化学蛋白质组学
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• 化学蛋白质组学利用化学小分子直接从功能角度切入蛋白 质组的研究，有别于以往的主要以蛋白质定性定量鉴定为 基础的蛋白质组学技术，因此，被认为是很有前途的新一 代功能蛋白质组学技术(function-based proteomics)。
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一，化学蛋白质组学的研究方法
• 蛋白质组学从整体上对体系内蛋白质进行研究， 常见3种研究模式：
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wk.baidu.com
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2，基质辅助激光解吸电离-飞行 时间质谱技术
• 基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱测量法以 多肽质量/电荷比为依据同数据库资料进行比较, 进而对蛋白质进行鉴定。此法通常被称为肽质量 指纹法。
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3，色谱与质谱联用技术
• 将色谱技术与新型质谱技术相结合,可有效地克服双向 凝胶电泳/质谱的不足,确保了分析的准确性。
• 蛋白质组学研究任一物种的基因组编码的全套 蛋白质,它通常是高通量的,在进行蛋白质功能 预测和结构分析时,生物信息学就成为蛋白质 组学研究的核心技术之一。
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• 常用几种软件进行分析。
• PeptIdent是以肽质量指纹谱数据鉴定蛋白质的查询软 件,是将数据库中的所有蛋白质用我们选定的酶进行 “理论消化”形成肽片段,计算其理论肽段质量,建立索 引,然后再与输入的实验数据进行对比,按实验数据匹配 数的多少排列并输出匹配结果。蛋白质的等电点、分子 量和种属可以详细限制候选蛋白,减少假阳性误差。
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• 而化学在这里再一次与生物学的最新发展融合，形成新的 交叉研究领域-化学蛋白质组学(chemical proteomics)。 化学蛋白质组学是一个目前仍在不断扩展中的全新领域， 学术界至今对其尚未有确切定义。一定程度上，化学蛋白 质组学可以理解为“化学加蛋白质组学”。
• 具体地说，由于大多数蛋白质的功能直接依赖于小分子配 体与靶蛋白的结合步骤，因此，利用能够与靶蛋白质特异 作用的化学小分子来扰动和探测蛋白质组，有可能在蛋白 质组的整体水平上，揭示感兴趣的特定蛋白质的功能以及 它们与化学小分子的相互作用｡
第五节 化学蛋白质组学
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• 人类基因组计划的顺利实施，使生命科学研究的重心逐渐转移到对生物 功能的整体研究上。对生物功能的主要体现者或执行者--蛋白质的表达 模式和功能模式的研究必然成为生命科学发展的趋势。
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• 在20世纪90年代中期，国际上萌发了一门研究 细胞内各种蛋白质的组成及其活动规律的新兴 学科--蛋白质组学(proteomics)。
（一）蛋白质组学的基本技术流程
• 目前，蛋白质组 学研究通常有三 个步骤：第一， 运用双向电泳技 术分离样品中的 蛋白质；第二， 应用质谱技术鉴 定通过双向电泳 分离出来的蛋白 质；第三，应用 生物信息学技术 存储、处理、比 较获得的数据。
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1，双向聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 1975年O’farrell和Klose首先在两个实验室分别建立 了双向聚丙烯酰胺凝胶电泳技术(two dimensional polyacrylamide gel electrophoresis，2-DE电泳)， 其基本原理是利用不同蛋白质具有不同等电点(pI)和不 同分子量大小的特点将它们分离。
• 他们将高分辨率的等电聚集电泳(isoelectrofocusing， IEF)和SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)联合组成 双向电泳，第一向为IEF，采用经典的两性电解质载体 在电流作用下形成pH梯度，依据pI的不同进行分离； 第二向利用SDS-PAGE根据分子量大小进行分离。
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• 化学蛋白质组学的主要任务在于，发展和应用具 有生物活性的靶向探针，用于复杂的蛋白质组中 的特异性酶或蛋白质家族的功能研究。小分子与 细胞内靶蛋白质的相互作用，是很多蛋白质生物 功能的基础。这种相互作用强弱不一，既可以是 可逆的，也可以是不可逆的；可以是单靶点的， 也可以是同时作用于多个靶蛋白的。
• 生物体(细胞､组织等)蛋白质组的所有蛋白质经化 学小分子处理前后的差异蛋白质组展示 (proteome profiling)，可以用来研究这种相互 作用。对化学学科而言，通过功能蛋白质组学的 研究服务于人类的健康，促进分子医学的发展， 如寻找先导药物以及药物的靶分子是其重要的目 标。
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• MS-Fit和Mascot软件利用了MOWSE得分法,特别考 虑数据库中肽段分布频率的问题。Mascot软件还把 MOWSE得分转换为绝对概率,减少结果的不确定性。
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蛋白质组学相关网站
• http://www.proteomeworks.bio-rad.com 蛋白质组研究技 术、信息等。 http://www.proteinpathways.com 从新药开发角度，发现 新蛋白及新作用。 http://www.proteome.med.umich.edu 可以找到蛋白质组 研究相关企业、各 种仪器来源、新闻等。 http://www.proteome.co.uk 各种蛋白质组研究相关信息 http://www.micromass.co.uk 介绍蛋白质鉴定的先进仪器 http://www.expasy.ch 蛋白质鉴定专家系统，Swiss Institute of Bioinformatics http://expasy.proteome.org.au 蛋白质鉴定专家系统， Australian Proteome Analysis Facility http://expasy.cbr.nrc.ca 蛋白质鉴定专家系统，Canadian Bioinformatics Resours
• 蛋白质组(proteome)这一概念是1995年由澳大 利亚学者最先提出来的，源于蛋白质 （protein）与 基因组（genome）两个词的杂 合，指的在一个特定的时间和空间内，一个基 因组､一种细胞组织或一种生物体所表达的全 部蛋白质。
• 对蛋白质组问题的研究称之为蛋白质组学 (proteomics)，主要是在整体水平上研究细胞 内蛋白质的组成及其活动规律。
• 首先对蛋白质混合物进行酶切得到混合肽段,然后通过 强离子交换反相色谱柱进行多次分离,并连用液相色谱串联质谱分析肽段,而且通过核素标记肽段的技术实现 蛋白定量分析。分离后的产品离子得到完好地扫描,连 用分析肽段,可以区分待测蛋白质和其他类似物。
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4，信息查询
• 生物信息学(Bioinformatics)是生物与计算机 以及应用数学相互结合而形成的一门新兴学科。 它通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、 检索与分析,达到解释数据所蕴含的生物学意 义的目的。
• 第1种是检测蛋白质组理化参数的“完全蛋白 质组学”；
• 第2种是差异蛋白质组学，主要通过比较分析 不同状态下蛋白质表达图谱，实现对体系内代 谢调控的动态监测，从而更易于揭示机体对内 外界环境变化产生反应的本质规律；
• 第3种主要是蛋白质功能模式的研究，包括蛋 白质的功能及蛋白质间的相互作用。
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一，化学蛋白质组学的研究方法
• 蛋白质组学从整体上对体系内蛋白质进行研究， 常见3种研究模式：
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2，基质辅助激光解吸电离-飞行 时间质谱技术
• 基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱测量法以 多肽质量/电荷比为依据同数据库资料进行比较, 进而对蛋白质进行鉴定。此法通常被称为肽质量 指纹法。
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3，色谱与质谱联用技术
• 将色谱技术与新型质谱技术相结合,可有效地克服双向 凝胶电泳/质谱的不足,确保了分析的准确性。
• 蛋白质组学研究任一物种的基因组编码的全套 蛋白质,它通常是高通量的,在进行蛋白质功能 预测和结构分析时,生物信息学就成为蛋白质 组学研究的核心技术之一。
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• 常用几种软件进行分析。
• PeptIdent是以肽质量指纹谱数据鉴定蛋白质的查询软 件,是将数据库中的所有蛋白质用我们选定的酶进行 “理论消化”形成肽片段,计算其理论肽段质量,建立索 引,然后再与输入的实验数据进行对比,按实验数据匹配 数的多少排列并输出匹配结果。蛋白质的等电点、分子 量和种属可以详细限制候选蛋白,减少假阳性误差。
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• 而化学在这里再一次与生物学的最新发展融合，形成新的 交叉研究领域-化学蛋白质组学(chemical proteomics)。 化学蛋白质组学是一个目前仍在不断扩展中的全新领域， 学术界至今对其尚未有确切定义。一定程度上，化学蛋白 质组学可以理解为“化学加蛋白质组学”。
• 具体地说，由于大多数蛋白质的功能直接依赖于小分子配 体与靶蛋白的结合步骤，因此，利用能够与靶蛋白质特异 作用的化学小分子来扰动和探测蛋白质组，有可能在蛋白 质组的整体水平上，揭示感兴趣的特定蛋白质的功能以及 它们与化学小分子的相互作用｡
第五节 化学蛋白质组学
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• 人类基因组计划的顺利实施，使生命科学研究的重心逐渐转移到对生物 功能的整体研究上。对生物功能的主要体现者或执行者--蛋白质的表达 模式和功能模式的研究必然成为生命科学发展的趋势。
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• 在20世纪90年代中期，国际上萌发了一门研究 细胞内各种蛋白质的组成及其活动规律的新兴 学科--蛋白质组学(proteomics)。
（一）蛋白质组学的基本技术流程
• 目前，蛋白质组 学研究通常有三 个步骤：第一， 运用双向电泳技 术分离样品中的 蛋白质；第二， 应用质谱技术鉴 定通过双向电泳 分离出来的蛋白 质；第三，应用 生物信息学技术 存储、处理、比 较获得的数据。
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1，双向聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 1975年O’farrell和Klose首先在两个实验室分别建立 了双向聚丙烯酰胺凝胶电泳技术(two dimensional polyacrylamide gel electrophoresis，2-DE电泳)， 其基本原理是利用不同蛋白质具有不同等电点(pI)和不 同分子量大小的特点将它们分离。
• 他们将高分辨率的等电聚集电泳(isoelectrofocusing， IEF)和SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)联合组成 双向电泳，第一向为IEF，采用经典的两性电解质载体 在电流作用下形成pH梯度，依据pI的不同进行分离； 第二向利用SDS-PAGE根据分子量大小进行分离。
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• 化学蛋白质组学的主要任务在于，发展和应用具 有生物活性的靶向探针，用于复杂的蛋白质组中 的特异性酶或蛋白质家族的功能研究。小分子与 细胞内靶蛋白质的相互作用，是很多蛋白质生物 功能的基础。这种相互作用强弱不一，既可以是 可逆的，也可以是不可逆的；可以是单靶点的， 也可以是同时作用于多个靶蛋白的。
• 生物体(细胞､组织等)蛋白质组的所有蛋白质经化 学小分子处理前后的差异蛋白质组展示 (proteome profiling)，可以用来研究这种相互 作用。对化学学科而言，通过功能蛋白质组学的 研究服务于人类的健康，促进分子医学的发展， 如寻找先导药物以及药物的靶分子是其重要的目 标。
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• MS-Fit和Mascot软件利用了MOWSE得分法,特别考 虑数据库中肽段分布频率的问题。Mascot软件还把 MOWSE得分转换为绝对概率,减少结果的不确定性。
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蛋白质组学相关网站
• http://www.proteomeworks.bio-rad.com 蛋白质组研究技 术、信息等。 http://www.proteinpathways.com 从新药开发角度，发现 新蛋白及新作用。 http://www.proteome.med.umich.edu 可以找到蛋白质组 研究相关企业、各 种仪器来源、新闻等。 http://www.proteome.co.uk 各种蛋白质组研究相关信息 http://www.micromass.co.uk 介绍蛋白质鉴定的先进仪器 http://www.expasy.ch 蛋白质鉴定专家系统，Swiss Institute of Bioinformatics http://expasy.proteome.org.au 蛋白质鉴定专家系统， Australian Proteome Analysis Facility http://expasy.cbr.nrc.ca 蛋白质鉴定专家系统，Canadian Bioinformatics Resours
• 蛋白质组(proteome)这一概念是1995年由澳大 利亚学者最先提出来的，源于蛋白质 （protein）与 基因组（genome）两个词的杂 合，指的在一个特定的时间和空间内，一个基 因组､一种细胞组织或一种生物体所表达的全 部蛋白质。
• 对蛋白质组问题的研究称之为蛋白质组学 (proteomics)，主要是在整体水平上研究细胞 内蛋白质的组成及其活动规律。
• 首先对蛋白质混合物进行酶切得到混合肽段,然后通过 强离子交换反相色谱柱进行多次分离,并连用液相色谱串联质谱分析肽段,而且通过核素标记肽段的技术实现 蛋白定量分析。分离后的产品离子得到完好地扫描,连 用分析肽段,可以区分待测蛋白质和其他类似物。
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4，信息查询
• 生物信息学(Bioinformatics)是生物与计算机 以及应用数学相互结合而形成的一门新兴学科。 它通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、 检索与分析,达到解释数据所蕴含的生物学意 义的目的。
• 第1种是检测蛋白质组理化参数的“完全蛋白 质组学”；
• 第2种是差异蛋白质组学，主要通过比较分析 不同状态下蛋白质表达图谱，实现对体系内代 谢调控的动态监测，从而更易于揭示机体对内 外界环境变化产生反应的本质规律；
• 第3种主要是蛋白质功能模式的研究，包括蛋 白质的功能及蛋白质间的相互作用。
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