1、第十七章蛋白质组学简介张幻灯片2一、产生背景一、产生背景1.20世纪中后期，生命科学研究进入了分子生物学时代。世纪中后期，生命科学研究进入了分子生物学时代。2.随着人类基因组全序列测定，生命科学跨入了后基因随着人类基因组全序列测定，生命科学跨入了后基因组时代。组时代。3.mRNA的表达情况不能直接反映蛋白质的表达水平。的表达情况不能直接反映蛋白质的表达水平。4.蛋白质有自身特有的活动规律，如动态修饰、加工、蛋白质有自身特有的活动规律，如动态修饰、加工、转运定位、结构形成、代谢等，均无法从基因组水平转运定位、结构形成、代谢等，均无法从基因组水平上的研究获知。蛋白质构象病更难以仅靠上的研究获知。蛋
2、白质构象病更难以仅靠DNA序列来序列来解释。解释。5.蛋白质才能动态反映生物系统所处的状态。蛋白质才能动态反映生物系统所处的状态。20世纪世纪90年代中期，国际上萌发了蛋白质组学。年代中期，国际上萌发了蛋白质组学。2023-2-836.蛋白质组与蛋白质组学蛋白质组与蛋白质组学（1）蛋白质组：）蛋白质组：1994年提出，最早见于文年提出，最早见于文献是在献是在1995年年7月的月的“Electrophoresis”杂志杂志上。指上。指基因组表达的所有相应的蛋白质基因组表达的所有相应的蛋白质，也，也可说是指细胞或机体全部蛋白质的存在及其可说是指细胞或机体全部蛋白质的存在及其活动方式。活动方式。（2
3、）蛋白质组学：研究细胞内全部蛋白质）蛋白质组学：研究细胞内全部蛋白质的组成及其活动规律的科学。的组成及其活动规律的科学。2023-2-847.蛋白质组具有多样性和可变性的特点蛋白质组具有多样性和可变性的特点（1）蛋白质的种类和数量在同一机体的不）蛋白质的种类和数量在同一机体的不同细胞中是各不相同的。同细胞中是各不相同的。（2）同一细胞，在不同时期、不同条件下，）同一细胞，在不同时期、不同条件下，蛋白质组也是在不断改变的。蛋白质组也是在不断改变的。（3）在病理或治疗过程中，细胞蛋白质的）在病理或治疗过程中，细胞蛋白质的组成及其变化与正常生理过程的也不组成及其变化与正常生理过程的也不同。同。202
4、3-2-85w 细胞中的基因一般不是全部表达,一个细胞大约只含有56千种不同的蛋白,其中80%的蛋白是维持生命所必需而为所有的细胞所共有,称为“看家蛋白”。人体至少有250种不同的细胞,每一种细胞可能表达34百种自己特有的蛋白,所以人体拥有的总蛋白数可能要大于10万种。2023-2-86二、蛋白质组学的研究内容二、蛋白质组学的研究内容1.细胞或组织内蛋白质的表达模式及修饰（表达蛋白细胞或组织内蛋白质的表达模式及修饰（表达蛋白质组学）质组学）：关键技术：关键技术：2-D电泳电泳2.蛋白质的序列和高级结构（结构蛋白质组学）：蛋白质的序列和高级结构（结构蛋白质组学）：X-射线衍射分析（晶体结构分析）
5、、多维核磁共振波射线衍射分析（晶体结构分析）、多维核磁共振波谱分析、电镜二维晶体三维重构术（电子晶体学）。谱分析、电镜二维晶体三维重构术（电子晶体学）。2023-2-873.蛋白质的胞内分布及移位（细胞图谱蛋白蛋白质的胞内分布及移位（细胞图谱蛋白 质组学）：确定蛋白质在亚细胞结构中的质组学）：确定蛋白质在亚细胞结构中的位置，通过纯化细胞器或用质谱仪鉴定蛋位置，通过纯化细胞器或用质谱仪鉴定蛋白复合物组成等。白复合物组成等。4.蛋白质的功能模式（功能蛋白质组学）：蛋白质的功能模式（功能蛋白质组学）：蛋白质与蛋白质及其与其他分子的相互作蛋白质与蛋白质及其与其他分子的相互作用用2023-2-88三、蛋
6、白质组研究的相关技术三、蛋白质组研究的相关技术（一）研究细胞或组织内蛋白质表达模式的技术：（一）研究细胞或组织内蛋白质表达模式的技术：2-D电泳电泳1.1975年，年，Patrick OFarrel发明了双向凝胶发明了双向凝胶电泳。电泳。2.操作操作（1）等电聚焦。）等电聚焦。（2）平衡胶条。）平衡胶条。（3）第二相）第二相SDS-PAGE。2023-2-892023-2-8102023-2-811图3 蛋白质微型电泳系统蛋白质微型电泳系统2023-2-8122023-2-8132023-2-8142023-2-8152023-2-8163.2-D胶上蛋白质鉴定胶上蛋白质鉴定（1）早期）早期W
7、estern blot鉴定鉴定（2）Edman降解法鉴定降解法鉴定（3）肽质量指纹（）肽质量指纹（peptide-mass fingerprinting）技术鉴定）技术鉴定（4）蛋白质组信息学）蛋白质组信息学2023-2-8172D 電泳 Mass 定序分析 2023-2-818*二级结构测定二级结构测定通常采用圆二色光谱通常采用圆二色光谱(circular dichroism，CD)测定溶液状态下的蛋白测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。质二级结构含量。-螺旋的螺旋的CDCD峰有峰有222nm222nm处的负峰、处的负峰、208nm208nm处的负峰和处的负峰和198 198 nmnm处的正
8、峰三个成分；而处的正峰三个成分；而-折叠的折叠的CDCD谱谱不很固定。不很固定。2023-2-819蛋白质空间结构的研究方法蛋白质空间结构的研究方法(1)X-射线衍射法（射线衍射法（X-ray diffraction method）(2)核磁共振（核磁共振（NMR）(3)光谱法（红外光谱、紫外差光谱、荧光光谱）光谱法（红外光谱、紫外差光谱、荧光光谱）(4)旋光色散法（旋光色散法（optical rotatory dispersion,ORD）(5)园二色性（园二色性（circular dichroism,CD）(6)氢同位素交换法氢同位素交换法 2023-2-820X-X-射线衍射法射线衍射法
9、 简单原理简单原理 2023-2-8212.通过氨基酸序列知识去辨识和推引出其决定通过氨基酸序列知识去辨识和推引出其决定的三维结构的三维结构（1）用分子力学、分子动力学的方法，根据）用分子力学、分子动力学的方法，根据理化的基本原理，从理论上计算蛋白质分理化的基本原理，从理论上计算蛋白质分子的空间结构。子的空间结构。（2）通过对已知空间结构的蛋白质进行分析，）通过对已知空间结构的蛋白质进行分析，找出一级结构与空间结构的关系，总结出找出一级结构与空间结构的关系，总结出规律，用于新蛋白质空间结构的预测。规律，用于新蛋白质空间结构的预测。2023-2-822電腦模擬蛋白質結構與功能Molecular
10、dynamics simulationof Protein Structure&Function 2023-2-823（三）蛋白质序列测定（三）蛋白质序列测定 1.蛋白质直接测序的用途蛋白质直接测序的用途 2.肽序列分析的基本步骤：肽序列分析的基本步骤：（1）分析已纯化蛋白质氨基酸残基的组成。）分析已纯化蛋白质氨基酸残基的组成。（2）测定头尾氨基酸。）测定头尾氨基酸。（3）把肽链水解成片段，分别进行分析，得）把肽链水解成片段，分别进行分析，得到肽图。到肽图。（4）Edman降解降解2023-2-824（四）研究蛋白质胞内分布及移位的方（四）研究蛋白质胞内分布及移位的方法法1.分别收集细胞不同区
11、域内蛋白质，然后进分别收集细胞不同区域内蛋白质，然后进行行2-D电泳和蛋白质鉴定。不能采用离心的电泳和蛋白质鉴定。不能采用离心的方法获取各组分蛋白，而用顺序抽提亚细胞方法获取各组分蛋白，而用顺序抽提亚细胞结构的方法。结构的方法。2.将胞内特定蛋白质进行荧光标记，然后在将胞内特定蛋白质进行荧光标记，然后在荧光显微镜下进行观察蛋白质移位。荧光显微镜下进行观察蛋白质移位。2023-2-825四、蛋白质组学研究的应用四、蛋白质组学研究的应用1.用于寻找疾病相关的蛋白质：标志物。用于寻找疾病相关的蛋白质：标志物。理想的肿瘤标志物对单个肿瘤应该具有高度特异性和灵敏度,与其他的病理状态无关,如与白血病相关的
12、融合蛋白。然而,这样高度特异性和灵敏度的标志物是极少的.2023-2-826 癌胚抗原癌胚抗原()和甲胎蛋白和甲胎蛋白()是相对特是相对特异的肿瘤标志物异的肿瘤标志物,其中被广泛用于肝细胞癌的其中被广泛用于肝细胞癌的诊断诊断,但在睾丸癌或卵巢癌的病人血清中通常但在睾丸癌或卵巢癌的病人血清中通常是升高的是升高的,是一种广谱性肿瘤标志物是一种广谱性肿瘤标志物,尤其是对尤其是对消化道腺上皮的肿瘤有一定检出率消化道腺上皮的肿瘤有一定检出率,但某些良性肿瘤但某些良性肿瘤如肠息肉中亦增高。另一些标志物在肿瘤细胞如肠息肉中亦增高。另一些标志物在肿瘤细胞中可以是超表达中可以是超表达(如前列腺特异性抗原如前列腺
13、特异性抗原),但在正常组织但在正常组织中也表达中也表达。2023-2-8272.用于微生物蛋白组研究，彻底阐明病原用于微生物蛋白组研究，彻底阐明病原微生物的致病机理并寻找全新的药物作用微生物的致病机理并寻找全新的药物作用靶点。靶点。3.蛋白质组数据库将成为药物设计的路标蛋白质组数据库将成为药物设计的路标2023-2-8284.对不同生物的蛋白质组进行比较性对不同生物的蛋白质组进行比较性研究，可以对生物进化途径提供参研究，可以对生物进化途径提供参 考，对多细胞生物的起源提供线索。考，对多细胞生物的起源提供线索。5.追踪胞内信号分子的移位，阐明目追踪胞内信号分子的移位，阐明目标蛋白质在信号转导途径中的位置。标蛋白质在信号转导途径中的位置。2023-2-8
