生物信息学Chapter蛋白质组分析..pptVIP

第七章 蛋白质组分析—引言 蛋白质组（proteom）是指一个基因组中每个基因编码产生的蛋白质的总体，即一个基因组的全部蛋白质产物及其表达情况 一个蛋白质组不是一个基因组的直接产物 蛋白质组研究的对象不是单一或少数的蛋白质，它强调全面性和整体性 仅仅依靠DNA序列信息有时很难确定 1995年，Smith和Williams对生殖道支原体进行了蛋白质成分的大规模分离和鉴定，开创了蛋白质组学 目前，蛋白质组的研究对象已扩展到酵母、多细胞真核生物以及人体正常组织及病理标本等 蛋白质组学的主要研究内容及应用领域： 蛋白质组作图、蛋白质组成分鉴定、蛋白质组数据库构建、新型蛋白质发掘、蛋白质差异显示、同工型比较 功能基因组计划、基因产物识别、基因功能鉴定、基因调空机制分析 重要生命活动的分子机制，包括细胞周期、细胞分化与发育、肿瘤发生与发展、环境反应与调节、物种进化等 蛋白质组学的主要研究内容及应用领域： 医学靶分子寻找与分析，包括新型药物靶分子、肿瘤恶性特异标志、人体病理介导分子和病原菌毒性分子等 疾病诊断，主要是试验新型药物的功效和效力等 7.1.4 蛋白质组分析中的信息学工具 蛋白质表达分布图数据库 蛋白质图谱自动识别软件包 其他常用的方法 7.2 蛋白质组分析技术 深入研究细胞的活性成分—蛋白质的动态信息 研究细胞或组织的全部蛋白质之间的相互关系 * * 7.1.1 什么是蛋白质组 7.1.2 为什么需要蛋白质组学 基因表达产物是否或何时被翻译 基因产物的相应含量 翻译后的修饰程度 基因剔除或表达的影响 遗留的小基因或出现长度小于300bp的可读框 多基因现象的表型 mRNA水平的测量并不能完全揭示细胞的调节，而蛋白质的样品较mRNA稳定 蛋白质和mRNA之间的相关系数仅为0.4~0.5，还存在转录后的加工、翻译调节及翻译后加工等问题 因此要了解不同生命活动的分子基础，仅靠测定基因组全序列是不够的，还必须开展大规模、全方位的蛋白质研究 7.1.3 蛋白质组研究的发展 如，日内瓦大学的ExPASy系统 7.2.1 蛋白质组分析的出发点 样品的制备 图象分析 蛋白质成分的分析与鉴定 大规模蛋白质组分析过程主要包括： 7.2.2 蛋白质组分析的技术路线 双向凝胶电泳 （2—dimensional gel electrophoresis） 蛋白质鉴定方法 7.2.3 蛋白质组分析的关键技术 多肽图谱 氨基酸组成分析 质谱分析 双向凝胶电泳技术是O’Farrell（1975）首先建立的 O’Farrell成功地分离了约1000个E. coli蛋白，并证明蛋白质谱不是稳定的，而是随着环境变化的 双向凝胶电泳技术已得到广泛地的应用，它是大规模蛋白质鉴定、提高组分辨率以研究蛋白表达差异的一种有效方法 目前该技术能分离出10000个蛋白 双向凝胶电泳 第一向进行等电聚焦(IEF)，蛋白质沿pH梯度分离，至各自的等电点(PI) 随后，再沿另一向进行分子量的分离 双向凝胶电泳技术的原理 双向聚丙烯酰胺凝胶图 图象分析 微量测序（microsequencing） 质谱技术 肽质指纹 氨基酸组分分析 蛋白质鉴定技术 分析双向凝胶电泳图谱的工作必须利用计算机图象分析技术 图象采集一般用电荷耦合器件（CCD）相机、激光密度仪和荧光或磷光成像仪 统计方法使用聚类分析、等级分类和主成分分析等 常用的软件包括Quest、Lips、Hemes和Gemini等 蛋白质鉴定技术—图象分析 经凝胶分离的蛋白质先印迹在PVDF膜或玻璃纤维上 染色、切割 置于测序仪中进行序列测定 蛋白质鉴定技术—微量测序 质谱（ Mass Spectrometry）是带电原子、分子或分子碎片按质荷比（或质量）的大小顺序排列的图谱。 生物质谱根据质量数和所载电荷数不同的多肽片断在磁场中产生不同轨道而以质荷比（m/z）方式来分离它们 80年代末，随着两种崭新的尤其适合蛋白质研究的软电离方式ESI（电喷雾电离）和MALDI（基质辅助激光解吸附电离）的出现，质谱成为现代蛋白质科学中最重要和不可缺少的组成部分。 蛋白质鉴定技术—质谱技术 应用多肽图谱信息和质谱鉴定蛋白质的原理 应用质谱分析方法鉴定蛋白质和翻译后修饰的策略 Pandey Mann, 2000,Nature 肽质指纹术(peptide mass fingerprint, PMF)是由Henzel等人于1993年提出. 用酶(最常用的是胰酶)对由2-DE分离的蛋白在胶上或在膜上于精氨酸或赖氨酸的C-末端处进行断裂，断裂所产生的精确的分子量通过质谱来测量(MALDI-TOF-MS，或为ESI-MS) 所有的肽质量最后与数据库中理论肽质量相配比，按照数据库中肽片段与未知蛋白共有的肽片段数目作一排