蛋白质的研究进展

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蛋白质组学研究中的主要任务。
蛋白质组学研究方法概述
一、蛋白质组表达模式的研究方法
蛋白质组研究中的样品制备 蛋白质组研究中的样品分离 蛋白质组研究中的样品分析鉴定 蛋白质组学研究的生物信息学 定量蛋白质组学研究
二、蛋白质组功能模式的研究方法


蛋白质翻译后修饰的研究
蛋白质相互作用研究技术
第二向分离
SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳
双向电泳的第二向是将IPG胶条中经过第一向分离的蛋白转移到第二向 SDS.PAGE凝胶上,根据蛋白相对分子质量或分子量(MW)大小与第 一相垂直的分离。 蛋白质与十二烷基硫酸钠(SDS)结合形成带负电荷的蛋白质.SDS复合 物,由于SDS是一种强阴离子去垢剂.所带的负电荷远远超过蛋白质 分子原有的电荷量,能消除不同分子之间原有的电荷差异,从而使得 凝胶中电泳迁移率不再受蛋白质原有电荷的影响.而主要取决于蛋白 质分子的质量大小,其迁移率与分子量的对数呈线性关系,在蛋白质 组研究中。需要在同样的条件下同时走多块胶,这对凝胶与凝胶之间 的比较十分重要。
的不同用SDS-PAGE分离,把复杂蛋白混合物中的蛋白质
在二维平面上分开。
第一向分离
等电聚焦
蛋白质是两性分子,在不同的pH环境中可以带正电荷、负电荷或不带电荷。 对每个蛋白质来说都有一个特定的pH,此时蛋白质的静电荷为零,此pH值 即该蛋白质的等电点(pI)。将蛋白质样品加载至pH梯度介质上进行电泳时, 它会向与其所带电荷相反的电极方向移动。在移动过程中,蛋白分子可能获 得或失去质子,并且随着移动的进行,该蛋白所带的电荷数和迁移速度下降。 当蛋白质迁移至其等电点pH位置时,其净电荷数为零,在电场中不再移动。 聚焦是一个与pH相关的平衡过程:蛋白质以不同的速率靠近并最终停留在它 们各自的pI值;在等电聚焦过程中,蛋白质可以从各个方向移动到它的恒定 位点。
二、蛋白质组功能模式的研究方法


蛋白质翻译后修饰的研究
蛋白质相互作用研究技术
(一)蛋白质组研究中的样品制备
通常可采用细胞或组织中的全蛋白质组分进 行蛋白质组分析。 也可以进行样品预分级,即将细胞或组织中 的全体蛋白质分成不同部分,分别进行研究。
样品预分级的主要方法
蛋白质溶解性:可溶性蛋白、非溶性蛋白等 蛋白质定位:膜蛋白、核蛋白等 蛋白质细胞器定位:线粒体、高尔基体、叶绿体等 样品预分级主要作用在于提高低丰度蛋白质的上样量和检 测灵敏度。
新型非凝胶技术
液相色谱法
liquid chromatography,LC
毛细管电泳法 capillary electrophoresis, CE
液相色谱-质谱联用技术(LPLC-MS/MS)
蛋白质混合物直接通过液相色谱分离以代替2-DE的
分离,然后进入MS系统获得肽段分子量,再通过串联MS 技术,得到部分序列信息,最后通过计算机联网查询、鉴 定蛋白质。
特 点
可分离10~100 kD分子量的蛋白质
高灵敏度和高分辨率
便于计算机进行图像分析处理
与质谱分析匹配
双向凝胶电泳(2-DE)技术的缺点
极酸、极碱性蛋白质,疏水性蛋白质, 极大蛋白质、极小蛋白质以及低丰度蛋 白质用此种技术难于有效分离。
胶内酶解过程费时、费力,难于与质谱 联用实现自动化。
蛋白质组学研究方法概述
一、蛋白质组表达模式的研究方法
蛋白质组研究中的样品制备 蛋白质组研究中的样品分离 蛋白质组研究中的样品分析鉴定 蛋白质组学研究的生物信息学 定量蛋白质组学研究
二、蛋白质组功能模式的研究方法


蛋白质翻译后修饰的研究
蛋白质相互作用研究技术
Fra Baidu bibliotek
(三)蛋白质组研究中的样品分析鉴定 传统方法: Edman降解法:
蛋白质组学研究进展
蛋白质组学研究进展
一、蛋白质组学的产生与发展 二、蛋白质组学的相关概念
三、蛋白质组学研究方法概述
四、蛋白质组学在肿瘤研究中的应用
蛋白质组学产生的背景
人类基因组计划(HGP)
1986年,达尔贝科提出人类基因组计划 1990年,美国国会批准“HGP”,9月,中国获准 加入,负责测定人类基因组序列的1% 2000年6月26日,草图绘制成功
双向凝胶电泳(two-dimensional electrophoresis, 2-DE):利用蛋白质的等电点和分子量,结合凝胶化 学特性,分离各种蛋白质的方法。
原理
第1向基于蛋白质的等电点不同用等电聚焦分离,具有 相同等电点的蛋白质无论其分子大小,在电场的作用下都 会用聚焦在某一特定位置即等电点处;第2向则按分子量
各国政府支持,国际著名研究和商业机构加盟:
美国国家癌症研究院(National Cancer Institute)和食品药品监督管理局(Food and Drug Administration)共同投资数百万美元建 立癌症不同阶段的蛋白质组数据库。
Celera公司投资上亿美元独自启动了全面鉴 定和分类汇总人类组织、细胞和体液中的蛋白质 及其异构体,构建新一代的蛋白质表达数据库的 工作。
蛋白质组是:
对应于基因组的所有蛋白质构成的 整体,不是局限于一个或几个蛋白 质。 同一基因组在不同细胞、不同组织 中的表达情况各不相同 。 在空间和时间上动态变化着的整体。
蛋白质组学是什么样的一门科学?
指应用各种技术手段来研究蛋白质组的一门新兴科学,
其目的是从整体的角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成
Edman降解(Edman degradation):是测定蛋白质一级结构的方法,主要 是从蛋白质或多肽氨基末端进行分析。由埃德曼(P.Edman)在上世纪50 年代所创立。分为耦合、切割、萃取、转化、鉴定等几个步骤。首先在 pH9.0的碱性环境下,将异硫氰酸苯酯(Ph—N=C=S,PITC)和蛋白质或多肽 N端氨基酸耦合,形成苯氨基硫甲酰(PTC)衍生物;然后以三氟乙酸(TFA) 处理耦合后产物,将多肽或蛋白的N一端第一个肽键选择性的切断,释放 出该氨基酸残基的噻唑啉酮苯胺衍生物;随后萃取出释放的氨基酸衍生物 并在强酸性条件下转化为稳定的乙内酰苯硫脲氨基酸(PTH-氨基酸);最后 以色谱法鉴定出降解下来的PTH-氨基酸种类,从而得到蛋白质或多肽N端 序列信息。Edman降解法的优点是异硫氰酸苯酯与所有氨基酸残基的反应 产率和回收率都相当高,因此反应副产物少,用色谱可以准确鉴定。
成份、表达水平与修饰状态,了解蛋白质之间的相互作用 与联系,揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律。
主要研究内容
了解某种特定的细胞、组织或器官制造的蛋白质种类; 明确各种蛋白质分子是如何形成类似于电路的网络的; 描绘蛋白质的精确三维结构,揭示其结构上的关键部位, 如与药物结合并且决定其活性的部位。
蛋白质组学研究进展
一、蛋白质组学的产生与发展 二、蛋白质组学的相关概念
三、蛋白质组学研究方法概述
四、蛋白质组学在肿瘤研究中的应用
蛋白质组学的概念
蛋白质组是澳大利亚学者Williams和 Wilkins于1994年首先提出,源于蛋白 质(protein)与基因组(genome)两 个词的杂合,意指proteins expressed by a genome,即“一个细胞或一个组 织的基因组所表达的全部蛋白质”。
2003年4月14日,人类基因组序列图绘制成功
改变花色的转基因矮牵牛花
荧 光 烟 草
转 入 荧 光 素 酶 蛋 白 基 因 的 发
蓝色玫瑰
蛋白质组学发展历史
1994年,澳大利亚科学家Wilkins等人首次提出蛋白质组概念 1996年,澳大利亚建立了第1个蛋白质组研究中心(APAF) 2001年4月,美国成立了国际人类蛋白质组研究组织(HUPO) 20世纪90年代中期 ,蛋白质组学以细胞内全部蛋白质的存在 及其活动方式为研究对象
蛋白质组表达模式(expression profile):
研究蛋白质组的组成成分 支撑技术主要有双向凝胶电泳、 以质谱为代表的蛋白质鉴定技术
及生物信息学分析。
蛋白质组学研究方法概述
一、蛋白质组表达模式的研究方法
蛋白质组研究中的样品制备 蛋白质组研究中的样品分离 蛋白质组研究中的样品分析鉴定 蛋白质组学研究的生物信息学 定量蛋白质组学研究
我国也于1998年启动了蛋白质组学研究,在中科 院上海生物化学研究所举办了两次全国性的蛋白质组 学研讨会 2003成立了中国人类蛋白质组组织(CHHUPO), 并分别于2003年9月、2004年8月以及2005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,2004年10月在中国北京召开了第三届国际蛋白 质组学会议。 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。
多维色谱技术(LC/LC-MS/MS)
根据蛋白质带电性及疏水性不同,用 MS 分离多肽复合物。 离子交换色谱是通过溶质在离子交换色谱固定相上具有不同 的保留能力,而实现样品分离的色谱技术,而反相液相色谱 是基于溶质疏水性的差异而实现分离的色谱技术。通过这两
种色谱模式的联用,可以实现对复杂生物样品的二维分离。
2003年12月15日,国际人类蛋白质组组织负责人在北京宣布, 国际人类蛋白质组计划正式启动,“人类肝脏蛋白质组计划” 和“人类血浆蛋白质组计划”两大项目首先开始执行,其中 “人类肝脏蛋白质组计划”由中国科学家领导执行,这是我国 科学家第一次领导执行重大国际科技协作计划。
首次由我国科学家领导的国际重大科研合作项目——人类肝 脏蛋白质组计划,被宣告取得阶段性新进展。几年来围绕人类 肝脏蛋白质组的表达谱、修饰谱及其相互作用的连锁图等九大 科研任务,我国科学家已经成功测定出6788个高可信度的中国 成人肝脏蛋白质,系统构建了国际上第一张人类器官蛋白质组 “蓝图”;发现了包含1000余个“蛋白质-蛋白质”相互作用的 网络图;建立了2000余株蛋白质抗体。
蛋白质序列分析鉴定蛋白质
一些传统蛋白质分析技术如蛋白质序列分析技术(Edman 降解法, 1950),仍然可用于当前蛋白质组研究。其缺点是难 于实现高通量,同时对低丰度蛋白质的鉴定上其灵敏度难于达 到要求。
蛋白质组学研究方法概述
一、蛋白质组表达模式的研究方法
蛋白质组研究中的样品制备 蛋白质组研究中的样品分离 蛋白质组研究中的样品分析鉴定 蛋白质组学研究的生物信息学 定量蛋白质组学研究
二、蛋白质组功能模式的研究方法


蛋白质翻译后修饰的研究
蛋白质相互作用研究技术
(二)蛋白质组研究中的样品分离
蛋白质组学研究进展
一、蛋白质组学的产生与发展 二、蛋白质组学的相关概念
三、蛋白质组学研究方法概述
四、蛋白质组学在肿瘤研究中的应用
蛋白质组研究更为复杂和困难: 蛋白质数目大大超过基因数目
蛋白质随时间和空间而变化
当前主要任务: 发展高通量、高灵敏度、高准确性的研
究技术平台是现在乃至相当一段时间内
组织水平上的蛋白质组样品制备
临床样本都是由多种细胞或组织混合而成,如肿瘤 中癌变上皮细胞总是与血管、间质细胞等混杂一起。
激光捕获显微切割(laser capture microdissection, LCM)可直接在显微镜下从组织切片中精确分离特
定的细胞或细胞群。
LCM具有其独特的优点
快速简单、有效减少交叉污染。
样品的切割与分离由激光一步完成,并可以保持被分离的 样品的完整性。 结合免疫荧光能够基于组织细胞的表型和功能特征进行分 离样品组分。

对制样的要求灵活多样,使用范围较广。
通过LCM对组织切片进行切割与分离可以分离收集从形态
上(普通染色),表型或功能上(荧光染色)可以辨认均一性
的细胞群体,从而克服了组织不均一的特点,提高了数据的准 确性和可靠性,这在肿瘤生物学研究中具有广泛应用。
多维蛋白质鉴定技术(multidimensional
protein identification technology) 将不同分离模式的
色谱柱以串联方式合并于同一根色谱柱中进行,在同一根色谱 柱的前半部分装填强阳离子色谱填料,后部分装填反相液相色 谱填料,该方法可对样品量较少的蛋白质进行快速分析。
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