四川农业大学：《生物化学》课程PPT教学课件（专题讲座）蛋白质组学研究进展

蛋白质组学及其研究进展 蛋白质组学的含义 ·蛋白质组学研究的内容 蛋白质组学研究的手段 。} 蛋白质组信息学 差异蛋白质组学 ·蛋白质组研究意义及前景

蛋白质组学及其研究进展 • 蛋白质组学的含义 • 蛋白质组学研究的内容 • 蛋白质组学研究的手段 • 蛋白质组信息学 • 差异蛋白质组学 • 蛋白质组研究意义及前景

讲授内容 一、蛋白质组学及其研究进展（晏本菊） 二、核酶、抗体酶（陈惠） 三、蛋白质定向进化一DNA Shuffling技术（陈惠） 四、细胞信号传导、肽核酸（杨婉身)

讲授内容 一、蛋白质组学及其研究进展（晏本菊） 二、核酶、抗体酶（陈惠） 三、蛋白质定向进化—DNA Shuffling 技术（陈惠） 四、细胞信号传导、肽核酸（杨婉身）

生物化学专题 主讲教师杨婉身晏本菊陈惠 B

生物化学专题 主讲教师 杨婉身 晏本菊 陈惠

蛋白质组学的含义 蛋白贡组(Proteome)一词最早由澳大利亚学 者Wi1kins等于1994年提出，指的是由一 个基因组geneome.或一个细胞、组织表达的所有 protein。蛋白质组学(proteomics)是在蛋白质水 平上定量、动态、整体性地研究生物体。 同基因组学一样，蛋白质组学不是一个封闭的、 概念化的、稳定的知识体系，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， 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，最终揭示蛋白质功能， 是基因组DNA序列与基因功能之间的桥梁

蛋白质组学的含义 蛋白质组(Proteome)一词最早由澳大利亚学 者 Ｗｉｌｋｉｎｓ等于1994年提出,指的是由一 个基因组geneome或一个细胞、组织表达的所有 protein。蛋白质组学(proteomics)是在蛋白质水 平上定量、动态、整体性地研究生物体。 同基因组学一样,蛋白质组学不是一个封闭的、 概念化的、稳定的知识体系,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, 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,最终揭示蛋白质功能, 是基因组ＤＮＡ序列与基因功能之间的桥梁

蛋白质组学研究的内容 ·蛋白质表达模式（或蛋白质组组成）的研究 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 表征，即实现所有蛋白质的分离、鉴定及其图谱化。 双向凝胶电泳(2-DE)和质谱(Mass spectrometry).技 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

蛋白质组学研究的内容 •蛋白质表达模式(或蛋白质组组成)的研究 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 表征,即实现所有蛋白质的分离、鉴定及其图谱化。 双向凝胶电泳(2-DＥ)和质谱(Mass spectrometry)技 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

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 大肠杆菌的蛋白质组研究 。 致病微生物的蛋白质组研究 酿酒酵母的蛋白质组研究

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 • 大肠杆菌的蛋白质组研究 • 致病微生物的蛋白质组研究 • 酿酒酵母的蛋白质组研究

流感嗜血杆菌的蛋白质组研究 流感嗤典杆菌(lae mophilμs influenza9是第-个获得 因组全序列的生物.端士的一个小组通过2-DPAGE研究了流 嗜血杆菌的蛋白质组分，在pH3-10的范围内鉴定了约300 蛋白质组分，然后用有两个尿素浓度的麦黄酮(tricine)胶 离了很难分离到的5一20ku范围内的蛋白质，还鉴定了其中的 80种.另外用肝素亲和层析将碱性蛋白质富集后，在pH6-11 )范围内又鉴定了102个蛋白质，其中许多是核酸结合蛋白尤 是核糖体蛋白.华盛顿大学的另一个小组将双向电泳得到的 感嗜血杆菌303个蛋白质班点进行质谱分析，确定了263个蛋 质，其中大部分是外濮蛋白，以及与能量代谢和大分子合成相 的蛋白质.另外发现了几种不能在基因组中找到对应序列的 白质，令人惊奇的是，大约22%的被鉴定了的蛋白质表现出与 〔计不同的等电点与分子质量，显示它们可能经过了翻译后加

流感嗜血杆菌的蛋白质组研究 流感嗜血杆菌(Hae mophilus influenzae)是第一个获得 基因组全序列的生物.瑞士的一个小组通过2-DPAGE研究了流 感嗜血杆菌的蛋白质组分,在ｐＨ3-10的范围内鉴定了约300 个蛋白质组分,然后用有两个尿素浓度的麦黄酮(tricine)胶 分离了很难分离到的5-20ku范围内的蛋白质,还鉴定了其中的 80种.另外用肝素亲和层析将碱性蛋白质富集后,在ｐＨ6-11 的范围内又鉴定了102个蛋白质,其中许多是核酸结合蛋白尤 其是核糖体蛋白.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303个蛋白质斑点进行质谱分析,确定了263个蛋 白质,其中大部分是外膜蛋白,以及与能量代谢和大分子合成相 关的蛋白质.另外发现了几种不能在基因组中找到对应序列的 蛋白质.令人惊奇的是,大约22%的被鉴定了的蛋白质表现出与 预计不同的等电点与分子质量,显示它们可能经过了翻译后加 工

大肠杆菌的蛋白质组研究 大肠杆菌全部4000多个基因的DNA序列已被测定，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，就会荐到寅多有用的信息基宇此想法，建立蛋百质 基因联合数据库，希望籍此来回答以下几方面的问题：所 有编码基因的产物在双向图增上的位置，b各种蛋白质的丰 度，C不同条件下各种蛋白质表达水平及合成速率的变化， d各种蛋白质在细胞内的定位，某些蛋白质翻译后修饰 的方式及水平.目前，大肠杆菌的联合数据库已更新到第六版， 大约包括1600个蛋白质班点的数据，其中大约400个蛋白质 班点已与大约350个基因相对应（有些基因可能有多个蛋白质 产物)，对于这些蛋白质，这个数据库可以提供基因名称、蛋 白质名称、EC编号、功能范寿、Sw1 ss-prot数据库编号 Genbank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（如在不同生长条件下该蛋白质在细胞内 的丰度)

大肠杆菌的蛋白质组研究 大肠杆菌全部4000多个基因的ＤＮＡ序列已被测定,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,就会得到更多有用的信息.基于此想法,建立蛋白质 基因联合数据库,希望籍此来回答以下几方面的问题:ａ 所 有编码基因的产物在双向图谱上的位置,ｂ 各种蛋白质的丰 度,ｃ 不同条件下各种蛋白质表达水平及合成速率的变化, ｄ 各种蛋白质在细胞内的定位,ｅ 某些蛋白质翻译后修饰 的方式及水平.目前,大肠杆菌的联合数据库已更新到第六版, 大约包括1600个蛋白质斑点的数据,其中大约400个蛋白质 斑点已与大约350个基因相对应(有些基因可能有多个蛋白质 产物),对于这些蛋白质,这个数据库可以提供基因名称、蛋 白质名称、EC 编号、功能范畴、Swiss-prot数据库编号、 Ｇenbank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(如在不同生长条件下该蛋白质在细胞内 的丰度)

致病微生物的蛋白质组研究 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.当今，细菌对大多数抗生素都有了抗性，寻找作用于细菌 内薪的靶字的研究左作芑经晨开，找到宁许多有效的扰菌化合 物.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.有时虽在体外发现新化合物能够使某种蛋白质失 活，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 朱知，现在双向电泳分析提供了一个有效手段.例如在研究抑制 核糖体类抗生素对细菌的作用机制时，对12种作用于翻译过程 的不同阶段和核糖体内不同分于的抗生素加以考寒，发现其中8 种诱导冷休克反应的一系列蛋白质，另种诱导一系列热休克反 应的蛋白质，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，并且籍此可以推测大肠畅杆菌对冷热的反应发生于核 糖体水平上.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.例如作为一种差异显示技术， 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，结果发现一些在基因水平上很类以的蛋白在蛋白质水平

致病微生物的蛋白质组研究 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.当今,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,找到了许多有效的抗菌化合 物.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.有时虽在体外发现新化合物能够使某种蛋白质失 活,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 未知,现在双向电泳分析提供了一个有效手段.例如在研究抑制 核糖体类抗生素对细菌的作用机制时,对12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,发现其中8 种诱导冷休克反应的一系列蛋白质,另4种诱导一系列热休克反 应的蛋白质,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,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.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.例如作为一种差异显示技术, 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,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,这可能部分解释近年来牛痘作为结核病疫苗会

酿酒酵母的蛋白质组研究 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.酿酒酵母(Saccharomyces, cerevisiae))基因组的完成及其蛋白质数据库在互联 网上的建立，大大加速了这一工作.最新版的数据库 包括6000多页，每页代表一个已知或推测的酵母蛋白. 它包含以下几方面的信息：a以序列为基础的已知 和推测的酵母蛋白的特征信息，如分子质量、等电点、 氨基酸组成、多肽片段大小等；b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 分类方面的信息；C从以往的超过5000篇关于酵母 蛋白研究的文拿中获得的有关各种蛋白质功能、相 互作用、突变表型的信息。借助数据库的有力推动， 在双向电泳蛋白质谱上最明显的蛋白质斑点的大 分得到鉴定

酿酒酵母的蛋白质组研究 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.酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)基因组的完成及其蛋白质数据库在互联 网上的建立,大大加速了这一工作.最新版的数据库 包括6000多页,每页代表一个已知或推测的酵母蛋白. 它包含以下几方面的信息:ａ 以序列为基础的已知 和推测的酵母蛋白的特征信息,如分子质量、等电点、 氨基酸组成、多肽片段大小等;ｂ 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 分类方面的信息;ｃ 从以往的超过5000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.借助数据库的有力推动, 在双向电泳蛋白质谱上最明显的蛋白质斑点的大部 分得到鉴定