第7章 蛋白质组学

1、 蛋白质组学蛋白质组学 蛋白质组学及其研究进展 蛋白质组学的含义蛋白质组学的含义 蛋白质组学研究的内容蛋白质组学研究的内容 蛋白质组学研究的手段蛋白质组学研究的手段 蛋白质组信息学蛋白质组信息学 差异蛋白质组学差异蛋白质组学 蛋白质组研究意义及前景蛋白质组研究意义及前景 什么是蛋白质？ 蛋白质是一种复杂的有机生物 大分子，它们是生命活动的实 际执行者。 几乎所有的生物催化剂-酶， 都是蛋白质。构成细胞骨架和 动物大部分结构的纤维物质也 是蛋白质;胶原蛋白和角蛋白 组成了皮肤，毛发和软骨；肌 肉大部分也是由蛋白质组成。 蛋白质由一个一个的氨基酸首 尾相接形成肽链，肽链再折叠 形成一定空间结构。

2、什么是蛋白质组？ 荧光染色的细胞内蛋白质 生命现象的物质基础是核酸和蛋白质，作为基因的载 体，核酸编制了所有的信息，而基因的表达产物蛋白 质，才是各种生物功能的执行者。 蛋白质组是功能基因组的新前沿，对基因表达的时空 规律进行揭示，比较了不同生理条件下或不同发育时 期的功能蛋白质组的差别和多样性（mRNA剪切的结果 或翻译后加工的结果），才能在分子水平上全面、具 体了解生命活动的过程，为个种生物学特征和生产应 用提供理论基础。 基因疾病 环境 基因组和蛋白质组到底有什么联系？ 我们可以这样理解生命，遗传 信息从DNA（基因）转变为一种被 称作mRNA的中间转载体，然后再合 成各式各样的结构蛋白

3、质和功能蛋 白质，构成一种有机体，完成生命 的功能。基因 mRNA蛋白质， 三位一体，构成了遗传信息的流程 图，这即是传统的中心法则。 现在已经证明，一个基因并不 只存在一个相应的蛋白质，可能会 有几个，甚至几十个。什么情况下 会有什么样的蛋白，这不仅决定于 基因，还与机体所处的周围环境以 及机体本身的生理状态有关。 蛋白质组研究对我们有什么益处 蛋白质组的研究能为众 多种疾病机理的阐明及攻克 提供理论根据和解决途径。 通过对正常个体及病理个体 间的蛋白质组比较分析，我 们可以找到某些“疾病特异 性的蛋白质分子”，它们可 成为新药物设计的分子靶点， 或者也会为疾病的早期诊断 提供分子标志。 牛

4、胰岛素晶体图片牛胰岛素晶体图片 蛋白质组学的含义 蛋白质组蛋白质组(Proteome)(Proteome)一词最早由澳大利亚学一词最早由澳大利亚学 者者 等于等于19941994年提出年提出, ,指的是由一指的是由一 个基因组个基因组geneomegeneome或一个细胞、组织表达的所有或一个细胞、组织表达的所有 proteinprotein。蛋白质组学。蛋白质组学(proteomics)(proteomics)是在蛋白质水是在蛋白质水 平上定量、动态、整体性地研究生物体。是整体平上定量、动态、整体性地研究生物体。是整体 上研究细胞或组织内，特定的时间和空间内全部上研究细胞或组织内，特定的时间

5、和空间内全部 蛋白质的组成及相互作用规律的科学。蛋白质的组成及相互作用规律的科学。 同基因组学一样同基因组学一样, ,蛋白质组学不是一个封闭的、蛋白质组学不是一个封闭的、 概念化的、稳定的知识体系概念化的、稳定的知识体系, ,而是一个领域。它旨而是一个领域。它旨 在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式, , 其内容包括蛋白质的定性鉴定、定量检测、细胞其内容包括蛋白质的定性鉴定、定量检测、细胞 内定位、相互作用研究等内定位、相互作用研究等, ,最终揭示蛋白质功能最终揭示蛋白质功能, , 是基因组序列与基因功能之间的桥梁。是基因组序列与基因功能之间的桥

6、梁。 结构基因组 功能基因组 结构蛋白质组 功能蛋白质组 蛋白质组研究不同于基因组研究 相对独立 紧密连接 蛋白质组学研究的内容蛋白质组学研究的内容 蛋白质表达模式蛋白质表达模式( (或蛋白质组组成或蛋白质组组成) )的研究的研究 蛋白质组组成的分析鉴定是蛋白质组学中的与蛋白质组组成的分析鉴定是蛋白质组学中的与 基因组学相对应的主要内容。它要求对蛋白质组进行基因组学相对应的主要内容。它要求对蛋白质组进行 表征表征, ,即实现所有蛋白质的分离、鉴定及其图谱化。即实现所有蛋白质的分离、鉴定及其图谱化。 双向凝胶电泳双向凝胶电泳(2-(2-D) )和质谱和质谱( (Mass spectrometry

7、) )技技 术是当前分离鉴定蛋白质的两大支柱技术术是当前分离鉴定蛋白质的两大支柱技术 蛋白质组功能模式(目前主要集中在 蛋白质相互作用网络关系)的研究 动物模型/细胞 蛋白质组研究蛋白质组研究 生物信息学分析 功能分析 人类疾病 蛋白质组新技术 蛋白质组研究的策略：平台与整合 原核及简单真核生物的蛋白质组研究 流感嗜血杆菌的蛋白质组研究流感嗜血杆菌的蛋白质组研究 大肠杆菌的蛋白质组研究大肠杆菌的蛋白质组研究 致病微生物的蛋白质组研究致病微生物的蛋白质组研究 酿酒酵母的蛋白质组研究酿酒酵母的蛋白质组研究 流感嗜血杆菌流感嗜血杆菌(Hae mophilus influenzae)(Hae moph

8、ilus influenzae)是第是第 一个获得基因组全序列的生物一个获得基因组全序列的生物. .瑞士的一个小组通过瑞士的一个小组通过 2-DPAGE2-DPAGE研究了流感嗜血杆菌的蛋白质组分研究了流感嗜血杆菌的蛋白质组分, ,在在3-3- 1010的范围内鉴定了约的范围内鉴定了约300300个蛋白质组分个蛋白质组分, ,然后用有两个然后用有两个 尿素浓度的麦黄酮尿素浓度的麦黄酮(tricine)(tricine)胶分离了很难分离到的胶分离了很难分离到的 5-20ku5-20ku范围内的蛋白质范围内的蛋白质, ,还鉴定了其中的还鉴定了其中的8080种种. .另外用另外用 肝素亲和层析将碱性

9、蛋白质富集后肝素亲和层析将碱性蛋白质富集后, ,在在6-116-11的范的范 围内又鉴定了围内又鉴定了102102个蛋白质个蛋白质, ,其中许多是核酸结合蛋白其中许多是核酸结合蛋白 尤其是核糖体蛋白尤其是核糖体蛋白. . 流感嗜血杆菌的蛋白质组研究流感嗜血杆菌的蛋白质组研究 华盛顿大学的另一个小组将双向电华盛顿大学的另一个小组将双向电 泳得到的流感嗜血杆菌泳得到的流感嗜血杆菌303个蛋白质斑点个蛋白质斑点 进行质谱分析进行质谱分析,确定了确定了263个蛋白质个蛋白质,其中其中 大部分是外膜蛋白大部分是外膜蛋白,以及与能量代谢和大以及与能量代谢和大 分子合成相关的蛋白质分子合成相关的蛋白质.另外

10、发现了几种另外发现了几种 不能在基因组中找到对应序列的蛋白质不能在基因组中找到对应序列的蛋白质. 令人惊奇的是令人惊奇的是,大约大约22%的被鉴定了的蛋的被鉴定了的蛋 白质表现出与预计不同的等电点与分子白质表现出与预计不同的等电点与分子 质量质量,显示它们可能经过了翻译后加工显示它们可能经过了翻译后加工. 大肠杆菌全部大肠杆菌全部40004000多个基因的序列已被多个基因的序列已被 测定测定, ,人们想到如果把双向电泳得到的蛋白质谱与人们想到如果把双向电泳得到的蛋白质谱与 基因组分析结果联合起来基因组分析结果联合起来, ,就会得到更多有用的信就会得到更多有用的信 息息. .基于此想法基于此想法

11、, ,建立蛋白质建立蛋白质 基因联合数据库基因联合数据库, ,希望希望 籍此来回答以下几方面的问题籍此来回答以下几方面的问题: : 所有编码基因的所有编码基因的 产物在双向图谱上的位置产物在双向图谱上的位置, , 各种蛋白质的丰度各种蛋白质的丰度, , 不同条件下各种蛋白质表达水平及合成速率的不同条件下各种蛋白质表达水平及合成速率的 变化变化, , 各种蛋白质在细胞内的定位各种蛋白质在细胞内的定位, , 某些蛋白某些蛋白 质翻译后修饰的方式及水平质翻译后修饰的方式及水平. . 大肠杆菌的蛋白质组研究大肠杆菌的蛋白质组研究 目前目前,大肠杆菌的联合数据库已更新到第大肠杆菌的联合数据库已更新到第

12、六版六版,大约包括大约包括1600个蛋白质斑点的数据个蛋白质斑点的数据,其中其中 大约大约400个蛋白质斑点已与大约个蛋白质斑点已与大约350个基因相对个基因相对 应应(有些基因可能有多个蛋白质产物有些基因可能有多个蛋白质产物),对于这些对于这些 蛋白质蛋白质,这个数据库可以提供这个数据库可以提供基因名称、蛋白质基因名称、蛋白质 名称、名称、EC 编号、功能范畴、编号、功能范畴、Swiss-prot数据库数据库 编号、编号、enbank序列号、基因图谱的位置、染序列号、基因图谱的位置、染 色体上的转录方向以及一些生理信息色体上的转录方向以及一些生理信息(如在不如在不 同生长条件下该蛋白质在细胞

13、内的丰度同生长条件下该蛋白质在细胞内的丰度). 蛋白质组的一个重要应用是在阐明新抗生素作用蛋白质组的一个重要应用是在阐明新抗生素作用 机理的研究上机理的研究上. .当今当今, ,细菌对大多数抗生素都有了抗性细菌对大多数抗生素都有了抗性, , 寻找作用于细菌内新的靶子的研究工作已经展开寻找作用于细菌内新的靶子的研究工作已经展开, ,找找 到了许多有效的抗菌化合物到了许多有效的抗菌化合物. .但目前遇到的困难在于但目前遇到的困难在于 难以揭示新的化合物的作用靶子及其作用机理难以揭示新的化合物的作用靶子及其作用机理. .有时有时 虽在体外发现新化合物能够使某种蛋白质失活虽在体外发现新化合物能够使某种

14、蛋白质失活, ,但在但在 体内是否有这种现象和这是否是抗菌的主要机制仍然体内是否有这种现象和这是否是抗菌的主要机制仍然 未知未知, ,现在双向电泳分析提供了一个有效手段现在双向电泳分析提供了一个有效手段. . 致病微生物的蛋白质组研究致病微生物的蛋白质组研究 例如在研究抑制核糖体类抗生素对细菌的作用机例如在研究抑制核糖体类抗生素对细菌的作用机 制时制时, ,对对1212种作用于翻译过程的不同阶段和核糖体内不种作用于翻译过程的不同阶段和核糖体内不 同分子的抗生素加以考察同分子的抗生素加以考察, ,发现其中发现其中8 8种诱导冷休克反种诱导冷休克反 应的一系列蛋白质应的一系列蛋白质, ,另另4 4

15、种诱导一系列热休克反应的蛋种诱导一系列热休克反应的蛋 白质白质, ,因此预计新的作用于核糖体的化合物也是诱导这因此预计新的作用于核糖体的化合物也是诱导这 两种反应两种反应, ,并且籍此可以推测大肠杆菌对冷热的反应发并且籍此可以推测大肠杆菌对冷热的反应发 生于核糖体水平上生于核糖体水平上. .蛋白质组研究的重要优势在于能够蛋白质组研究的重要优势在于能够 从整体水平上分析不同条件下蛋白质谱的变化从整体水平上分析不同条件下蛋白质谱的变化. .例如作例如作 为一种差异显示技术为一种差异显示技术, ,这一技术已被用于比较结核分枝这一技术已被用于比较结核分枝 杆菌与牛结核分枝杆菌蛋白的不同杆菌与牛结核分枝

16、杆菌蛋白的不同, ,结果发现一些在基结果发现一些在基 因水平上很类似的蛋白在蛋白质水平上有很大差别因水平上很类似的蛋白在蛋白质水平上有很大差别, ,这这 可能部分解释近年来牛痘作为结核病疫苗会出现失败可能部分解释近年来牛痘作为结核病疫苗会出现失败 的现象的现象 。 利用双向电泳技术分析酵母蛋白谱的工作早于蛋白质组利用双向电泳技术分析酵母蛋白谱的工作早于蛋白质组 概念的提出概念的提出. .酿酒酵母酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)(Saccharomyces cerevisiae)基因组基因组 的完成及其蛋白质数据库在互联网上的建立的完成及其蛋白质数据库在互联网上的建立

17、, ,大大加速了这大大加速了这 一工作一工作. .最新版的数据库包括最新版的数据库包括60006000多页多页, ,每页代表一个已知或每页代表一个已知或 推测的酵母蛋白推测的酵母蛋白. .它包含以下几方面的信息它包含以下几方面的信息: : 以序列为基以序列为基 础的已知和推测的酵母蛋白的特征信息础的已知和推测的酵母蛋白的特征信息, ,如分子质量、等电如分子质量、等电 点、氨基酸组成、多肽片段大小等点、氨基酸组成、多肽片段大小等; ; 一些研究得到的关于一些研究得到的关于 各种蛋白质在翻译后加工、亚细胞定位、功能分类方面的信各种蛋白质在翻译后加工、亚细胞定位、功能分类方面的信 息息; ; 从以往

18、的超过从以往的超过50005000篇关于酵母蛋白研究的文章中获得篇关于酵母蛋白研究的文章中获得 的有关各种蛋白质功能、相互作用、突变表型的信息的有关各种蛋白质功能、相互作用、突变表型的信息. .借助借助 数据库的有力推动数据库的有力推动, ,在双向电泳蛋白质谱上最明显的蛋白质在双向电泳蛋白质谱上最明显的蛋白质 斑点的大部分得到鉴定斑点的大部分得到鉴定. . 酿酒酵母的蛋白质组研究酿酒酵母的蛋白质组研究 正在丹麦进行的一项研究计划分别作出野生正在丹麦进行的一项研究计划分别作出野生 型和将基因系统缺失的缺陷型酵母的双向蛋白质型和将基因系统缺失的缺陷型酵母的双向蛋白质 图谱图谱. .初步的研究表明初

19、步的研究表明, ,缺失单一基因将导致的结缺失单一基因将导致的结 果并不只是缺乏此基因编码的蛋白质果并不只是缺乏此基因编码的蛋白质, ,而是能导而是能导 致其他一系列蛋白质量的改变致其他一系列蛋白质量的改变. .一些蛋白质减少一些蛋白质减少 而另一些蛋白质增多而另一些蛋白质增多, ,当然还有一些蛋白质被加当然还有一些蛋白质被加 工修饰而导致性状改变工修饰而导致性状改变. . 单一基因缺失的结果总是引起蛋白质组全单一基因缺失的结果总是引起蛋白质组全 局性的变化局性的变化. .大约大约20%20%的酵母基因缺失是致死性的酵母基因缺失是致死性 的的, ,另外另外80%80%则不然则不然, ,这时机体能

20、通过调节蛋白这时机体能通过调节蛋白 质的表达来对抗这种内源性的变化质的表达来对抗这种内源性的变化. .这种基这种基 因因 缺失的研究可能会告诉我们一些关于缺失的研究可能会告诉我们一些关于细胞内蛋细胞内蛋 白质分子间相互白质分子间相互“对话对话”和和“作用作用”的重要信的重要信 息息, ,如蛋白质间的物理联系如蛋白质间的物理联系( (这些蛋白质可能会这些蛋白质可能会 组成蛋白质复合物组成蛋白质复合物) )、信号传递途径、信号传递途径, ,以帮助我以帮助我 们了解细胞是如何构成的以及是如何协同工作们了解细胞是如何构成的以及是如何协同工作 的。的。 多细胞真核生物的蛋白质组研究多细胞真核生物的蛋白质

21、组研究 线虫的蛋白质组研究线虫的蛋白质组研究 果蝇的蛋白质组研究果蝇的蛋白质组研究 人类的蛋白质组研究人类的蛋白质组研究 植物的蛋白质组研究植物的蛋白质组研究 利用双向电泳技术利用双向电泳技术, ,iniini对线虫对线虫 ( (.elegans).elegans)进行了蛋白质组分析进行了蛋白质组分析, ,在等电点在等电点 3.5-93.5-9和分子质量和分子质量10-200k10-200k的范围内可分辨的范围内可分辨 20002000个以上的蛋白质斑点个以上的蛋白质斑点, ,然后利用然后利用 微量测序技术对其中微量测序技术对其中2424个斑点进行分析个斑点进行分析, ,得到其得到其 中中12

22、12个蛋白质的端序列个蛋白质的端序列. .其余的由于端封闭其余的由于端封闭 而未能测出序列而未能测出序列. .已测出的已测出的1212个中有个中有1 1个未能找个未能找 到与其匹配的基因到与其匹配的基因. .另外另外1111个与能量代谢、酸性个与能量代谢、酸性 核蛋白、蛋白等对应核蛋白、蛋白等对应. .elegans.elegans的的1900019000个个 基因已于基因已于19981998年年1212月全部测出月全部测出, ,预计会对蛋白质预计会对蛋白质 组的研究提供帮助组的研究提供帮助 。 线虫的蛋白质组研究线虫的蛋白质组研究 不同性别果蝇不同性别果蝇( ( ) )成虫成虫 的头、胸、腹

23、部的蛋白质组图谱已被分的头、胸、腹部的蛋白质组图谱已被分 别作出别作出, ,总共约有总共约有12001200个蛋白质被检出个蛋白质被检出, , 其中的大多数在头、胸、腹中是相同的其中的大多数在头、胸、腹中是相同的, , 但也发现了一部分其部位、性别特异的但也发现了一部分其部位、性别特异的 蛋白质蛋白质. . 果蝇的蛋白质组研究果蝇的蛋白质组研究 人类的蛋白质组研究吸引了最多的注意力人类的蛋白质组研究吸引了最多的注意力. . 由于人有着大量的组织、细胞类型和发育阶段由于人有着大量的组织、细胞类型和发育阶段, , 对人蛋白质组的研究主要聚焦在特异的组织、细对人蛋白质组的研究主要聚焦在特异的组织、细

24、 胞和疾病上胞和疾病上. .已有的证据表明已有的证据表明, ,尽管人的不同组织尽管人的不同组织 有着很大的功能差别有着很大的功能差别, ,但其中的许多蛋白质是看但其中的许多蛋白质是看 家蛋白家蛋白, ,因此它们的双向图谱可能也是近似的因此它们的双向图谱可能也是近似的. .这这 点与简单生物不同点与简单生物不同, ,简单生物在不同的发育阶段简单生物在不同的发育阶段 有着极不相同的蛋白质组有着极不相同的蛋白质组. .因此对于人类来说因此对于人类来说, ,一一 个高质量的基本的双向图谱是非常有用的个高质量的基本的双向图谱是非常有用的, ,它可它可 以作为其他组织、细胞的参照图谱以作为其他组织、细胞的

25、参照图谱. .人的各种组人的各种组 织、器官、细胞乃至各种细胞器已被广泛研究织、器官、细胞乃至各种细胞器已被广泛研究. . 人类的蛋白质组研究人类的蛋白质组研究 人的各种体液人的各种体液( (血液、淋巴、脊髓、乳汁血液、淋巴、脊髓、乳汁 和尿等和尿等) )都被用于研究与某些疾病的关系都被用于研究与某些疾病的关系. .最近最近 澳大利亚科学家利用双向电泳技术研究眼泪中澳大利亚科学家利用双向电泳技术研究眼泪中 的蛋白质与生理状态的关系的蛋白质与生理状态的关系. .他们发现了一种他们发现了一种 新的蛋白质新的蛋白质, ,这个蛋白质非常相似于在乳腺癌这个蛋白质非常相似于在乳腺癌 细胞里高表达的另一种蛋

26、白质细胞里高表达的另一种蛋白质. .这个发现可能这个发现可能 会提供疾病诊治的新的手段会提供疾病诊治的新的手段. .在一项利用蛋白在一项利用蛋白 质组研究技术进行的酒精对人体毒性的研究中质组研究技术进行的酒精对人体毒性的研究中 发现发现, ,乙醇会改变血清蛋白糖基化作用乙醇会改变血清蛋白糖基化作用, ,导致许导致许 多糖蛋白的糖基缺乏多糖蛋白的糖基缺乏, ,如转铁蛋白。如转铁蛋白。 肿瘤至今仍是人类的一个顽敌肿瘤至今仍是人类的一个顽敌. .癌细胞不仅有癌细胞不仅有 许多特异蛋白质产物许多特异蛋白质产物, ,而且这些产物还会影响其他而且这些产物还会影响其他 蛋白质的翻译后加工及许多蛋白质的表达水

27、平蛋白质的翻译后加工及许多蛋白质的表达水平. .肿肿 瘤的蛋白质组研究能提供一些以往其他技术所不能瘤的蛋白质组研究能提供一些以往其他技术所不能 提供的早期诊断依据提供的早期诊断依据, ,例如利用不同细胞组织的特例如利用不同细胞组织的特 征蛋白质谱征蛋白质谱, ,可以判别一些难以判定来源的肿瘤细可以判别一些难以判定来源的肿瘤细 胞的来源胞的来源. .丹麦的一个小组利用蛋白质组研究技术丹麦的一个小组利用蛋白质组研究技术 结合组织冰冻切片技术分析了结合组织冰冻切片技术分析了150150例膀胱癌病人的例膀胱癌病人的 组织组织, ,发现在所有的鳞状细胞瘤的尿液中均能发现发现在所有的鳞状细胞瘤的尿液中均能

28、发现 一种化学引诱剂一种化学引诱剂银屑素银屑素( ( ),),推测其极可能作为这种肿瘤的早期标志物推测其极可能作为这种肿瘤的早期标志物. . 基因组计划无疑为医疗、医药领域带来一场革基因组计划无疑为医疗、医药领域带来一场革 命命, ,但也应该看到但也应该看到, ,单纯的遗传分析很难诊断多因单纯的遗传分析很难诊断多因 素的疾病素的疾病. .复杂的基因间相互作用复杂的基因间相互作用, ,细胞内活动和细胞内活动和 环境的影响都会影响基因的表达及蛋白质的翻译环境的影响都会影响基因的表达及蛋白质的翻译 后加工后加工. .因此因此, ,可靠的诊断和治疗应基于机体渐进可靠的诊断和治疗应基于机体渐进 发展过程

29、的调控及失调发展过程的调控及失调, ,并且必须考虑到环境因素并且必须考虑到环境因素 的影响的影响. .蛋白质组的研究正是探索这一领域的有力蛋白质组的研究正是探索这一领域的有力 武器武器. . 人们不难预期人们不难预期, ,基因组计划的不断推进会基因组计划的不断推进会 给蛋白质组研究提供更多更全的数据库给蛋白质组研究提供更多更全的数据库; ;生物生物 信息学的发展会给蛋白质组计划提供更方便有信息学的发展会给蛋白质组计划提供更方便有 效的计算机分析软件效的计算机分析软件; ;国际互联网会使各国各国际互联网会使各国各 领域科学家有关蛋白质组研究的成果出现新的领域科学家有关蛋白质组研究的成果出现新的

30、集成集成; ;新的技术会不断涌现新的技术会不断涌现, ,蛋白质组研究方法蛋白质组研究方法 会象技术一样易于操作会象技术一样易于操作, ,并渗透到人类并渗透到人类 活动的方方面面活动的方方面面, ,对工业、农业、医疗卫生各对工业、农业、医疗卫生各 行各业带来新的革命。行各业带来新的革命。 功能蛋白质组学功能蛋白质组学 功能蛋白质组学的提出及概念功能蛋白质组学的提出及概念 功能蛋白质组学是指从动态和整体的角度研功能蛋白质组学是指从动态和整体的角度研 究蛋白质的功能及其结构基础，是位于对个别蛋究蛋白质的功能及其结构基础，是位于对个别蛋 白质的传统研究和以全部蛋白质为研究对象的蛋白质的传统研究和以全部

31、蛋白质为研究对象的蛋 白质组研究之间的层次。白质组研究之间的层次。 功能蛋白质组学的研究内容功能蛋白质组学的研究内容 蛋白质群体研究蛋白质群体研究 蛋白质组生物信息学 Bench works (2D, MS, etc) Databases Bioinformatics 数据库 说明 WWW地址 蛋白质序列库: SWISS-PROT 内容丰富,提示详尽 http:/www.expasy.ch/sport/ PIR较 /pir/pir-psi.html TrEMBL (EMBL的翻译) http:/www.expasy.ch/sprot /

32、OWL (非冗余库) http:/www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/dbbrowser/OWL/OWL.html 核苷酸数据库: EMBL 欧州分子生物学http:/www.ebi.ac.uk/ebi-docs/embl- db/ebi/topembl.html GenBank美国生物工程信息中心 /Web/Search/index.htm ldbESTCDNA序列标记/dbEST/ 模体与域: PROSITE 序列模体 http:/www.expasy.ch/sport/

33、prosite.html BLOCKS 保守序列 / ProDom蛋白质域http:/protein.toulouse.inra.fr/prodom.html SBASE蛋白质域http:/base.icgeb.trieste.it/sbase/ 二维电泳(2DPAGE): WORLD-2DPAGE国际2DPAGE库的完整索引http:/www.expasy.ch/ch2d/2d- index.htm lLinksto2DPAGEPhoretix公司的连络表http:/ 2DWG二维电泳图谱元库http:/www-lecb.ncifcrf.g

34、ov/2dwgDB/ Flicker成对电泳图谱比较/flicker/ 三维结构库: PDB蛋白质三维结构坐标库/ SWISS-MODEL从序列模建结构http:/www.expasy.ch/swissmod/SWISS- MODEL.html SWISS-3DIMAGE三维结构图示http:/www.expasy.ch/sw3d/ DSSP二级结构命名ftp:/ftp.ebi.ac.uk/pub/databases/dssp FSSP蛋白质结构家族ftp:/ftp.ebi.ac.uk/pub/dat

35、abases/fssp/ 翻译后修饰: O-GLYCBASE糖基化http:/www.cbs.dtu.dk/databases/OGLYCBASE/ PHOSPHOBASE磷酸化http:/www.cbs.dtu.dk/databases/PhosphoBase/ deltamass翻译后修饰汇编 .au/WWWDOCS/SVIMRDOCS/MassSpec/delta massV2.html 基因组库: dblist基因组库目列http:/www.expasy.ch/amos-www-links.html#organisms GDB基因

36、组库/ OMIM遗传病表型/omim/ GeneCards生物医学知识http:/bioinfo.weizmann.ac.il/cards/ 代谢库: Boehringer图代谢路径图http:/www.expasy.ch/cgi-bin/search-biochem-index ENZYME酶及其反应的命名http:/www.expasy.ch/sprot/enzyme.html Ecolyc大肠杆菌中间代谢 http:/ HinCys嗜血流感中间代谢 http:/ WIT酶和代谢途径http:/w

37、/WIT/ 相互作用: GIF-DB果蝇发育中的基因相互作用http:/gifts.univ-mrs.fr.GIF-DB/GIF-DB- home-page.html KEGG基因相互作用http:/www.genome.ad.jp/kegg Deletion酵母功能基因组/group/yeast- deletion-project/deletion.html 用于蛋白质鉴定的数据库搜索软件 属性参数/软件名称 WWW地址 蛋白质质量+蛋白质序列标记 PeptideSearchhttp:/www.mann

38、.embl- heidelberg.de/Services/PeptideSearch/PeptideSearchIntro.html TagIdenthttp:/expasy.hcuge.ch/sprot/tagident.html 蛋白质的肽质印记: MassSearchhttp:/cbrg.inf.ethz.ch/subsection3-1-3.html MS-Fithttp:/falcon.ludwig.ucl.ac.uk/ucsfhtml/msfit.htm PetideSearchhttp:/www.mann.embl- heidelberg.de/Services/Peptide

39、Search/PeptideSearchIntro.html ProFound/PROWL/prot-id-main.html 蛋白质组学研究的手段蛋白质组学研究的手段 蛋白质组分析概述蛋白质组分析概述 蛋白质组研究的核心蛋白质组研究的核心用于分离的双向电泳用于分离的双向电泳(2 -DE) 蛋白质组研究的百科全书蛋白质组研究的百科全书数据库数据库(database) 蛋白质组技术的支柱蛋白质组技术的支柱鉴定技术鉴定技术(Identication) 蛋白质组技术的规模蛋白质组技术的规模高流通量筛选高流通量筛选(HTS) 目前双向凝胶电泳一般只

40、能分辨到目前双向凝胶电泳一般只能分辨到1000-30001000-3000个个 蛋白质点蛋白质点(SPOT),(SPOT),而一个细胞系可以表达上万个基因而一个细胞系可以表达上万个基因, , 加上蛋白质加工修饰的多样性加上蛋白质加工修饰的多样性, ,一个样品中的蛋白种类一个样品中的蛋白种类 可达可达10106 6种。因此种。因此, ,对于一些低拷贝蛋白对于一些低拷贝蛋白, ,通常先将蛋白通常先将蛋白 粗提液通过亲和柱纯化粗提液通过亲和柱纯化, ,再由一维或二维电泳分离。单再由一维或二维电泳分离。单 向电泳的优点在于几乎所有蛋白质均溶于向电泳的优点在于几乎所有蛋白质均溶于, ,分子分子 量在量在

41、10000-30000010000-300000范围内均能有效分离范围内均能有效分离, ,极酸、极碱蛋极酸、极碱蛋 白极易检出。双向凝胶电泳白极易检出。双向凝胶电泳(2-dimensional gel (2-dimensional gel electrophoresis)electrophoresis)原理简明原理简明, ,第一向进行等电聚焦第一向进行等电聚焦, ,蛋蛋 白质沿梯度分离白质沿梯度分离, ,至各自的等电点至各自的等电点; ;随后随后, ,在沿垂直在沿垂直 的方向进行分子量的分离。的方向进行分子量的分离。8080年代固相化梯度年代固相化梯度( ( ,IPG),IPG) 的发明和完善

42、的发明和完善, ,解决了梯度不稳的问题解决了梯度不稳的问题, ,使使2-2- 的重复性和上样量大为改善。的重复性和上样量大为改善。 双向凝胶电泳（双向凝胶电泳（2-DE2-DE） 样品的制备样品的制备 高分辨率和重复性高分辨率和重复性 分离后的斑点检测分离后的斑点检测(spot detection) 概念概念 蛋白质组研究的发展以双向电泳技术作为核蛋白质组研究的发展以双向电泳技术作为核 心心. . 双向电泳由双向电泳由arrellarrell， ，s s于 于19751975年首次建年首次建 立并成功地分离约立并成功地分离约10001000个个 蛋白蛋白, ,并表并表 明蛋白质谱不是稳定的明蛋

43、白质谱不是稳定的, ,而是随环境而变化而是随环境而变化 。双。双 向电泳原理简明向电泳原理简明, ,第一向进行等电聚焦第一向进行等电聚焦, ,蛋白质沿蛋白质沿 梯度分离至各自的等电点梯度分离至各自的等电点, ,随后随后, ,再沿垂直的再沿垂直的 方向进行分子量的分离方向进行分子量的分离. . 目前目前, ,随着技术的飞速发随着技术的飞速发 展展, ,已能分离出已能分离出1000010000个斑点个斑点( () ) 样品制备和溶解同样事关样品制备和溶解同样事关2- 2- 的成效的成效, ,目目 标是尽可能扩大其溶解度和解聚标是尽可能扩大其溶解度和解聚, ,以提高分辨率以提高分辨率 用化学法和机械

44、裂解法破碎以尽可能溶解和解聚用化学法和机械裂解法破碎以尽可能溶解和解聚 蛋白蛋白, ,两者联合有协同作用两者联合有协同作用 对样品的预处对样品的预处 理涉及溶解、变性和还原来完全破坏蛋白间的相理涉及溶解、变性和还原来完全破坏蛋白间的相 互作用互作用, ,并除去如核酸等非蛋白物质并除去如核酸等非蛋白物质 。理想的状。理想的状 态是人们应一步完成蛋白的完全处理态是人们应一步完成蛋白的完全处理 。 低丰度蛋白在细胞内可能具有重要的调节低丰度蛋白在细胞内可能具有重要的调节 功能功能, ,代表蛋白质组研究的代表蛋白质组研究的“冰山之尖冰山之尖”, ,故分故分 高低丰度蛋白是一种挑战亚细胞分级和蛋白质高低

45、丰度蛋白是一种挑战亚细胞分级和蛋白质 预分级、提高加样量预分级、提高加样量( (已达到已达到1 11515级的标级的标 准准) ) 、应用敏感性检测、应用敏感性检测, ,可以提高其敏感性可以提高其敏感性 如如 一种多肽免疫一种多肽免疫2 -2 -印迹是利用几种单克隆印迹是利用几种单克隆 抗体技术来分析和检测提高组蛋白和核糖体蛋抗体技术来分析和检测提高组蛋白和核糖体蛋 白等碱性蛋白的分离是另一难点，白等碱性蛋白的分离是另一难点， 由于碱性由于碱性 范围内凝胶基质的不稳定及逆向电渗流的范围内凝胶基质的不稳定及逆向电渗流的 产生产生, ,对对pIpI超过超过1010的碱性蛋白的碱性蛋白, ,通过产生

46、通过产生0 010%10% 的山梨醇梯度和的山梨醇梯度和16%16%的异丙醇可减少之，的异丙醇可减少之， 亦可亦可 用双甲基丙烯酰胺来增加基质的稳定性。用双甲基丙烯酰胺来增加基质的稳定性。 2 -2 -面临的挑战是高分辨率和重复性面临的挑战是高分辨率和重复性 ： 高分辨率确保蛋白最大程度的分离高分辨率确保蛋白最大程度的分离, ,高重复性允高重复性允 许进行凝胶间配比许进行凝胶间配比. .对对2-2-而言而言, ,有有3 3种方法分种方法分 离蛋白离蛋白: : 1)ISO-DALT1)ISO-DALT以以FarrellFarrell, ,s s技术为基础技术为基础 第一第一 向应用载体两性电解质

47、向应用载体两性电解质, ,在管胶内建立梯度在管胶内建立梯度 随着聚焦时间的延长随着聚焦时间的延长, ,梯度不稳梯度不稳, ,易产生阴易产生阴 极漂极漂. . 2)NEPH2)NEPH用于分离碱性蛋白用于分离碱性蛋白( (7.0) 7.0) 如如 果聚焦达到平衡状态果聚焦达到平衡状态, ,碱性蛋白会离开凝胶基碱性蛋白会离开凝胶基 质而丢失质而丢失 因此因此, ,在等电区域的迁移须在平衡状在等电区域的迁移须在平衡状 态之前完成态之前完成, ,但很难控制。但很难控制。 3)IPG-DALT3)IPG-DALT发展于发展于8080年代早期年代早期. .由于固相由于固相 梯度的出现解决了梯度不稳的问题梯

48、度的出现解决了梯度不稳的问题 . . 通过通过immobilineimmobiline共价偶联于丙烯酰胺产生固共价偶联于丙烯酰胺产生固 定的梯度定的梯度, ,克服了的缺点克服了的缺点, ,从而达到从而达到 高度的重复性高度的重复性 目前可以精确制作线性、渐进目前可以精确制作线性、渐进 性和型曲线性和型曲线, ,范围或宽或窄的梯度范围或宽或窄的梯度. . 新新 的酸性的酸性3-53-5或碱性或碱性6-116-11的的IPGIPG凝胶梯度凝胶梯度 联合商品化的联合商品化的4-74-7的梯度可对蛋白质形成的梯度可对蛋白质形成 蛋白质组重叠群从而有效分离蛋白质组重叠群从而有效分离. . 分离后的斑点检

49、测分离后的斑点检测( ( ) )亦很重要亦很重要 . .所采用的检测策略所采用的检测策略 和分离后所采用的方法的相互作用是很重要和分离后所采用的方法的相互作用是很重要 的的. . 此外此外, ,还需考虑反应的线性、饱和阈还需考虑反应的线性、饱和阈/ /动动 态范围、敏感性、对细胞蛋白群的全体定量态范围、敏感性、对细胞蛋白群的全体定量 分析的适应性、可行性分析的适应性、可行性. . 目前目前, ,没有一种蛋没有一种蛋 白染色覆盖广泛的浓度和及分离后分析白染色覆盖广泛的浓度和及分离后分析 技术技术. . 银染已成为一种检测银染已成为一种检测2- D2- D的流行方法的流行方法, , 可检测少到可检

50、测少到2 25 5的蛋白的蛋白, ,因此较考马斯亮因此较考马斯亮 蓝蓝- 250- 250敏感敏感. . 多数糖蛋白不能被考马斯亮多数糖蛋白不能被考马斯亮 蓝染色蓝染色, ,一些有机染料不适于膜一些有机染料不适于膜 放射放射 性标记不依赖其代谢的活性性标记不依赖其代谢的活性, ,并仅适于对合成并仅适于对合成 的蛋白质检测的蛋白质检测. .另有一种改良的另有一种改良的2- 2- ( (差异差异 凝胶电泳凝胶电泳),),即应用两种不同的染料荧光标记两即应用两种不同的染料荧光标记两 个样品个样品, ,使在同一凝胶上电泳后的凝胶图象为使在同一凝胶上电泳后的凝胶图象为 两个两个, ,避免了几种避免了几种

51、2 -2 -的比较的比较, ,可在纳克级可在纳克级 进行检测进行检测. . 蛋白质组技术的支柱蛋白质组技术的支柱鉴定技术鉴定技术 与质谱与质谱(mass spectrometry)相关的技术相关的技术 氨基酸组分分析氨基酸组分分析 图象分析技术图象分析技术(Image analysis) 微量测序微量测序(micro-sequencing) 肽质指纹术肽质指纹术（peptide mass fingerprint,PMF） 肽片段肽片段（peptide fragment)的部分测序的部分测序 质谱技术的现状质谱技术的现状 质谱技术的应用质谱技术的应用 质谱技术的应用质谱技术的应用 蛋白质和蛋白质和DNA的序列测定的序列测定 分析复合体的蛋白质组分析复合体的蛋白质组 研究蛋白质修饰研究蛋白质修饰 分析单核苷酸多态性分析单核苷酸多态性 研究生物分子的相互作用研究生物分子的相互作用 鉴定蛋白质的三维结构鉴定蛋白质的三维结构 图象分析技术图象分析技术 “满天星满天星”式的式的2 图谱分析不能依靠本能的直觉图谱分析不能依靠