蛋白质组数据分析

分子识别：在不同的生物大分子之间。普遍存在着一种专一性结合现象。 例如：抗原与抗体的专一结合，蛋白质类激素、植物凝集素、等 识别的条件：微区构象要能够相嵌互补，造成相当大的接触面积，或者经 过构象变化达到这—目的；两个结合部位各有相应的化学基团，相互之间 能产生足够的结合力，使两种蛋白质分子结合起来。
分子自我装配：细胞器（如核糖体．细菌鞭毛）、细胞器碎片（如线粒体
碎片）以及病毒（如烟草花叶病毒），在拆散成蛋白质、核酸、糖以及其
它组分之后、在特定的条件下，又能够自动地装配成共有原来生物功能的 细胞器、细胞器碎片以及病毒。这种过程，称为自我装配。
多酶复合体：体系中的各种酶彼此有机的结合在一起，精巧的镶嵌成一定 的结构，形成多酶复合体。 丙酮酸脱氢酶复合体
性序列的蛋白质，推测蛋白质相互作用，最终并形成网络
④ 蛋白质相互作用研究的生物信息学方法
依据基因在不同的相关物种中的出现及缺失来推断相互作用蛋白质
利用基因相邻关系的保守性来判断
利用基因融合事件
共进化信息的使用
利用系统发育树的相似性；利用相互作用的两个蛋白质的相关突变
基于结构信息的预测
基于domain信息的预测
酵母双杂交方法（yeast two-hybrid system）
串联吸附质谱分析TAP/MS
TAP 标记基因被插入一个 给定的酵母ORF 的C端，
并通过同源重组而整合
到该基因中，产生了TAP 标记的融合蛋白。 从不 同的亚细胞中纯化的TAP 复合物的样品，通过TAP 的特异亲和作用来分离 TAP标记的蛋白复合物，
优点：灵敏度高、准确度高，而且容易实现自动化
肽阶梯序列技术（peptide ladder sequence）:一种间接的肽序列鉴定技术 通过末端的酶解或化学降解，产生一组相互之间差一个残疾的多态序列组， 经MACDI-TOF-MS鉴定后，由所得到的肽阶梯图中各肽的分子量差值确定末端 的氨基酸序列。
TagIdent较适于全基因组已知的原核生物和单细胞真核生物的蛋白质鉴定。 这里因为，利用序列标签(sequence tag)鉴定蛋白质需涉及指定物种在序 列数据库中的所有蛋白，而对已知蛋白质分子数目较少或蛋白质数目较为 海量(如人类)的物种，利用TagIdent鉴定蛋白质时需谨慎使用
③ 氨基酸成份分析——AACompIdent
假设：domain是蛋白质的结构或者功能单元，蛋白质间的相互作用通 过domain间的相互作用完成[
⑤ 蛋白质相互作用数据库介绍
蛋白质相互作用数据对于功能注释及分子途径和网络的重建是非常有用的。 生物信息学的一个作用就是提供蛋白质相互作用数据库，在其中可以存储， 查找相互作用数据，评估这些数据的可靠性，或者用这些数据来重建途径。
⑥ 蛋白质相互作用组研究以及遇到的问题
剪不断理还乱的“怪圈”
基因组和蛋白质组形成了“循环定义”：蛋白质组是以基因组拥有的所 有基因的表达产物来构成，而所有基因的确定又必须通过蛋白质组来给 予肯定。找出一个生物体基因组的所有基因和相应的全部蛋白质，是一 项非常困难的任务
没有标尺的度量 蛋白质组可以被定义为基因组的基因表达的所有蛋白质，但没有考虑蛋 白质的化学修饰，由于不存在度量修饰蛋白质种类的尺度，所以蛋白质
生物信息学 bioinformatics
蛋白质鉴定与蛋白质相互作 用数据分析
Protein identification and proteinprotein interaction
生物工程教研室 孙继政
生物科学学院生物工程教研室
8.1 二维凝胶电泳数据分析
① 蛋白质组(proteome)：是指一个基因、一个细胞或组织所表达的全部
8.2 蛋白质鉴定
基本思想:首先确定能够刻划蛋白质 属性的各种属性参数(attribute parameter)，然后把已有数据库 (如OWL或dbEST)中的每一个序列转 换成相应属性参数，形成属性化的
数据库(又称虚拟数据库)。可进行
相关的搜索。 可以将属性参数分成一级和二级
一级属性：指完整蛋白质的属性，象蛋白质质量、等电点、蛋白质N端
双向电泳：同时分离几千个甚至上万个蛋白质点
常用方法有银染法、考马斯亮蓝染色法等， 银染法已流行方法较考马斯亮蓝R-250敏感
凝胶图像：用图像扫描仪、激光光密度仪、磷光或荧光测定仪等，将蛋白质 点数字化，每一个上斑点的上调、下调及出现、消失，都可能在生理和病理
状态有关，要用计算机图像处理技术，进行定量分析。
用SDS-PAGE分离复合物，
再用质谱鉴定与目标蛋 白作用的各种蛋白质。
蛋白质芯片为基础的研究方法
可特异性的捕获样品中的靶蛋白，然后通过检测系统进行分析，它是一种 理想工作方法同时也还面临着诸多挑战
固相支持物表面高度密集排列的探针蛋白点阵，当待测靶蛋白与其反应时，
③ 实验和预测相结合的方法
例如：用噬菌体展示实验来筛选与多肽识别模体连接的最佳配体的 一致性序列，通过得出的一致性序列，用计算机方法搜索带有一致
② 蛋白质相互作用研究的实验方法
噬菌体展示技术：将多肽或蛋白的编码基因或目的片段克隆插入到噬菌体 外壳蛋白结构基因的适当位置，外源蛋白和外壳蛋白融合表达，融合蛋白 随子代噬菌体的从新组装，而展示在噬菌体的表面，被展示的蛋白质可保 持相对独立的空间结构和生物活性，有利于靶分子的识别和结合。将噬菌 体与固定向上的靶蛋白进行一定时间的孵育后，洗去游离的噬菌体。从而 研究蛋白质识别酶与底物的结合等
组中蛋白质种类的确定则是一种“无限”的工作。
四维尺度下的研究 细胞、组织或器官的不同部位有不同的蛋白质存在；个体发育的不同
阶段或细胞的不同活动时期，细胞内产生的蛋白质种类是不一样的 永不孤独 蛋白质功能的实现，通常离不开它与其他蛋白质之间的相互作用，不与 其他蛋白质发生作用的“孤立蛋白质”根本就不存在 技术的烦恼 蛋白质由20种氨基酸所组成，不同蛋白质的物理化学性质差别很大，另 外种类和数量上差别也很大，现有的蛋白质组研究技术，尚不能令人满 意地完成这一任务
思考题： 1、蛋白质组及蛋白质组学？ 2、蛋白组学的核心技术是什么？ 3、双向电泳的两向分别是什么电泳？ 4、利用裂解肽段的分子量可产生肽阶梯序列、肽序列 标签、肽质指纹等蛋白质属性数据，用于鉴定蛋白质。 5、末端序列标签(Terminal sequence tags) 6、蛋白质相互作用的形式有哪些？ 7、说出三种研究蛋白相互作用的实验方法
肽序列标签：（peptide sequence tag）双向凝胶电泳分离的蛋白质点， 经酶裂解后，生成的肽混合物不需分离，可直接导入下列带有ESI的串联 质谱(MS/MS)分析仪中，由MS/MS直接测定肽混合物中某一特定肽段的肽序 列标签。
肽质指纹(peptide mass fingerprint, PMF):是由质谱仪测定的某蛋白的 多条肽段的分子量，这些肽段由酶或化学裂解法裂解得到。
原理:通过测定蛋白质中各氨基酸所占摩尔百分数(%)或各氨基酸的摩尔比 率，然后与数据库中已知蛋白质的理论值进行比较 常用方法:酸水解、放射性标记法、蛋白酶水解法 功能：依据蛋白质的氨基酸成份鉴定未知蛋白 常用软件：AACompIdent (从ExPASy获得) , 另外还有软件ASA、FINDER、 AAC-pI、PROP-SEARCH。
http://expasy.org/tools/multiident/
8.3 蛋白质相互作用
① 蛋白质的相互作用形式 蛋白质分子的聚合：：肌动蛋白分子的聚合与肌肉收缩有关；血纤维蛋 白分子的聚合与血液凝固有关等等。
分子杂交：在某些具有四级结构的蛋白质分子之间，一种蛋白质分子的亚
单位可以与另外一种蛋白质分子的亚单位聚合，产生有活性的杂交分子。
② 多肽的N端、C端氨基酸序列标签鉴定——TagIdent
蛋白质和多肽的N端、C端氨基酸序列具有的惊人的专一性(4-5氨基酸)， 相对来说C端比N端更具专一性。
测定方法：依据Edman降解原理的N端氨基酸序列分析仪，以及采用羧
肽酶法、化学降解法、C 端片段分离法或物理法的C 端氨基酸序列分 析仪等。 末端序列标签(Terminal sequence tags)：可以用来鉴定蛋白质的N端、 C端氨基酸序列。 常用的软件是TagIdent (http://cn.expasy.org/tools/tagident.html)，
本次课推荐单词：
Proteome Two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis Parameter Fingerprint Mass Antigen Terminal sequence tag Gene fusion Yeast two-hybrid system Interaction Phage display techniques Pseudogene Immune globulin Isoelectric Antibody Focus Active Receptor
常用软件：Amersham Pharmacia公司的ImageMaster 2D、EXPASY的MelanieII、 Bio-Red 公司的Pdquest，另外还有Tycho、Gellab、Kepler、GR42、Lips、 Hermes、Elsie、Gemini等。
蛋白质鉴定：采用与数据库搜索结合在一起的鉴定方法。有氨基酸成份
相同或类似功能的蛋白质在氨基酸成份上具有较强的保守性，利用氨基酸成份 鉴定未知蛋白具有较高的敏感度。在大多数的情况下，均可以使用AACompIdent 作为鉴定未知蛋白的基本工具。
④ 质谱信息融合的蛋白质鉴定——MultiIdent
MultiIdent的功能：依据蛋白质的氨基酸成分、pI、分子量、蛋白质 片段、蛋白质序列标签(sequence tag)、用酶或化学裂解法得到的肽 的分子量(肽质指纹)等鉴定蛋白质的 基本方法：首先依据蛋白质的氨基酸成份产生一个最佳匹配的蛋白质列 表，然后由其它的数据(如蛋白质的pI、Mw、序列标签、肽质指纹等)对 该列表进一步匹配搜索，给出鉴定结果。
② 双向电泳作为核心技术 (two-dimensional polyacrylamide gel
electrophoresis）第一向是等电聚焦(isoelectric focusing，IEF)第二向是SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)
具体步骤：
样品制备：是对细胞、组织等样品进行破碎、溶解和解聚
与C端序列标记、蛋白质氨基组分等。 二级属性：蛋白质片段的属性，包括肽阶梯序列、肽质指Fra Baidu bibliotek、肽序列标 签等。
① 质谱鉴定蛋白质
利用裂解肽段的分子量可产生肽阶梯序列(peptide ladder sequencing, PLS) 肽序列标签(peptide sequence tag, PST)、肽质指纹(peptide mass fingerprint , PMF)等蛋白质属性数据，用于鉴定蛋白质。
分析、蛋白质和多肽的N端、C端氨基酸序列分析以及质谱技术分析等鉴 定方法
③ 二维凝胶数据库：
ExPAsy提供了WORLD-2DPAGE, http://www.expasy.org/ch2d/2dindex.html 以SWISS-2DPAGE (Swiss Institute of Bioinformatics
蛋白质成分。蛋白质组学首先利用双向电泳技术分离蛋白质组分，然后 利用计算机软件对所得图像进行处理，从胶上回收蛋白质并采用氨基酸 成份分析、微量蛋白质序列分析、质谱分析等技术进行鉴定，从而获得 蛋白质组分的物理、化学及生物学参数, 如分子量、等。将获得的数据 与已知蛋白质数据库中的数据进行比较，获得相关信息。
http://cn.expasy.org/ch2d/)为例加以说明：其核心数据有二，一是含有众
多蛋白质斑点的蛋白质二维电泳图，即参考图(reference maps)；二是经 成像分析和蛋白质鉴定后的蛋白质斑点(identified spots)及相应的蛋白 质条目(protein entries)数据。