蛋白质组分析word版

蛋白质组分析

蛋白质组（proteome）源于蛋白质（protein）与基因组（genome）两个词的杂合，其定义为proteins expressed by a genome，即一个基因组表达的全部蛋白质。目前认为蛋白质组的内涵是一个细胞、一类组织或一种生物的基因组所表达的全部蛋白质。

蛋白质组学（proteomics）是研究蛋白质组的一门新兴学科，旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式。蛋白质化学着重于单一蛋白质结构、功能的研究，例如某一种蛋白质或蛋白质亚基的全序列分析，三维立体结构的确定，这样的结构如何执行功能、在生理上所扮演的角色，以及代谢的生化机制等。蛋白质组学则是研究多种蛋白质组成的复杂系統。Proteomics的字尾“-omics”的意思是“组学”，代表对生物、生命体系研究工作方式的重新定义，也就是说，蛋白质组学是对基因组所表达的整套蛋白质的分析，其研究对象是多蛋白质混合物的“系统”行为，而不是“单一组成”的行为。它通过对一个大系统中包含的所有蛋白质进行分离、鉴定、表征和定量，提供关于该系统准确和全面的数据和信息。

蛋白质组与基因组

通常，一个细胞中表达两类基因：①必须功能蛋白质的基因；②行使细胞专一性功能蛋白质的基因。因此，一种生物有一个基因组，但有许多蛋白质组。因此，蛋白质组与基因组在内涵上有很大的不同，主要表现在以下四个方面：

（1）蛋白质组具有多样性

图11.1 基因以多种mRNA形式剪接的示意图

EXON：外显子，真核细胞基因DNA中的编码序列。这样的序列可转录为RNA并进而翻译为蛋白质。

P代表磷酸化，sugar代表糖基化，lipid代表脂肪酰化，Ub代表泛素化[3]。

（2）在蛋白质组的研究中，时间和空间的影响都不可忽视

（3）蛋白质间主要以相互作用的形式参与生命活动

（4）蛋白质组研究对技术的依赖性和要求远远超过基因组学

蛋白质组学研究对生物分析化学提出的挑战

表11.1 目前蛋白质组学分析中使用的分离与鉴定技术[6-12]

技术是否需要

标记

是否可

用于

可测定的蛋白质

分子量范围

动态范围

可分离的

蛋白点数

方法的适用范围

检测

传统的双向电泳方法（2-DE ） 否 是

10 kD ～200 kD

1, 000

3, 000

定量困难，方法的重复性差 荧光双向差示凝胶电泳（DIGE ） Cy-2，3 or 5 fluorophores 标记伯氨基

是 10 kD ～200 kD 10, 000[6]

3, 000[7]

适用于检测高表达水平、长半衰期的蛋白质 基于反相色谱的二维色谱系统[8]

否

是 ＞5 kD 的肽或蛋白质

100 2, 500

限于UV 检测，未与MS 联用 LC-MS/MS 多维色谱系统(MudPit)

可以用N 14/N 15

标记氨基酸

是 蛋白质经酶解后的多肽混合物 10, 000[9]

872[10]

适用于较复杂的蛋白质混合物，进行MS 分析前需进行分级分离 MALDI-TOF-MS 否 是 ＞10 kD ，实际测

定蛋白质经酶解后的多肽混合物

25 不适用 通过肽质量指纹

图鉴定已分离的蛋白质 SELDI-TOF-MS [11]

否 是 ＜40 kD 25 不适用

利用蛋白质芯片对生物样品中蛋白质的质量进行分析

I CAT

分析技术 以ICAT 试剂标记巯基 是

蛋白质经酶解后的多肽混合物 无数据 496[12]

适用于含巯基蛋

白质的相对定量分析

cICAT 分析技术

以可裂解的C 12

/C 13

ICAT 试剂标记巯基

否 蛋白质经酶解后的多肽混合物

10, 000 496 适用于含巯基蛋

白质的相对定量分析

differential gel electrophoresis ）；MudPit ，用于蛋白质分离的多维色谱（multi-dimensional for protein identification ）；SELDI-MS ，表面增强激光解吸离子化—质谱（surface enhanced laser desorption ionization-MS ）；基质辅助激光解吸离子化—质谱（MALDI-MS ，matrix-assisted laser desorption ionization-MS

）；ICAT ，同位素标记的亲和标签(isotope-coded affinity tag)技术；cICAT ，可裂解的ICAT （cleavable ICAT ）技术；PTM ，蛋白质翻译后的修饰（posttranslational modification ）。

图11.2 蛋白质组学分析方法的灵敏度和分辨率

[13]

表11.1和图11.2表明，蛋白质组学研究对生物分析化学提出了很高的要求：

（1）对含有巨大数量的多蛋白质成分的复杂体系进行全分离是蛋白质组学研究迫切需要解决的问题。

（2）所建立的生物分析化学分离分析方法应具有很宽的动态范围，才能适应细胞内蛋白质组分析的要求。

（3）蛋白质组学研究对检测灵敏度也提出了很高的要求。

（4）原位、实时检测。

（5）对蛋白质相互作用的检测是蛋白质组学研究中一个非常重要的内容，因此，发展基于生物化学的新的、重现性好的蛋白质相互作用研究策略也是十分重要的。

蛋白质组学的分析策略与研究路线

蛋白质组学的基本分析策略

图11.3 蛋白质组学分析的基本分析策略

图11.4 鸟枪法的基本分析策略

蛋白质组学的研究路线

一条路线类似于基因组学的研究，即力图查清人类3～4万个基因编码的所有蛋白质，建立蛋白质数据库，从而获得有关生命活动的“全景式”信息。另一条是基于比较的研究路线，称为比较蛋白质组学（comparative proteomics），国外的文献中也有称为差异显示蛋白质组学（differential display proteomics）或表达蛋白质组学（expression proteomics）。