Proteomics Session 2 protein structure2的蛋白质结构蛋白质组学会议-PPT精选文档
蛋白质组学(proteomics)
1998 年在美国旧金山召开了第二届国际蛋白质组学会
议
1999年1月在英国伦敦举行了应用蛋白质组会议
我国也于1998年启动了蛋白质组学研究，在 中科院上海生物化学研究所举办了两次全国 性的蛋白质组学研讨会
2003 成 立 了 中 国 人 类 蛋 白 质 组 组 织 （ CHHUPO ） ， 并 分 别 于 2003 年 9 月 、 2004 年 8 月以及 2005 年 8 月召开了中国蛋白 质组学首届、第二届及第三届学术大会， 2004 年 10 月在中国北京召开了第三届国际 蛋白质组学会议。
基因组
转录组
蛋白组
The study of proteins expressed by genomes Completion of the sequencing of the 1st draft of human genome
indicates there are approximately 250,000 proteins in the human genome Only 2-5% of proteins in human genome have been identified
1994年由Williams和Wilkins提出，是一个动态的概念， 指的是不同细胞在不同时相表达不同的蛋白质。
蛋白质组：
对应于基因组的所有蛋白质、不同组织中的表达情
况各不相同 。
在空间和时间上动态变化着的整体。
蛋白质组学(proteomics)
命细胞的“全部蛋白质”的蛋白质组图谱。
发展进展
各国政府支持，国际著名研究和商业机构 加盟： 1996年澳大利亚建立了世界上第一个蛋白 质组研究中心（Australia Proteome Analysis Facility，APAF）
第一章 蛋白质组学 绪论
Traditional gene function studies
Forward genetics
Using an observed mutant phenotype (or purified protein) as the starting point to map and identify the corresponding gene, then functional analysis this gene and its product
1.1 The history
The hierarchy of biological organism
From “molecule” to “organism” to “Ecologies”
Levels of biological information
DNA mRNA Protein Metabolites Pathways Networks Cells Organs Individuals Populations Ecologies
2010 3. 《蛋白质组学方法》 中国生物技术发展中心，南开大学 编著 科学出
版社 2012 4. 《药物蛋白质组学》郭葆玉主编 人民卫生出版社 2007 5. 《疾病蛋白质组学》陈主初、肖志强主编 化学工业出版社 2006 6. 《蛋白质组学：理论与方法》 钱小红、贺福初主编 科学出版社
2003 7. 《蛋白质组学实验技术精编》 魏开华、 应天翼 化学工业出版社
教材 Text book
1. 《Principles of Proteomics 》 R.M Tmyman 2004 中译本--《蛋白质组学原理》苏国富 主审 化学 工业出版社 2007
蛋白质组学(Proteomics)
4.蛋白质组研究的新技术 蛋白质组研究的新技术 双向凝胶电泳存在繁琐、不稳定和低灵敏度等 缺点。发展可替代或补充双向凝胶电泳的新方法已 成为蛋白质组研究技术最主要的目标。目前，二维 色谱 (2D-LC)、二维毛细管电泳 (2D-CE)、液相色 谱－毛细管电泳 (LC-CE) 等新型分离技术都有补充 和取代双向凝胶电泳之势。另一种策略则是以质谱 技术为核心，开发质谱鸟枪法(Shot-gun)、毛细管 电泳-质谱联用 (CE-MS)等新策略直接鉴定全蛋白质 组混合酶解产物。随着对大规模蛋白质相互作用研 究的重视，发展高通量和高精度的蛋白质相互作用 检测技术也被科学家所关注。此外，蛋白质芯片的 发展也十分迅速，并已经在临床诊断中得到应用。
蛋白质组学（Proteomics）
主讲：甘光华
一.概念
蛋白质组学（Proteomics）一词，源于蛋白 质（protein）与 基因组学（genomics）两个 词的组合，意指“一种基因组所表达的全套 蛋白质”，即包括一种细胞乃至一种生物所 表达的全部蛋白质。蛋白质组本质上指的是 在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋 白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋 白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关 于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面 的认识，这个概念最早是由Marc Wilkins 在 1995年提出的。
四.蛋白质组学技术 蛋白质组学技术
蛋白质组学技术的发展已经成为现代生 物技术快速发展的重要支撑，并将引领生物 技术取得关键性的突破。蛋白组学技术主要 包括双向凝胶电泳、等电聚焦、生物质谱分 析及非凝胶技术。
1.双向凝胶电泳 双向凝胶电泳 双向凝胶电泳的原理是第一向基于蛋白质的等 电点不同用等电聚焦分离，第二向则按分子量的不 同用SDS-PAGE分离，把复杂蛋白混合物中的蛋白 质在二维平面上分开。由于双向电泳技术在蛋白质 组与医学研究中所处的重要位置，它可用于蛋白质 转录及转录后修饰研究，蛋白质组的比较和蛋白质 间的相互作用，细胞分化凋亡研究，致病机制及耐 药机制的研究，疗效监测，新药开发，癌症研究， 蛋白纯度检查，小量蛋白纯化，新替代疫苗的研制 等许多方面。近年来经过多方面改进已成为研究蛋 白质组的最有使用价值的核心方法。
化学蛋白质组学
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• 人类基因组计划的顺利实施，使生命科学研究的重心逐渐转移到对生物 功能的整体研究上。对生物功能的主要体现者或执行者--蛋白质的表达 模式和功能模式的研究必然成为生命科学发展的趋势。
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• 在20世纪90年代中期，国际上萌发了一门研究 细胞内各种蛋白质的组成及其活动规律的新兴 学科--蛋白质组学(proteomics)。
• 首先对蛋白质混合物进行酶切得到混合肽段,然后通过 强离子交换反相色谱柱进行多次分离,并连用液相色谱串联质谱分析肽段,而且通过核素标记肽段的技术实现 蛋白定量分析。分离后的产品离子得到完好地扫描,连 用分析肽段,可以区分待测蛋白质和其他类似物。
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4，信息查询
• 生物信息学(Bioinformatics)是生物与计算机 以及应用数学相互结合而形成的一门新兴学科。 它通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、 检索与分析,达到解释数据所蕴含的生物学意 义的目的。
• 化学蛋白质组学的主要任务在于，发展和应用具 有生物活性的靶向探针，用于复杂的蛋白质组中 的特异性酶或蛋白质家族的功能研究。小分子与 细胞内靶蛋白质的相互作用，是很多蛋白质生物 功能的基础。这种相互作用强弱不一，既可以是 可逆的，也可以是不可逆的；可以是单靶点的， 也可以是同时作用于多个靶蛋白的。
• 化学蛋白质组学利用化学小分子直接从功能角度切入蛋白 质组的研究，有别于以往的主要以蛋白质定性定量鉴定为 基础的蛋白质组学技术，因此，被认为是很有前途的新一 代功能蛋白质组学技术(function-based proteomics)。
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一，化学蛋白质组学的研究方法
• 蛋白质组学从整体上对体系内蛋白质进行研究， 常见3种研究模式：
蛋白质的专有名词解释
蛋白质的专有名词解释蛋白质是构成生物体细胞的重要基础，它是由氨基酸链组成的复杂有机大分子。
蛋白质在生物体中具有许多重要的功能，如形成酶催化反应、参与免疫反应、提供结构支持和传递信号等。
在生命科学领域，蛋白质研究一直是热门的课题之一。
本文将介绍一些与蛋白质相关的专有名词，并解释其含义。
1. 氨基酸（Amino acid）氨基酸是蛋白质的构成单元，它是一类含氨基和羧基的有机化合物。
常见的氨基酸有20种，它们通过共有的氨基酸基团与羧基结合形成链状结构，从而构成蛋白质的主链。
氨基酸的不同组合和排列方式决定了蛋白质的种类和功能。
2. 多肽（Peptide）多肽是由多个氨基酸残基连接而成的短链分子，其长度通常小于50个氨基酸。
多肽分子可以通过肽键将氨基酸依次连接起来。
多肽包括二肽、三肽、四肽等，而较长的多肽链则被称为多肽链。
3. 蛋白质结构（Protein structure）蛋白质结构指的是蛋白质分子的三维空间结构，包括其原子的排列方式和分子的折叠形态。
蛋白质结构分为四个层次：一级结构是氨基酸的线性排列顺序；二级结构是蛋白质中氨基酸链的局部结构，如α-螺旋和β-折叠；三级结构是整个蛋白质分子的全局结构；四级结构是蛋白质分子由多个多肽链组成的复合体结构。
4. 蛋白质折叠（Protein folding）蛋白质折叠是指蛋白质分子在生物体内完成由无序状态到特定形态的结构转变过程。
蛋白质的折叠过程受到氨基酸序列的限制和相互作用力的调控。
正确的蛋白质折叠对于其功能的实现至关重要，而蛋白质折叠异常会导致一系列疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病。
5. 蛋白质结构预测（Protein structure prediction）蛋白质结构预测是指根据蛋白质的氨基酸序列信息预测其三维结构。
蛋白质结构预测是生物信息学领域的重要研究方向，它有助于我们了解蛋白质的功能和相互作用机制，为药物设计和基因工程提供依据。
6. 蛋白质组学（Proteomics）蛋白质组学是研究生物体内所有蛋白质组成、结构和功能的科学，它是基因组学的补充与延伸。
蛋白质组学
蛋白质组学阐明生物体各种生物基因组在细胞中表达的全部蛋白质的表达模式及功能模式的学科。
包括鉴定蛋白质的表达、存在方式(修饰形式)、结构、功能和相互作用等。
百科名片蛋白质组学（Proteomics）一词，源于蛋白质（protein）与基因组学（genomics）两个词的组合，意指“一种基因组所表达的全套蛋白质”，即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质。
蛋白质组本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识，这个概念最早是由Marc Wilkins 在1995年提出的。
前言蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础，也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。
确实，那些世界范围内销路最好的药物本身是蛋白质或其作用靶点为某种蛋白质分子。
因此，蛋白质组学研究不仅是探索生命奥秘的必须工作，也能为人类健康事业带来巨大的利益。
蛋白质组学的研究是生命科学进入后基因时代的特征。
基本策略蛋白质组(Proteome)的概念最先由Marc Wilkins提出，指由一个基因组(genOME)，或一个细胞、组织表达的所有蛋白质(PROTein). 蛋白质组的概念与基因组的概念有许多差别，它随着组织、甚至环境状态的不同而改变. 在转录时，一个基因可以多种mRNA形式剪接，并且，同一蛋白可能以许多形式进行翻译后的修饰. 故一个蛋白质组不是一个基因组的直接产物，蛋白质组中蛋白质的数目有时可以超过基因组的数目. 蛋白质组学(Proteomics)处于早期“发育”状态，这个领域的专家否认它是单纯的方法学，就像基因组学一样，不是一个封闭的、概念化的稳定的知识体系，而是一个领域. 蛋白质组学集中于动态描述基因调节，对基因表达的蛋白质水平进行定量的测定，鉴定疾病、药物对生命过程的影响，以及解释基因表达调控的机制. 作为一门科学，蛋白质组研究并非从零开始，它是已有20多年历史的蛋白质(多肽)谱和基因产物图谱技术的一种延伸. 多肽图谱依靠双向电泳(Two-dimensional gel electrophoresis, 2-DE)和进一步的图象分析；而基因产物图谱依靠多种分离后的分析，如质谱技术、氨基酸组分分析等.研究基础90年代初期开始实施的人类基因组计划，在经过各国科学家近10年的努力下，已经取得了巨大的成就。
蛋白组学知识点整理
蛋白组学知识点整理proteomicsProteome: 细胞或组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质。
Proteomics: 分析细胞内动态变化的蛋白质组成成分，表达水平于修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用于联系，在整体水平上研究蛋白的组成与调控的活动规律。
研究蛋白组学希望达到的目标：By studying global patterns of protein content and activity and how these change during development or in response to disease, proteomics research is poised to boost our understanding of systems-level cellular behaviors. Clinical research also hopes to benefit from proteomics by both the identification of new drug targets and the development of new diagnostic markers.蛋白质组学研究内容：蛋白鉴定，蛋白定量，蛋白相互作用，蛋白修饰。
Why proteomics（为什么研究蛋白组学）•Proteins distinguish various types of cells, since all cells have essentially the same “Genome” their differences are dictated by which genes are active and the corresponding proteins that are made.•Similarly, diseased cells may produce dissimilar proteins to healthy cells.•Post-translational modifications can dramatically alter protein function - the task of studying proteins is often more difficult than genes.What’s MS(mass spectrometry)，即质谱的工作原理1.The basic principle of MS is to generate ions from either inorganic or organiccompounds by suitable method, to separate these ions by their mass-to-charge ratio (m/z) and to detect them qualitatively and quantitatively by their respective m/z and abundance.即质谱能够实现不同质量离子的分离和相对定量，m/z（谱图中的x轴）值可以区分出不同的离子，intensity（谱图中的y轴）表示离子的相对丰度。
PROTEOmics技术的研究和应用
PROTEOmics技术的研究和应用Proteomics是研究蛋白质的组成、结构、功能和相互作用等方面的一门学科，是基于对蛋白质进行系统研究以探索生命基础研究和疾病发生机制的一种全新技术。
本文将对Proteomics技术的研究和应用进行探讨。
一、Proteomics技术的研究进展近年来，随着人类基因组计划的完成，Proteomics发展迅速。
目前，主要有两种Proteomics技术，一种是全蛋白组学，另一种是靶向蛋白组学。
1. 全蛋白组学全蛋白组学是指通过对蛋白质组进行全面、高通量的分析来了解蛋白质的特点和功能。
采用液相色谱和质谱等相关技术，对癌细胞、病毒、酵母等不同细胞中的蛋白质组进行充分的研究和探索，有助于认识到蛋白质组的异同和相互作用，从而推动生物医学研究的发展。
2. 靶向蛋白组学靶向蛋白组学是指通过对某种特定蛋白质的研究来探索其生物学特点及与其相关的疾病发生机理。
通过采用分离和纯化等技术手段，对蛋白质的组成、结构、功能进行深入研究，可以为药物研发提供一定的理论和实验基础。
二、Proteomics技术的应用Proteomics技术在很多领域都有广泛的应用，比如生物医学、农业生物技术、食品科技等等。
以下是几个具体的应用领域。
1. 诊断和治疗疾病Proteomics技术在病毒病、癌症、心血管疾病、自身免疫性疾病、神经系统疾病等方面有着广泛的应用。
通过分析蛋白质组，可以获得更为准确的诊断结果，并且可以为药物研发提供相关的信息。
2. 新药开发Proteomics技术可以通过对某个特定蛋白质的研究，寻找与之相互作用的其他分子，从而有助于新药的开发。
此外，可以通过Proteomics技术确定药物的靶点，为新药的研发提供一定的依据。
3. 生物质谱学生物质谱学是一项基于Proteomics技术的研究，它主要研究蛋白质的分离、鉴定和分析。
生物质谱学在生物医学、食品科技、环境保护等方面都有广泛的应用。
4. 个性化医疗个性化医疗是一种基于个体基因、蛋白质组成、代谢状态等信息的医疗模式。
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Session 2 protein structure
Outline Proteins are built from a repertoire of 20 amino acids
1. Primary Structure: Amino acids are linked by peptide bonds to form polypeptide chains 1. 2. Secondary Structure: a helix, b sheet, and turns and Loops 2. 3. Tertiary Structure: Folding of proteins 3. 4. Quaternary Structure: Multi-subunit Structures
Fig 3.1& 3.2
1. Primary structure
Amino acid is dipolar ions, the ionization state of it depends on the pH of the medium.
Only L-amino acids found in proteins (arbitrary selection of L-over D-form.)
280
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The importance of understanding amino acid sequence
To understand protein’s function
To understand the rules which are important in folding of polypeptide chains Part of molecular path
A compound’s extinction coefficient indicates its ability to absorb light. Beer’s law A=e*c*L E-->ext. coefficient C-->concentration L---> Length through which light passes
The Amino Acid Sequence of a Protein Determines Its Three-Dimensional Structure
Levels of structure in proteins
Key Properties of proteins
1.
2.
3.
4.
1. Proteins are linear polymers built of monomer units called amino acids. The function of a protein depends on its 3D structure (Fig 3.1). 2. Proteins have various functional groups this enables them to have various functions. 3. Proteins can interact with one another and with other biological macromolecules to form complex assemblies. 4. Some proteins are quite rigid some are flexible (Fig 3.2)
Amino acids with aliphatic side chains
Sulphur containing amino acids
-OH containing amino acids
Aromatic amino acids
Positively charged amino acids
Negatively charged and Uncharged amino acids
Reveals many information about its evolutionary history
Peptide bonds
The peptide unit is rigid
Peptide unit is not free to rotate, partial double bond character! The hydrogen of the substituted amino group is nearly always trans (opposite) to the oxygen of the carbonyl group. The bond between the carbonylcarbon and the nitrogen atom of the peptide unit has partial double-bond character! There is a larger degree of rotational on either side of the peptide bond.
Review on Amino Acids
Building blocks for proteins There are 20 of them
Ala (A), Arg (R), Asn (N), Asp (D), Cys (C), Gly (G), Gln (Q), His (H), Glu (E), Ile (I), Leu (L), Lys (K), Met (M), Phe (F), Pro (P), Thr (T), Tyr (Y), Trp (W), Ser (S) and Val (V) Need to know 3 letter symbols, the one letter symbol is also given to each aa. Essential amino acids:PVT TIM HALL (Phe, Val, Thr, Trp, Ile, Met, His, Arg, Lys, Leu)