利用生物信息学，进行数据库搜索 利用生物信息学，
确定蛋白质
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除了上述蛋白质组研究的基本技术外，新的蛋白 除了上述蛋白质组研究的基本技术外， 质组研究技术也不断出现， 质组研究技术也不断出现，如用于定量蛋白质组 学研究的同位素编码亲和标签技术（ICAT） 学研究的同位素编码亲和标签技术（ICAT）和双 色荧光技术等；用于蛋白质色荧光技术等；用于蛋白质-蛋白质相互作用研究 的酵母双杂交技术、 的酵母双杂交技术、蛋白质复合物免疫分离与质 谱鉴定技术以及蛋白质芯片技术等等，我们后面 谱鉴定技术以及蛋白质芯片技术等等， 有时间单独介绍。 有时间单独介绍。
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二维凝胶电泳
（two-dimensional gel electrophoresis，2-DE) twoelectrophoresis，
由于大型串联质谱的飞速发展， 双向电泳目前已 经逐渐让位给其他的各种非胶系统分析手段，但 是双向电泳在很长一段时间内仍然会是我们在蛋 白质组学领域中不可缺少的一种分析手段。 2-DE 是目前唯一能将数千种蛋白质同时分离与展示的 分离技术。 2-DE是由O’Farrel和Klose于1975年 DE是由O Farrel和Klose于1975年 分别提出的。在2 DE中，蛋白质首先根据等电点 分别提出的。在2-DE中，蛋白质首先根据等电点 的不同在一向等点聚焦电泳中分离，接着被转移 到二向SDS-PAGE胶上，再根据相对分子量的大小 到二向SDS-PAGE胶上，再根据相对分子量的大小 不同被分离。
双向电泳图， 摘自于“电泳皇后” Görg 双向电泳图， 摘自于“电泳皇后” Angelika G rg
http://www.wzw.tum.de/proteomik/ (Görg实验室的主页， 有大量2D相关资料）
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分子的稳定性
重复性
消耗 专业化 时间/ 时间/自动化
翻译后修饰 动态范围
无法研究 5个数量级
研究蛋白本身 7－12个数量级 12个数量级
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尽管核酸的研究技术取得了突飞猛进的发展， 尽管核酸的研究技术取得了突飞猛进的发展，但是蛋白质 的研究技术也并未停滞不前。 的研究技术也并未停滞不前。 1975年的双向电泳技术(2-DE)可同时分离数千种蛋白 年的双向电泳技术(2 可同时分离数千种蛋白， 1975年的双向电泳技术(2-DE)可同时分离数千种蛋白，20 世纪80年代固相化PH 80年代固相化PH梯度凝胶的引进使得双向电泳的重复 世纪80年代固相化PH梯度凝胶的引进使得双向电泳的重复 性和加样量得到巨大的改善，从而为蛋白质组的研究起到 性和加样量得到巨大的改善， 巨大的推动作用，从而使今天的蛋白质组研究得以实施。 巨大的推动作用，从而使今天的蛋白质组研究得以实施。 以计算机技术为基础的多种图像分析与大规模数据处理软 件的问世，使得科学家们处理数据的心应手。80年代后期 件的问世，使得科学家们处理数据的心应手。80年代后期 出现的质谱技术， 出现的质谱技术，可精确测定生物大分子的相对分子质量 和多肽序列。回想起十年以前， 和多肽序列。回想起十年以前，一个蛋白质化学家一年鉴 定两三个蛋白，而现在， 定两三个蛋白，而现在，蛋白质研究技术加上基因组提供 的信息使得一个科学家一个星期可以鉴定几百个蛋白。 的信息使得一个科学家一个星期可以鉴定几百个蛋白。 双向电泳技术、 双向电泳技术、计算机图像分析与大规模数据处理技术以 及质谱技术被称为蛋白质组研究的三大基本支撑技术。 及质谱技术被称为蛋白质组研究的三大基本支撑技术。