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1、第十七章蛋白质组学简介张幻灯片,2,一、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。2.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。3.mRNA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、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DNA序列来解释。5.蛋白质才能动态反映生物系统所处的状态。20世纪90年代中期，国际上萌发了蛋白质组学。,2023/3/18,3,6.蛋白质组与蛋白质组学（1）蛋白质组：1994年提出，最早见于文献是在1995年7月的“Electrophoresis”杂
2、志上。指基因组表达的所有相应的蛋白质，也可说是指细胞或机体全部蛋白质的存在及其活动方式。（2）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。,2023/3/18,4,7.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，蛋白质组也是在不断改变的。（3）在病理或治疗过程中，细胞蛋白质的组成及其变化与正常生理过程的也不同。,2023/3/18,5,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
3、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。,2023/3/18,6,二、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（表达蛋白质组学）：关键技术：2-D电泳2.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）、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）。,2023/3/18,7,3.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位置，通过纯化细胞器或用质谱仪鉴定蛋白复合物组成等。4.蛋白质的功能模式（功能蛋白质组学）：蛋白质与蛋白质及其与其他分子的相互作用,2
4、023/3/18,8,三、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：2-D电泳1.1975年，Patrick OFarrel发明了双向凝胶电泳。2.操作（1）等电聚焦。（2）平衡胶条。（3）第二相SDS-PAGE。,2023/3/18,9,2023/3/18,10,2023/3/18,11,图3 蛋白质微型电泳系统,蛋白质微型电泳系统,2023/3/18,12,2023/3/18,13,2023/3/18,14,2023/3/18,15,2023/3/18,16,3.2-D胶上蛋白质鉴定（1）早期Western blot鉴定（2）Edman降解法鉴定（3）肽质量指纹（p
5、eptide-mass fingerprinting）技术鉴定（4）蛋白质组信息学,2023/3/18,17,2D 電泳 Mass 定序分析,2023/3/18,18,*二级结构测定通常采用圆二色光谱(circular dichroism，CD)测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。-螺旋的CD峰有222nm处的负峰、208nm处的负峰和198 nm处的正峰三个成分；而-折叠的CD谱不很固定。,2023/3/18,19,蛋白质空间结构的研究方法,(1)X-射线衍射法（X-ray diffraction method）,(2)核磁共振（NMR）,(3)光谱法（红外光谱、紫外差光谱、荧光光谱）,(4
6、)旋光色散法（optical rotatory dispersion,ORD）,(5)园二色性（circular dichroism,CD）,(6)氢同位素交换法,2023/3/18,20,X-射线衍射法,简单原理,2023/3/18,21,2.通过氨基酸序列知识去辨识和推引出其决定的三维结构（1）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子的空间结构。（2）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，总结出规律，用于新蛋白质空间结构的预测。,2023/3/18,22,電腦模擬蛋白質結構與功能Molecular dynamics simulat
7、ionof Protein Structure&Function,2023/3/18,23,（三）蛋白质序列测定 1.蛋白质直接测序的用途 2.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。（2）测定头尾氨基酸。（3）把肽链水解成片段，分别进行分析，得到肽图。（4）Edman降解,2023/3/18,24,（四）研究蛋白质胞内分布及移位的方法1.分别收集细胞不同区域内蛋白质，然后进行2-D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结构的方法。2.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。,2023/3/18,25,四、蛋白质
8、组学研究的应用1.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.,2023/3/18,26,癌胚抗原()和甲胎蛋白()是相对特异的肿瘤标志物,其中被广泛用于肝细胞癌的诊断,但在睾丸癌或卵巢癌的病人血清中通常是升高的,是一种广谱性肿瘤标志物,尤其是对消化道腺上皮的肿瘤有一定检出率,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中可以是超表达(如前列腺特异性抗原),但在正常组织中也表达。,2023/3/18,27,2.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靶点。3.蛋白质组数据库将成为药物设计的路标,2023/3/18,28,4.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 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，阐明目标蛋白质在信号转导途径中的位置。,2023/3/18,
