蛋白质的研究历史与方法SHL.ppt

基因 (gene) 基因组(genome) 基因组学(genomics) 蛋白质(protein) 蛋白质组(proteome) 蛋白质组学(proteomics) 1937年，A. W. k. Tiselius 建立了研究蛋白质 的移动界面电泳(electrophoresis )方法, 于1948年 获诺贝尔化学奖 1941年，A. J. P. Martin和R. L. M. Synge 建立了分配层析(partition chromatography) 技术，被授予1952年的诺贝尔化学奖 1953年，F. Sanger利用纸层析和纸电泳 技术第一次揭示出牛胰岛素的一级结构，开 创了以后数千种蛋白质序列分析的先声，被 授予1958年的诺贝尔化学奖 The Nobel Prize in Chemistry 1958 “for his work on the structure of proteins, especially that of insulin“ Frederick Sanger University of Cambridge Cambridge, United Kingdom 1918 - The Nobel Prize in Chemistry 1954 Linus Pauling 量子化学家 （1901-1994） 40年代中期以后提出纤 维状蛋白质的螺旋结构， 及蛋白质是具有多肽链结 构的物质，打开了通往蛋 白质与DNA分子奥秘的大 门。 两次荣获诺贝尔奖金（1954年化学奖， 1962年和平奖） J. C. Kendrew (1958)及M. F. Perutz (1960) 利用X射线技术解析了肌红蛋白(myoglobin)和 血红蛋白(hemoglobin)的三维结构，使人们第 一次能够洞察生物大分子的空间结构，他们共 同赢得了1962年的诺贝尔化学奖 伦琴 Rntgen 劳厄 Laue 布拉格父子Bragg . 20世纪50年代末，E. H. Fischer 和E. G. Krebs 在研究糖原磷酸化酶作用机制的时候，发现可 逆磷酸化修饰是一种广泛存在的蛋白质分子活 性调节机制，获得1992年的诺贝尔生理医学奖 20世纪70年代中后期，Gunter Blobel利用体外 蛋白质翻译系统发现动物细胞中很多分泌蛋白的 跨膜方式，提出“信号假说”(signal hypothesis)， 获得了1998年的诺贝尔生理医学奖 20世纪50年代后期，E. W.Sutherland发现 细胞内cAMP的存在，1971年被授予诺贝尔生 理医学奖 70年代末80年代初， A. G. Gilman和M. Rodbell独立发现G蛋白的存在，因此二人在 1994年获得诺贝尔生理医学奖 “信号转导”(signal transduction) Summary (1) 分离纯化蛋白质 测定蛋白质分子质量 蛋白质结构分析 蛋白质生物学活性分析 探索结构与功能的关系 Summary (2) 学科交叉 生物化学与分子生物学是一门实践性、应 用性强的学科 生化方法学是在不断发展的 第二节 蛋白质样品的提取 目的蛋白的获取 直接从生物 体内获取 基因工程表 达重组蛋白 采用免疫学方法 获取相关抗体 获取蛋白质的编 码序列 (cDNA) 基因组 测序 基因组测序 进行推导 获取部分肽段 氨基酸序列 经典的细胞蛋白质分离纯化流程由下 述主要步骤组成： 清洗组织或细胞 裂解细胞 离心除去膜组分等获得可溶性蛋白质 离心、层析、电泳等进一步纯化 获取产物蛋白 一、细胞的破碎 各种组织和细胞的常用破碎方法 细胞破碎方法 组织种类 旋刀式匀浆 大多数动、植物组织 手动式匀浆 柔软的动物组织 高压匀浆 细菌、酵母、植物细胞 研磨 细菌、植物细胞 高速珠磨 细胞混悬液 酶溶 细菌、酵母 去垢剂渗透 组织培养细胞 有机溶剂渗透 细菌、酵母 超声破碎 细胞混悬液 低渗裂解 红细胞、细菌 冻融裂解 培养细胞 有时细胞破碎后，某些蛋白质并不能被释放 进入溶液，在细菌中形成包涵体 (inclusion body) 蛋白 包涵体的成份： 包涵体的形成原因： 表达蛋白不适当的中间折叠体高浓度聚 集在一起形成的不溶物 表达蛋白非天然形式的混合物 分离纯化细菌包涵体蛋白的基本步骤： 破碎细胞分离包涵体溶解包涵体 蛋白质产物的构型复原 防止包涵体形成： 降低细胞生长温度 共表达分子伴侣 改变渗透压 融合蛋白 二、去污剂处理溶解膜蛋白 去污剂为双极性(amphipathic)脂类分子， 可在水中溶解。通常由线性或带有分枝的碳氢 化合物尾部和结构各不相同的亲水性头部组成 SDS Triton X-100 NP-40 Tween-20 三、蛋白质分子的稳定 在蛋白质提取过程中，需要加入蛋白酶抑 制剂以防止蛋白水解 PMSF (35 ug/ml) EDTA (0.3 mg/ml) Pepstatin (0.7 ug/ml) Leupeptin (0.5 ug/ml) Aprotinin 目的：保证蛋白质的生物活性 细胞内有许多种还原成分，一旦细胞破碎 由于和氧的接触以及稀释作用而使抗氧化 成分减少，导致许多蛋白质被氧化而失去活 性，如巯基蛋白 常用的还原剂 抗坏血酸 巯基乙醇(mercaptoethanol) 二硫苏糖醇(dithiothreitol, DTT) 蛋白质的环境因素 表面效应 温度 储存 四、离心去除细胞碎片 五、目标蛋白的纯化 1. 盐析 (salting out) 2. 离子交换层析 3. 凝胶过滤层析 4. 亲和层析 第三节 蛋白质的检测和鉴定 光谱学特性190200 nm230300 nm 电泳检测SDS-PAGEIEF 分子量测定排阻层析沉降平衡超速离心 动态弹性光散射孔径梯度电泳质谱 氨基酸序列测定 用抗体检测蛋白质Western blott