蛋白质组学新技术 共68页PPT资料
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蛋白质组学新技术 共68页PPT资料
蛋白质研究技术的革命：蛋白质组学
第三部分:荧光差异双向电泳
蛋白质组学常用的两大技术平台
IPGphor IEF Unit
DALT Six Unit
双向电泳原理
双向电泳法是O′Farrall和Klose分别在1975年根 据不同组份之间的等电点差异和分子量差异建立的。 1. 第一向等电聚焦：IEF是根据蛋白质的等电点 （pI）的不同而将他们分离的一种电泳技术。蛋白 质在环境pH 值低于pI 时带正电，高于pI 值时带负 电。在加上电压的情况下，蛋白质会向其最稳定的 状态即等电点位置移动。
蛋白质研究的复杂性
细胞周期信号转导图
传统的蛋白质研究方法中存在的问题
1.生命现象的发生往往是多因素的，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，并不像基因组那样基本固定不变。
随着人类基因组计划重点由结构基因组 到功能基因组的转移，生命科学开始进入后 基因组时代。
2019年 Gharbis 等巧妙的将所有实 验组的样品等 量混合为内标用在每块胶上。不久，Amresham公司 便将内标作为DIGE实验设计核心原则之一 ， 从而使 DIGE 发展成为更加趋于成熟的体系。
EttanTM DIGE 工作流程
混合内标样品 用 Cy2标记
Cy2
样品1
用Cy3标记
Cy3
疾病蛋白质组学：蛋白质组学用于研究疾 病发病机制便发展为疾病蛋白质组学。
“如果说人类基因组计划是把人类 送上了月球，那么蛋白质组计划将促使 人类成功返回地球；如果说人类基因组 计划是写满人类生命奥秘的天书，那么 蛋白质组计划便是解读这本天书的方 法”。贺福初院士用形象的比喻，是蛋 白质组学变得浅显易懂。
蛋白质的基本组件(共68张PPT)
对两个四面体配位的碳原子，“交错构象〞(stagged confromation)是能量上最有利的排布，其一个碳原子的取代基 正好处于另一个碳原子的两个取代基之间。侧链中的每一个这种 C原子，都有三种交错构象，它们彼此以120°旋转相关。
对已精确测定的蛋白质结构的分析显示，大多数氨基酸残基的 侧链都有一种或少数几种交错构象作为优势构象最经常出现在天然 蛋白质中，称为旋转异构体(rotamer)。目前，在国际上已经收集 这些优势构象，建立旋转异构体库，作为一种根本工具应用于蛋白 质结构的计算机模型构建中。
（1）根据氨基酸分子中烃基的不同可分为脂肪氨基酸、芳香氨 基酸和杂环氨基酸。
NH2 H3C CH COOH
NH2 COOH
脂肪氨基酸
芳香氨基酸
NH2 CH2 CH COOH
N H
杂环氨基酸
脂肪氨基酸
芳香氨基酸
在反式构型中，相邻C 原子之间有0. His is the only side chain that titrates near physiological pH. 肽键看似单键，但 C-N 键旁的 C=O 双键会与它产生共振，因此具有双键的性质； 因而在顺式肽构型中原子间的推斥力较大，能量上处于不利状态，其稳定性只有反式肽的千分之一。 组成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，其它氨基酸分子中 碳原子均为手性碳原子，因此都具有旋光性。 以肽键平面连接成多肽长链 对两个四面体配位的碳原子，“交错构象〞(stagged confromation)是能量上最有利的排布，其一个碳原子的取代基正好处于另一个碳原子的 两个取代基之间。 因而在顺式肽构型中原子间的推斥力较大，能量上处于不利状态，其稳定性只有反式肽的千分之一。
must approach each other very closely. Gly is more flexible than other
对已精确测定的蛋白质结构的分析显示，大多数氨基酸残基的 侧链都有一种或少数几种交错构象作为优势构象最经常出现在天然 蛋白质中，称为旋转异构体(rotamer)。目前，在国际上已经收集 这些优势构象，建立旋转异构体库，作为一种根本工具应用于蛋白 质结构的计算机模型构建中。
（1）根据氨基酸分子中烃基的不同可分为脂肪氨基酸、芳香氨 基酸和杂环氨基酸。
NH2 H3C CH COOH
NH2 COOH
脂肪氨基酸
芳香氨基酸
NH2 CH2 CH COOH
N H
杂环氨基酸
脂肪氨基酸
芳香氨基酸
在反式构型中，相邻C 原子之间有0. His is the only side chain that titrates near physiological pH. 肽键看似单键，但 C-N 键旁的 C=O 双键会与它产生共振，因此具有双键的性质； 因而在顺式肽构型中原子间的推斥力较大，能量上处于不利状态，其稳定性只有反式肽的千分之一。 组成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外，其它氨基酸分子中 碳原子均为手性碳原子，因此都具有旋光性。 以肽键平面连接成多肽长链 对两个四面体配位的碳原子，“交错构象〞(stagged confromation)是能量上最有利的排布，其一个碳原子的取代基正好处于另一个碳原子的 两个取代基之间。 因而在顺式肽构型中原子间的推斥力较大，能量上处于不利状态，其稳定性只有反式肽的千分之一。
must approach each other very closely. Gly is more flexible than other
蛋白质组学新技术68页PPT
蛋白质组学新技术
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等Байду номын сангаас才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等Байду номын сангаас才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
蛋白质组学介绍-PPT精选文档67页
• PTMs involving addition include:
• Acetylation - the addition of an acetyl group, usually at the N-terminus of the protein
• Alkylation - the addition of an alkyl group (e.g. methyl, ethyl)
• Or - A complete description of proteins expressed in any given cell at any given time
Proteomics
• A cellular proteome is the collection of proteins found in a particular cell type under a particular set of environmental conditions such as exposure to hormone stimulation
• This is due to:
• alternative splicing of genes
• post-translational modifications like glycosylation or Phosphorylation.
alternative splicing of genes
• PTMs involving addition include:
• Phosphopantetheinylation - the addition of a 4'phosphopantetheinyl moiety from coenzyme A, as in fatty acid, polyketide, non-ribosomal peptide and leucine biosynthesis
• Acetylation - the addition of an acetyl group, usually at the N-terminus of the protein
• Alkylation - the addition of an alkyl group (e.g. methyl, ethyl)
• Or - A complete description of proteins expressed in any given cell at any given time
Proteomics
• A cellular proteome is the collection of proteins found in a particular cell type under a particular set of environmental conditions such as exposure to hormone stimulation
• This is due to:
• alternative splicing of genes
• post-translational modifications like glycosylation or Phosphorylation.
alternative splicing of genes
• PTMs involving addition include:
• Phosphopantetheinylation - the addition of a 4'phosphopantetheinyl moiety from coenzyme A, as in fatty acid, polyketide, non-ribosomal peptide and leucine biosynthesis
蛋白质组学PPT课件
代谢性疾病蛋白质组学研究通过对糖尿病、肥胖症等代谢 性疾病相关蛋白质的分析，发现了一些与代谢过程密切相 关的关键蛋白质。这些蛋白质涉及糖代谢、脂肪代谢等多 个方面，为药物研发和个体化治疗提供了新的思路和靶点 。同时，对代谢性疾病蛋白质组学的研究也有助于深入了 解疾病的发病机制，为疾病的预防和治疗提供科学依据。
蛋白质组学揭示基因表达 的复杂性
蛋白质组学研究关注基因表达的最终产物蛋白质，揭示了基因表达的复杂性和多样性 。蛋白质的表达和功能受到多种因素的影响 ，如翻译后修饰、蛋白质相互作用等，这些
因素在基因组学研究中难以全面考虑。
蛋白质组学与代谢组学的关系
代谢组学为蛋白质组学提供上下文
代谢组学研究生物体内小分子代谢物的变化，为蛋白质组学提供了上下文和背景。蛋白 质的功能和表达往往与代谢物的变化相互关联，了解代谢物的变化有助于更深入地理解 Nhomakorabea02
蛋白质组学研究技术
蛋白质分离技术
双向凝胶电泳技术
通过改变电泳的pH值和电场强度， 将复杂的蛋白质混合物分离成多 个有序的蛋白质带，以便后续的 鉴定和分析。
蛋白质芯片技术
将蛋白质固定在固相支持物上， 通过与特定的配体或抗体相互作 用，实现对蛋白质的快速、高通 量筛选和检测。
蛋白质免疫沉淀技
术
利用抗体与目标蛋白质的特异性 结合，将目标蛋白质从复杂的混 合物中分离出来，常用于蛋白质 相互作用的研究。
详细描述
癌症蛋白质组学研究通过对癌症细胞和正常细胞蛋白 质表达谱的比较，发现了一系列与癌症发生发展相关 的关键蛋白质。这些蛋白质涉及细胞信号转导、细胞 周期调控、细胞凋亡等多个方面，为癌症治疗提供了 潜在的药物靶点。
案例二：神经退行性疾病蛋白质组学研究
课件：第六章 蛋白质组学技术
（尼龙膜： 480µg/cm2 ；硝酸纤维素膜：80µg/cm2 ）
特殊要求下的选择 目的蛋白与硝酸纤维膜的结合能力弱
需要更大的机械强度
的免疫学检测
• 封闭 • 靶蛋白与一抗反应 • 与二抗反应 • 显色
2021/11/16
14
二抗与底物反应显色
•辣根过氧化物酶法（HRP） •碱性磷酸酶法（AP） •化学发光显色法
2-DE 分离的可溶性 E. coli 蛋白
2021/11/16
26
双向电泳特点
• 优点：高分辨率 • 缺点：
– 低丰度蛋白质 – 极酸或极碱蛋白质 – 极大或极小的蛋白质 – 难溶蛋白质
2021/11/16
27
生物质谱技术
2021/11/16
28
质谱分析（mass spectrometry,MS）
2021/11/16
9
2021/11/16
10
2021/11/16
11
转膜：负极到正极，依次放海绵，滤纸，凝 胶，硝酸纤维膜， 滤纸，海绵
380mA 30分钟
2021/11/16
12
转膜
硝酸纤 维素膜
价格便宜
简单快速封闭非特异性抗体结合
膜的选择
封闭非特异性抗体结合麻烦
尼龙膜
价格昂贵
需要更高的蛋白结合率
现、同源蛋白质比较、蛋白质加工修饰分析。 2、蛋白质组功能模式（作用）的研究 • 基因产物识别、基因功能鉴定、基因调控机制分析。 • 重要生命活动的分子机制（如细胞周期、分化与发
育、环境反应与调节等）。
• 医药靶分子的寻找和分析（包括新药靶分子、肿瘤 分子标记、人体病理介导分子等）。
2021/11/16
特殊要求下的选择 目的蛋白与硝酸纤维膜的结合能力弱
需要更大的机械强度
的免疫学检测
• 封闭 • 靶蛋白与一抗反应 • 与二抗反应 • 显色
2021/11/16
14
二抗与底物反应显色
•辣根过氧化物酶法（HRP） •碱性磷酸酶法（AP） •化学发光显色法
2-DE 分离的可溶性 E. coli 蛋白
2021/11/16
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双向电泳特点
• 优点：高分辨率 • 缺点：
– 低丰度蛋白质 – 极酸或极碱蛋白质 – 极大或极小的蛋白质 – 难溶蛋白质
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生物质谱技术
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质谱分析（mass spectrometry,MS）
2021/11/16
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转膜：负极到正极，依次放海绵，滤纸，凝 胶，硝酸纤维膜， 滤纸，海绵
380mA 30分钟
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转膜
硝酸纤 维素膜
价格便宜
简单快速封闭非特异性抗体结合
膜的选择
封闭非特异性抗体结合麻烦
尼龙膜
价格昂贵
需要更高的蛋白结合率
现、同源蛋白质比较、蛋白质加工修饰分析。 2、蛋白质组功能模式（作用）的研究 • 基因产物识别、基因功能鉴定、基因调控机制分析。 • 重要生命活动的分子机制（如细胞周期、分化与发
育、环境反应与调节等）。
• 医药靶分子的寻找和分析（包括新药靶分子、肿瘤 分子标记、人体病理介导分子等）。
2021/11/16
蛋白质组学研究技术-PPT精品文档
二维凝胶电泳（2-DE）—目前唯一能将 数千种蛋白质同时分离与展示的分离技 术 工作原理是根据蛋白质的两个一级属性： 等电点和分子量的特异性，将蛋白质混 合物通过等电聚焦电泳（IEF）和聚丙烯 酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE），在两个水 平上进行分离。 1975年首先由O’Farrell等创立
2019/7/11
2019/7/11
21
第一节 概述
蛋白质组学研究范围及意义
表达蛋白质组学研究 选择具有重要生物学意义且已完成DNA测
序的生物体，鉴定出生物体/某种组织（细胞） 所表达的全部蛋白质，建立其蛋白质表达谱数 据库。 进展较快的领域：一些重要的疾病及微生物组。 有难度的领域：估计人类的蛋白质组由50万个 蛋白质组成，真核生物细胞表达的蛋白质也超 出1万个
2019/7/11
9
第一节 概述
2019成立了中国人类蛋白质组组织 （CHHUPO），并分别于2019年9月、 2019年8月以及2019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，2019年10月在中国北京召 开了第三届国际蛋白质组学会议。
2019/7/11
10
第一节 概述
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。
第一节 概述
基因与其编码产物蛋白的非线性关系
mRNA水平的基因表达研究取得进展，但 mRNA与蛋白质间的相关系数仅为0.4～0.5， mRNA的种类与含量不能代表蛋白质的种类与 含量。支原体的蛋白质数目较基因多24%，对 于人，蛋白质的数目至少多3倍。 蛋白质自身特点难以从DNA和mRNA水平得到 解答：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
蛋白质组学及技术介绍PPT通用课件.ppt
拖尾"point streaking") 。
3.二相SDS-PAGE
丙烯酰胺/甲叉双丙烯 酰胺溶液
分离胶缓冲液
10%（w/v）过硫酸铵 溶液
（30.8%T，2.6%C）：30%（W/V）丙烯酰胺和 0.8%甲叉双丙烯酰胺的水溶 液。将 300g 丙烯酰胺和 8g 甲叉双丙烯酰胺溶解于去离子水中，最后用去离
研究 内容
蛋白质的研究内容主要有两方面：
1、结构蛋白质组学：主要是蛋白质表达模型的研究，包括蛋白质氨基酸序列 分析及空间结构的解析种类分析及数量确定; 2、功能蛋白质组学：主要是蛋白质功能模式的研究，包括蛋白质功能及蛋白 质间的相互作用。
研究 内容
蛋白质组学可分为三个主要领域： 1、蛋白质的微特性以供蛋白质的规模化鉴定和他们的后翻译饰； 2、“差异显示”蛋白质组学供蛋白质水平与疾病在广泛范围的有力应用比 较； 3、应用特定的分析技术如质谱法（包括串联质谱法、生物质谱法）或酵母 双杂交系统以及其他蛋白质组学研究新技术研究蛋白质-蛋白质相互作用。
该方法所研究的蛋白均是在体内经过翻译后修饰的，并且是可 分离的天然状态的相互作用蛋白复合物，能够反映正常生理条件下的 蛋白质间相互作用
蛋白质相互作用
2、酵母双杂交系统：
该系统利用真核细胞调控转录起始过程中，DN A结合结构域(binding domain,BD)识别DNA上的特异序列并使转录激活结构域(activation domain, AD)启动所调节的基因的转录这一原理，将己知蛋白X和待研究蛋白Y的基 因分别与编码AD和BD的序列结合，通过载体质粒转入同一酵母细胞中表 达，生成两个融合蛋白。若蛋白X和Y可以相互作用，则AD和BD在空间上 接近就能形成完整的有活性的转录因子，进而启动转录，表达相应的报告 基因;反之，如果X和Y之间不存在相互作用，报告基因就不会表达。这样， 通过报告基因的表达与否，便可确定是否发生了蛋白质的相互作用。
3.二相SDS-PAGE
丙烯酰胺/甲叉双丙烯 酰胺溶液
分离胶缓冲液
10%（w/v）过硫酸铵 溶液
（30.8%T，2.6%C）：30%（W/V）丙烯酰胺和 0.8%甲叉双丙烯酰胺的水溶 液。将 300g 丙烯酰胺和 8g 甲叉双丙烯酰胺溶解于去离子水中，最后用去离
研究 内容
蛋白质的研究内容主要有两方面：
1、结构蛋白质组学：主要是蛋白质表达模型的研究，包括蛋白质氨基酸序列 分析及空间结构的解析种类分析及数量确定; 2、功能蛋白质组学：主要是蛋白质功能模式的研究，包括蛋白质功能及蛋白 质间的相互作用。
研究 内容
蛋白质组学可分为三个主要领域： 1、蛋白质的微特性以供蛋白质的规模化鉴定和他们的后翻译饰； 2、“差异显示”蛋白质组学供蛋白质水平与疾病在广泛范围的有力应用比 较； 3、应用特定的分析技术如质谱法（包括串联质谱法、生物质谱法）或酵母 双杂交系统以及其他蛋白质组学研究新技术研究蛋白质-蛋白质相互作用。
该方法所研究的蛋白均是在体内经过翻译后修饰的，并且是可 分离的天然状态的相互作用蛋白复合物，能够反映正常生理条件下的 蛋白质间相互作用
蛋白质相互作用
2、酵母双杂交系统：
该系统利用真核细胞调控转录起始过程中，DN A结合结构域(binding domain,BD)识别DNA上的特异序列并使转录激活结构域(activation domain, AD)启动所调节的基因的转录这一原理，将己知蛋白X和待研究蛋白Y的基 因分别与编码AD和BD的序列结合，通过载体质粒转入同一酵母细胞中表 达，生成两个融合蛋白。若蛋白X和Y可以相互作用，则AD和BD在空间上 接近就能形成完整的有活性的转录因子，进而启动转录，表达相应的报告 基因;反之，如果X和Y之间不存在相互作用，报告基因就不会表达。这样， 通过报告基因的表达与否，便可确定是否发生了蛋白质的相互作用。
蛋白质组学ppt
电转印到膜上
图像分析
Western blot检测
选择目标蛋白斑点，胶内酶切
质谱分析（MALDI/TOF或ESI/MS/MS）
获得肽质量指纹谱或肽序列标签
数据库检索鉴定蛋白质
Western blot、 免疫组化验证 蛋白质并确定 其定位
根据氨基酸序 列合成寡核苷 酸探针，克隆 基因
蛋白质功能研究，包 括蛋白质生物活性、 抗体制备、蛋白质相 互作用等方面
7
3.2.3 蛋白质组研究技术
一、双向凝胶电泳技术 二、液相色谱技术 三、生物质谱技术与蛋白质鉴定 四、蛋白质相互作用的研究技术
8
一、双向凝胶电泳技术 （一）2-DE的概念 two dimensional gel electrophoresis
• 2-DE是指第一向的固相pH梯度（immobilized pH gradient，IPG）等电聚焦电泳与第二向SDSPAGE组成的分离系统，也称双向聚丙烯酰胺凝 胶电泳，简称2-DE。等电聚焦电泳是基于蛋白质 等电点（pI）的差异进行分离，SDS-PAGE则是 根据蛋白质分子量（Mw）的不同进行分离。
22
（三）双向凝胶电泳图谱的计算机分析 • 细胞或组织样本经2-DE分离后，得到一张含有成
百上千个蛋白质斑点的凝胶电泳图谱。凝胶图谱 分析包括确定蛋白质斑点的位置、大小、染色深 浅、pI和分子量；图谱间的比较、差异蛋白质斑 点的确定；图谱质量的优化、数据的储存管理、 数据库分析等内容。借助先进的计算机技术和生 物信息学工具，能客观、有效地从电泳图谱中提 取到有价值的信息。
记等
19
（一）考马斯亮蓝染色
考马斯亮蓝染色是最常用的蛋白质染色 方法。考马斯亮蓝R-250化学名为三苯基甲 烷，R代表红蓝色。考马斯亮蓝R-250与蛋 白质的碱性基团可逆结合，染色线性范围 可达1～55μg，灵敏度为30～100ng蛋白质 。考马斯亮蓝染色的最大优点是染色重复 性好，操作简便，不影响后续的质谱鉴定 ，灵敏度比常用的氨基黑高100倍，但低于 银染色和荧光染色，不能满足对低丰度蛋 白质的检测要求，样品用量大。
蛋白质组学及技术介绍通用课件
详细描述
蛋白质组学技术可以对蛋白质相互作用进行系统研究，发现新的药物靶点，并对药物作用过程中蛋白 质的应答变化进行监测，从而对新药进行有效的筛选和评价。同时，蛋白质组学还可以用于研究药物 的作用机制，解析药物在体内的生物过程，为新药的研发提供重要的理论支持。
生物进化研究
总结词
蛋白质组学在生物进化研究中的应用主要表 现在对不同物种间蛋白质结构和功能的比较 分析，揭示生物进化的规律和机制。
动物实验伦理
减少动物使用
尽量采用其他替代方法，减少动物的使用数量和痛苦。
优化实验方案
在必须使用动物的情况下，应优化实验方案，尽量减少动物的痛苦 和死亡。
严格遵循法律法规
遵守国家和地区的动物保护法律法规，确保实验的合法性。
数据共享与知识产权保护
数据共享
鼓励在学术领域内共享数据，促进科研合作和知识进步。
详细描述
蛋白质组学通过对不同物种间相似蛋白质的 同源性进行分析，可以发现物种间的亲缘关 系和进化历程。同时，蛋白质组学还可以通 过对蛋白质结构和功能的比较分析，发现物 种间在适应环境变化过程中产生的蛋白质变 异和进化机制。这些研究对于深入理解生物
进化的过程和机制具有重要意义。
04
蛋白质组学研究展望
通过测定蛋白质的氨基酸序列，确定蛋白质的组成和 结构。
质谱分析
通过测量蛋白质离子的质量和电荷比值，推断蛋白质 的分子量和肽链组成。
数据库搜对，确定蛋白质的身份。
蛋白质定量技术
同位素标记技术
01
通过同位素标记目标蛋白质，利用其与未标记蛋白质在质谱中
鉴定蛋白质之间的相互作用关系，了解蛋白 质的功能网络。
蛋白质修饰分析
研究蛋白质的翻译后修饰，如磷酸化、糖基 化、乙酰化等，以揭示其调控机制。
蛋白质组学技术可以对蛋白质相互作用进行系统研究，发现新的药物靶点，并对药物作用过程中蛋白 质的应答变化进行监测，从而对新药进行有效的筛选和评价。同时，蛋白质组学还可以用于研究药物 的作用机制，解析药物在体内的生物过程，为新药的研发提供重要的理论支持。
生物进化研究
总结词
蛋白质组学在生物进化研究中的应用主要表 现在对不同物种间蛋白质结构和功能的比较 分析，揭示生物进化的规律和机制。
动物实验伦理
减少动物使用
尽量采用其他替代方法，减少动物的使用数量和痛苦。
优化实验方案
在必须使用动物的情况下，应优化实验方案，尽量减少动物的痛苦 和死亡。
严格遵循法律法规
遵守国家和地区的动物保护法律法规，确保实验的合法性。
数据共享与知识产权保护
数据共享
鼓励在学术领域内共享数据，促进科研合作和知识进步。
详细描述
蛋白质组学通过对不同物种间相似蛋白质的 同源性进行分析，可以发现物种间的亲缘关 系和进化历程。同时，蛋白质组学还可以通 过对蛋白质结构和功能的比较分析，发现物 种间在适应环境变化过程中产生的蛋白质变 异和进化机制。这些研究对于深入理解生物
进化的过程和机制具有重要意义。
04
蛋白质组学研究展望
通过测定蛋白质的氨基酸序列，确定蛋白质的组成和 结构。
质谱分析
通过测量蛋白质离子的质量和电荷比值，推断蛋白质 的分子量和肽链组成。
数据库搜对，确定蛋白质的身份。
蛋白质定量技术
同位素标记技术
01
通过同位素标记目标蛋白质，利用其与未标记蛋白质在质谱中
鉴定蛋白质之间的相互作用关系，了解蛋白 质的功能网络。
蛋白质修饰分析
研究蛋白质的翻译后修饰，如磷酸化、糖基 化、乙酰化等，以揭示其调控机制。
蛋白质组学PPT课件
功能蛋白质组学 结构蛋白质组学
.
11
人类蛋白质组学研究进展
2001年成立国际人类蛋白质组组织（HUPO）， 2003.12.15启动两个首批行动计划 1.人类肝脏蛋白质组计划（HLPP）由中国军事医学科学
院副院长贺福初院士领导，16国80多个实验室参加。 中国第一次领导重大国际协作计划。 2. 人类血浆蛋白质组计划（HPPP）由美国科学家牵头， 13国47个实验室参加。
双向电泳后的凝胶
经染色后蛋白呈现二维
分布图： 水平方向反映出蛋
白在pI上的差异， 垂直方向反映出它
聚焦后凝 胶放置在 SDS凝胶 上，进行 第二向电 泳
们在分子量上的差别。
第二向电泳： SDS-PAGE
pH9
.
pH9
pH3
分子量大 分子 量小
pH3
18
(1)等电聚焦 凝胶电泳 （ IFE）
利用载体两 性电解质在电场 作用下沿电场方 向在凝胶内形成 一个连续而稳定 的pH梯度。
根据一定的配方计算后，将适宜的IPG试剂添加至混 合物中用于凝胶聚合，在聚合中缓冲基团通过乙烯键共 价聚合至聚丙烯酰胺骨架中而形成pH梯度。通过这种方 式生成的IPG不会发生电渗作用，因而可以进行特别稳 定的IEF分离达到真正的平衡状态。
.
5
第一节 蛋白质组及蛋白质组学基本概念
.
6
什么是蛋白质组？
蛋白质组(proteome)：
PROTEOME = PROTE in +genOME Proteins expressed by a genome.
是指“特定细胞、组织乃至机体作为一个 生命单元中所有蛋白质的集合，即生命体中携 带的基因信息在某一时段所表达的全部蛋白质。
蛋白质组学PPT课件
蛋白质组定义
1，基因组表达的全部蛋白质。 2，在一种细胞/组织内存在的全部蛋白 质。
Proteome
• 1994 M.Wilkins and K.W.Williams
•
Macquarie University in Sydney
• Total Proteins Complement of a Genome
环境
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
REAL COMPLEXITY…
IS IN CELLULAR ROTEOMES • BEYOND THE GENOME… • Tissue Specific Expression • Alternate Splicing, (1/3 of all genes) • Post-Translational Modifications
Functional
Proteomics
• During human development, cell express different proteins
• Normal and cancer cells express different proteins
• Cell treated with and without drug express different proteins
– Types and Level:
– Signal Sequence cleavage – Glycosylation
– Phosphorylation – Farnylation – Isoprenylation – Acetylation
• All combine > 100-1000 fold increase in complexity
生物科技的蛋白质组学课件
蛋白质组学在生态毒理学中应用：蛋白 质组学可以研究污染物对生物体毒害作 用，揭示污染物对生态系统的影响和危
害。
05
高灵敏度蛋白质组学技术 蛋白质组学大数据分析技术 人工智能在蛋白质组学中的应用 蛋白质组学新技术和新方法
蛋白质组学数据 量巨大
需要高效的数据 挖掘和分析方法
结合人工智能和 机器学习等技术 进行自动化解读
蛋白质组学在植物抗病抗虫中的应用：研究植物 在病菌、害虫侵袭下的蛋白质响应机制，为培育 抗病抗虫的作物品种提供理论依据。
蛋白质组学在转基因作物安全性评估中的应用： 通过对转基因作物蛋白质表达模式的研究，评估 转基因作物的安全性和潜在风险。
蛋白质组学在土壤微生物研究中的应用：分析土 壤中微生物的蛋白质组学特征，帮助了解土壤生 态系统的运行机制以及与植物的相互作用关系。
未来将实现更高 效的数据挖掘和 分析方法
蛋白质组学与生物信息学结合，实现数据驱动研究 蛋白质组学与医学、药学等多学科交叉，拓展应用领域 蛋白质组学与计算机科学融合，开发新型数据分析方法 国际合作与交流，促进蛋白质组学研究的发展
06
疾病诊断与治疗：更精确的诊断和个性化治疗 药物研发：加速新药研发，提高药物疗效 农业生物技术：改善作物品质，提高农业生产效率 环境保护：监测环境污染，修复生态系统
基于生物信息学的蛋白质组学 技术的优势。
基于生物信息学的蛋白质组学 技术的挑战及解决策略。
03
早期诊断：通过蛋白质表达图谱，识别疾病早期阶段的生物标志物 预后预测：根据蛋白质表达谱，预测疾病的进展和预后 药物靶点：蛋白质组学研究有助于发现新的药物靶点，为新药研发提供基础 个性化医疗：蛋白质组学可用于个体化诊断和预测，实现个性化治疗和精准医疗。
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蛋白质组学(Proteomics) ：是通过大规 模研究蛋白质的表达水平的变化、翻译后修饰、 蛋白质与蛋白质之间的相互作用，以获取蛋白 质水平上疾病变化、细胞进程及蛋白质网络相 互作用的整体综合信息的科学研究。
疾病蛋白质组学：蛋白质组学用于研究疾 病发病机制便发展为疾病蛋白质组学。
“如果说人类基因组计划是把人类 送上了月球，那么蛋白质组计划将促使 人类成功返回地球；如果说人类基因组 计划是写满人类生命奥秘的天书，那么 蛋白质组计划便是解读这本天书的方 法”。贺福初院士用形象的比喻，是蛋 白质组学变得浅显易懂。
1.生命现象的发生往往是多因素的，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，并不像基因组那样基本固定不变。
随着人类基因组计划重点由结构基因组 到功能基因组的转移，生命科学开始进入后 基因组时代。
研究基因终产物及生命活动直接功能执行 者蛋白质的科学-蛋白质组学（Proteomics） 应运而生。
2019年， 《Nature》 、《Science》杂志分别 发表了“And now for the proteome”和 “Proteomics in Genome land”，把蛋白质组 学列为21世纪六大研究热点之一。
2019年，有美国成立了国际人类蛋白质组研究 组织（HPO），并制定了人类蛋白质组计划 （Human proteome project，HPP）。
蛋白质研究技术的革命：蛋白质组学
第三部分:荧光差异双向电泳
蛋白质组学常用的两大技术平台
IPGphor IEF Unit
DALT Six Unit
双向电泳原理
双向电泳法是O′Farrall和Klose分别在1975年根 据不同组份之间的等电点差异和分子量差异建立的。 1. 第一向等电聚焦：IEF是根据蛋白质的等电点 （pI）的不同而将他们分离的一种电泳技术。蛋白 质在环境pH 值低于pI 时带正电，高于pI 值时带负 电。在加上电压的情况下，蛋白质会向其最稳定的 状态即等电点位置移动。
2019年4月14日，科学家宣布人类基因组计划 已经顺利完成，99%的人类遗传密码被破译， 人类基因组图谱提前2年完成。蛋白质组学被 进一步提上日程。
蛋白质组最早是由澳大利亚Macquarie 大 学的Wilkins和 Williams在1994年的意大利举 办的双向电泳会议上首次提出来的。
Proteome一词由“蛋白质（PROTEin）” 与“基因组（genOME）”杂合而成，对于 “基因组学（Genomics）”,“蛋白质组学”定 义为一个基因组所表达的全套蛋白质。由 Proteome进一步派生出Proteomics。
系统生物学是研究一个生物系统中 所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质 等）的构成，以及在特定条件下这些组 分间的相互关系的学科 。
基因组 转录组
合成生物学
蛋白质组 相互作用组
数据整合
模型构建
代谢组
系统干涉
表型组
组学实验
理论计算
系统生物学研究的两大技应用系统生物学的方法可以预测药物的 作用机制、病人对药物的应答，包括毒副作用 和疗效等。
蛋白质组学的研究内容
1.蛋白质：蛋白质组作图、蛋白质组成 分鉴定、蛋白质差异显示、同工体比较、 新型蛋白质发掘和数据库构建。
2.基因：完善功能基因组计划。 3.重要生命活动的分子机制：细胞周期、
肿瘤的发生发展、物种进化等。 4.医药靶分子的寻找与分析：新型药物
靶标、肿瘤恶性标志物。
双向电泳原理
2. 第二向SDS-PAGE：SDS －PAGE是根据蛋白 和多肽的分子量大小将其分离的。它是在含有 十二烷基硫酸钠(SDS)的聚丙烯酰胺凝胶中进 行的。由于SDS 掩蔽了蛋白本身所带的电荷， 同时形成了阴离子复合物，使单位质量的蛋白 带有大约相等的阴离子电荷。
SDS
第一向等点聚焦系统组件
蛋白质组学新技术-DIGE
主讲：胡水旺 南方医科大学病理生理学教研室
E-mail：hushuiwang163 QQ:493448858 2019年9月
第一部分：背景知识
生命科学研究的目标
寻找生命活动的起源及奥秘， 解释及探索生命活动的一般规律， 改善人类生活质量，延长人类寿命。
系统生物学
例如，美国纽约基因网络科学公司 （Gene Network Sciences）构建了一种人类癌 细胞模型，该模型内含有500多种基因和蛋白 质，可将以前分别孤立研究的生物过程联系在 一起，利用该生物网络模型，能够更好地理解 细胞的生物学行为。
第二部分：蛋白质组学的兴起
解析疾病机制手段的改进:DNA Protein
蛋白质研究的复杂性
转录水平调控
蛋白质表达调控 翻译水平调控
翻译后水平调控 蛋白质存在复杂的翻译后修饰，作为生命功能 的直接行使者，它比基因更能直接地反映生理过程 及其变化。 蛋白质相互作用及空间构向等问题是生命现象 复杂性的真实体现。
蛋白质研究的复杂性
细胞周期信号转导图
传统的蛋白质研究方法中存在的问题
Ettan IPGphorⅢ等电聚焦系统包括： 1.Immobiline DryStrip干胶条，含固相pH梯度， 通常称为IPG胶条； 2.两种胶条固定附件——Manifold 胶条槽和固 定长度式胶条槽； 3.Ettan IPGphor Ⅲ电泳仪，包括一个高压直 流电源、珀耳帖（Peltier）固相温控装置、和
蛋白质组学的研究任务
1.诠释基因功能； 2.寻找功能蛋白质：如LPS刺激； 3.研究生理和病理现象:如肿瘤； 4.开发蛋白质资源：如EPO、胰岛素等； 5.进行基础研究：如贺福初院士领衔的
“国际人类肝脏蛋白质组计划”。
背景知识
蛋白质组学的研究的机遇和挑战： 机遇：基因组计划的快速进行，大量基 因序列和EST的确定为蛋白质的快速鉴 定提供了良好的基础。 挑战：从单一蛋白质的研究转变到细胞 和组织的整体蛋白质研究，在理论和技 术上提出了挑战。