蛋白质组学研究的相关技术进展
蛋白质组学技术研究进展及应用
蛋白质组学技术研究进展及应用一、本文概述蛋白质组学，一门专注于研究生物体内所有蛋白质的表达、结构、功能和相互作用的科学，已经成为现代生物学的重要分支。
随着科学技术的飞速发展，蛋白质组学技术在方法学上取得了显著的进步，其应用领域也在不断扩大。
本文旨在综述近年来蛋白质组学技术的最新研究进展，并探讨其在生命科学、医学、农业、工业等领域的应用。
我们将首先回顾蛋白质组学技术的发展历程，然后重点介绍当前的研究热点和前沿技术，最后展望其未来的发展趋势和潜在应用。
通过本文的阐述，我们希望能够为读者提供一个全面而深入的蛋白质组学技术研究进展及应用的概览。
二、蛋白质组学技术进展随着科技的飞速发展，蛋白质组学技术也取得了显著的进步，为生命科学的研究开辟了新的道路。
蛋白质组学技术主要包括蛋白质分离、鉴定、定量以及相互作用分析等关键技术环节。
在蛋白质分离技术方面，二维凝胶电泳（2D-PAGE）仍然是经典的蛋白质分离方法，但其分辨率和重现性有待进一步提高。
近年来，液相色谱（LC）和毛细管电泳（CE）等新技术逐渐崭露头角，这些技术具有更高的分离效率和分辨率，为复杂样品中的蛋白质分析提供了有力工具。
蛋白质鉴定技术也取得了显著进展。
传统的质谱技术（MS）已经得到了广泛应用，而新一代质谱仪器如质谱成像技术（MSI）和单分子质谱技术（SMS）的出现，极大地提高了蛋白质鉴定的准确性和灵敏度。
生物信息学和数据库技术的不断发展，也为蛋白质鉴定提供了更加完善的数据支持。
在蛋白质定量方面，稳定同位素标记技术（SILAC）和同位素编码亲和标签技术（ICAT）等定量方法的出现，使得对蛋白质表达水平的精确测量成为可能。
这些技术不仅提高了定量的准确性，还能够在复杂样品中同时检测多个蛋白质，大大提高了研究的效率。
蛋白质相互作用分析是蛋白质组学研究的另一个重要领域。
传统的酵母双杂交技术和免疫共沉淀技术仍然是常用的方法，但近年来，基于质谱的蛋白质相互作用分析技术（如亲和纯化质谱技术）的发展，为蛋白质相互作用研究提供了新的视角。
生物医学中的蛋白质组学研究进展
生物医学中的蛋白质组学研究进展近年来，生物医学研究中的蛋白质组学已受到广泛关注。
蛋白质组学是一种高通量技术，可以对大量的蛋白质进行分析，从而为研究生物学、生物化学、医学、药学等领域提供更深入的了解和新的解决方案。
蛋白质组学研究是一种把人体中的所有蛋白质进行系统分析的科学方法。
通过蛋白质组学研究，可以加深人们对蛋白质的认识，探讨蛋白质在复杂生物学基础上的功能以及与疾病的关系。
这一方法已经极大地推动了生物学、生命科学和生物医学的发展。
近年来，许多科学家已经把研究重心转向蛋白质组学，在这一领域里取得了许多进展。
现在，蛋白质组学已经成为医学诊疗和新药研发的重要方法。
一、蛋白质组学技术蛋白质组学技术是指将蛋白质从生物样品中提取出来，并通过分离和鉴定来确定其种类、数量、结构和功能等的技术。
具体包括质谱技术、二维凝胶电泳、蛋白质芯片、蛋白质相互作用技术等。
1.质谱技术质谱技术最为成熟，在蛋白质组学中得到广泛应用。
分析前，蛋白质需要经过某些步骤，如消化、分离、富集，最后才能进入质谱仪。
2.二维凝胶电泳二维凝胶电泳分离、定量、鉴定和分析蛋白质是蛋白质组学中最经典和传统的方法之一。
这种技术可以将复杂的蛋白质混合物分离成数千个不同的蛋白质，对于大量蛋白质的鉴定具有非常大的优势。
3.蛋白质芯片蛋白质芯片被认为是蛋白质组学领域中非常有前途的技术之一，即将大量不同的蛋白质在几张平凡玻片或其他基材上通过特殊的技术进行分析。
蛋白质芯片具有高通量、高精度、高效性和可重复性，对于筛选药物靶点、发现新的蛋白质以及蛋白质相互作用等方面都具有很强的优势。
4.蛋白质相互作用技术蛋白质相互作用技术通过探测不同蛋白质之间的相互作用，能够解决许多疾病发生的分子机制问题。
蛋白质相互作用技术已经成为细胞生物学、医学等领域的研究重点。
二、蛋白质组学在疾病的研究中的应用蛋白质组学关注蛋白质的表达、定量、亚细胞位点定位、翻译后修饰等，在生物医学研究中，已经广泛地应用于疾病的诊断、治疗和预防等方面。
蛋白质组学的研究方法和进展
蛋白质组学的研究方法和进展蛋白质是细胞中最重要的一类生物大分子，不仅构成生物体的大部分物质，而且参与多种生物过程。
在生物学的研究中，蛋白质组学就是广泛用于研究蛋白质及其解析结构、功能和相互作用的一种技术。
蛋白质组学技术的不断发展，为科学家们提供了更广阔的研究领域和更深入的认识和理解。
一、蛋白质分离技术蛋白质在细胞中有着多种不同的类型和数量，分离这些蛋白质对于进一步的研究至关重要。
凝胶电泳是一种最早应用于蛋白质分离的技术，在这一技术中，蛋白质被分离到一条凝胶条中，并且能够根据其分子量进行鉴定。
近年来，液相色谱技术得到快速发展，以逆相高效液相色谱（RP-HPLC）为主的技术广泛应用于蛋白质的分离、富集和纯化中。
二、蛋白质鉴定技术现代蛋白质组学技术的特点是高通量、高分辨率、高灵敏度和准确率。
鉴定样品中的所有蛋白质非常复杂，多组学技术的整合在蛋白质组学的研究中显得尤为重要。
代表性的鉴定技术是质谱法，可将蛋白质析出后离线或在线进行鉴定。
其中，MALDI-TOF 质谱技术是蛋白质鉴定中的重要方法之一，该技术使用激光脱附离子化（MALDI）策略以减少化学修饰和分离过程对蛋白质结构的影响。
三、蛋白质表达技术从DNA转录到蛋白质翻译的过程，是生物体逐步实现功能的一个重要环节。
蛋白质表达技术是在外部体系中重现这一过程的有效方法，在研究中应用极为广泛。
常见的蛋白质表达系统有大肠杆菌、酵母、哺乳动物等，其中，大肠杆菌是最常用的单细胞表达体系。
近年来，蛋白质表达与修饰的转化药学已经成为一个热门领域，各种新型表达体系也层出不穷。
四、蛋白质数据分析鉴定蛋白质，只是蛋白质组学研究的第一步，有关数据分析和解释的关键环节，对于进一步的研究显得尤为重要。
目前，由于蛋白质比较庞大并且互相之间联系复杂，因此数据分析技术的不断发展就格外重要了。
从最初的数据搜索和标识，到后来的蛋白质序列分析、结构预测、功能预测和网络分析等，蛋白质数据分析技术已经成为蛋白质组学研究的重要环节。
蛋白质组学研究的现状和未来
蛋白质组学研究的现状和未来随着科学技术的不断发展，各个领域也越来越得到人们的重视。
其中，生命科学领域的研究成果对医学、生物学等领域都有着深刻的影响。
而蛋白质组学作为一种较为新兴的技术，其研究也受到了越来越多的关注。
本篇文章将介绍蛋白质组学研究的现状和未来。
一、蛋白质组学研究的背景蛋白质是生命体中最为重要的分子之一，它们负责调节生命体内的许多关键过程，如催化化学反应、支持细胞结构和传递信号等。
蛋白质组学研究的目的就是发现、识别、定量、分析和模拟生物体中所有蛋白质在特定时间和环境下的表达、结构、功能、相互作用和调节。
与其它技术不同的是，蛋白质组学通过综合分析其它多种技术获得的大量数据，从而全面认识生物体中蛋白质在宏观和微观层面上的作用机制。
二、蛋白质组学研究的核心技术蛋白质组学是一种综合的技术，并需要多种技术的有机结合才能实现从样本中获得大量有关蛋白质的信息。
在这个过程中，其中最主要的技术是质谱技术和蛋白质芯片技术。
1、质谱技术质谱技术是一种分析技术，通过质谱仪将大分子物质分解成其成分离子，并对这些离子的分子质量进行质量测定、分析和鉴定。
应用到蛋白质组学研究中，它可以通过肽段质谱和蛋白质质谱分析等手段，对蛋白质进行鉴定和定量的工作。
同时，质谱技术作为高通量研究中的核心技术之一，也可通过基于“表征-鉴别-定量”策略从样本中高效地获得大量的蛋白质。
在高通量蛋白质组学研究中，质谱技术所扮演的角色越来越重要，其自动化、灵敏度、精度、准确度和高通量检测能力甚至被认为是蛋白质组学研究的“金标准”。
2、蛋白质芯片技术蛋白质芯片技术是以蛋白质为基质，类似于DNA芯片的方法检测和解析蛋白质功能。
与质谱技术所使用的方法不同，蛋白质芯片技术则基于蛋白质本身对于化学环境、温度、酸碱性、电场等因素的变化反应产生的行为，检测和解析蛋白质的性质和功能。
对于蛋白质芯片技术的发展实现，一方面这种技术可针对某些单一蛋白质的研究，另一方面也可针对高通量蛋白质研究。
蛋白质组学的研究方法和进展
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样品预分级的主要依据
蛋白质溶解性：可溶性蛋白、非溶性蛋白等 蛋白质定位：膜蛋白、核蛋白等 蛋白质细胞器定位：线粒体、高尔基体、叶
绿体等
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组织水平蛋白质组样品制备
原因：临床样本都是各种细胞或组织混杂， 而且状态不一，如肿瘤中癌变的上皮类细胞 总是与血管、基质细胞等混杂。
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科技部已将疾病蛋白质组研究列入我 国“973”计划项目和“863”计划项目； 国家自然科学基金委员会也将“蛋白质 组研究”列为重点项目。
我国在鼻咽癌、白血病、肝癌和肺癌 蛋白质组研究方面取得了较大进展。
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第二节 蛋白质组学研究方法概述
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H3 High-grade
Apoliprotein A-I (H4) H4 H4
40 Low-grade
40 High-grade
Peroxiredoxin 6 (H5)
13 48
H5 Low-grade
13 48
H5 High-grade
33
二维电泳优点
可分离10～100 kD 范围内蛋白质 高灵敏度和高分辨率 便于计算机进行图像分析处理 与质谱分析匹配
克服了载体两性电解质阴极漂移等缺点。 可以精确设定pH梯度。
尤其可在较窄的pH范围内进行第二轮分析， 大大提高了分辨率及重复性。
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第二向SDS-PAGE电泳
双向凝胶垂直电泳 双向电泳后的凝胶经染色后蛋白呈现二
维分布图：水平方向反映出蛋白在pI上的 差异，垂直方向反映分子量上的差别。
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蛋白质结构与功能研究的新进展
蛋白质结构与功能研究的新进展蛋白质是细胞内最重要的生物大分子之一，扮演着许多重要生理过程的关键角色。
因此，对于蛋白质结构与功能的研究一直是生命科学领域的重点之一。
在最近的研究中，科学家们利用新技术和新方法，取得了一些重要进展，本文将简要介绍其中一些。
1.单细胞蛋白质组学的新突破单细胞技术的迅速发展带来了研究单个细胞的新机会。
利用单细胞蛋白质组学技术，科学家们可以获取每个细胞的蛋白质组成，以深入研究单个细胞的生物学特性。
目前，单细胞蛋白质组学已经应用于肝细胞、肺癌细胞、胚胎干细胞和单个人体免疫细胞等多个细胞类型的研究。
该技术为了解个体细胞特异性生理功能和病理状态提供了新的手段。
2.人工智能在蛋白质结构分析中的应用随着深度学习技术的迅速发展，人工智能在蛋白质结构分析中的应用也越来越成熟。
科学家们训练神经网络来预测蛋白质结构，并在此基础上进行蛋白质设计和工程改造。
这种方法已经被成功应用于抗体和酶的优化设计中。
同时，该技术还在大规模的蛋白质结构预测和分析中取得了许多成功的应用。
3.新相互作用分析方法的发展相互作用是蛋白质功能发挥的重要机制。
过去，研究蛋白质相互作用大多采取基于结构的方法。
而现在，新的技术发展使得科学家们能够采取更高效的技术来进行相互作用的分析。
例如，近年来已经发展出许多高通量的方法来探索蛋白质相互作用网络，如亲和性质谱技术、Y2H技术、TAP-MS技术等，这些技术有效地促进了蛋白质相互作用的研究。
4.分子动力学模拟的新进展分子动力学模拟是一种用于模拟蛋白质分子内部原子运动和反应的计算方法。
最近，湖北大学的科学家们利用机器学习技术对分子动力学模拟进行了改进，提高了其计算精度，并将其用于预测蛋白质间的相互作用。
该方法巧妙地结合了计算机科学和生命科学，为生物学家研究蛋白质的内部结构和功能提供了新的方式。
综上所述，蛋白质结构与功能研究在不断发展，新技术、新方法的应用不仅使其速度和效率提高，同时创造了更多的机会和前景。
蛋白质质谱研究的进展和应用
蛋白质质谱研究的进展和应用随着科技的不断发展，现代生命科学中出现了众多的技术手段，蛋白质质谱技术便是其中一种。
蛋白质质谱技术是通过分析蛋白质在大分子水平上的物理、化学性质来进行蛋白质的研究和鉴定的方法。
接下来将简要介绍近年来蛋白质质谱研究方面的进展和应用。
一、蛋白质质谱研究的进展1.质谱仪技术不断更新升级在现代科学技术的推动下，质谱仪技术也在不断地更新升级，为研究人员提供更多更细致、更精确的数据。
例如：MALDI-TOF质谱技术在质谱成像、质谱显微镜和快速蛋白质指纹鉴定领域的应用增强了我们对蛋白质质谱数据的理解和研究。
另外，即时结构质谱技术的出现，为生命科学研究提供了一个更具迅速性、灵敏性以及更微小的分辨率空间，可以实时监测蛋白质的结构动态变化。
2.基于细胞的蛋白质组学研究在细胞水平上进行蛋白质质谱研究，是近年的研究热点。
这种研究方法是通过对细胞或组织中的蛋白质进行分离分析，研究细胞所包含的蛋白质组成、发现新基因和细胞功能。
新兴的单细胞蛋白质组学技术（单细胞质谱）也给这种研究带来了无限的可能。
二、蛋白质质谱研究的应用1.丰富了药物研发的流程和途径蛋白质质谱技术已广泛应用于康复药物和抗肿瘤药物的研制。
它可以用来设计一个药物分子到蛋白质取得合适的亲和力或设计一个新分子的结构以提高其抗肿瘤活性，再进一步推动药理学研究。
同时，它可以作为药物分子的评价和制造过程中的重要监测手段。
2.辅助疾病诊断蛋白质质谱技术在疾病诊断方面的应用是非常广泛的。
例如，它可用于筛查肿瘤标志物，识别血中的蛋白质和升高水平，以判断患者肿瘤的类型；用于肾功能损伤的诊断；通过分析血液中不同类型的蛋白质，评估患者的癌症治疗进展情况。
3.帮助了食品安全的监管和控制蛋白质质谱在食品安全和食品标识方面的应用也是至关重要的。
蛋白质质谱技术可用于检测食品中是否含有过敏原，从而更准确地标示食品成分。
同时，它还可用于检测食品中的添加剂，如防腐剂、色素、口味增强剂等，以确保食品的质量和安全。
蛋白质组学的研究方法和进展
蛋白质组学的研究方法和进展蛋白质组学的研究方法主要包括样品制备、质谱分析以及数据分析三个阶段。
在样品制备阶段，研究人员需要选择合适的方法来提取和纯化蛋白质。
常用的方法包括差凝蛋白法、电泳法、柱层析法等。
质谱分析是蛋白质组学的核心技术，主要有两种方法：质谱图谱分析和质谱定量分析。
质谱图谱分析可以通过比对已知蛋白质的质谱图数据库来鉴定未知蛋白质；质谱定量分析可以测定样品中各个蛋白质的数量变化。
数据分析是蛋白质组学研究的关键环节，用于解读大量的质谱数据。
近年来，蛋白质组学的研究取得了诸多重要进展。
首先，高通量质谱技术的发展使得大规模蛋白质组学研究成为可能。
比如，液相色谱和质谱联用技术（LC-MS/MS）可以同时检测数千种蛋白质，大大提高了鉴定和定量蛋白质的效率和准确性。
其次，全蛋白质组学的研究范围不断拓展。
除了研究细胞蛋白质组，研究人员还开始探索组织蛋白质组和生物体蛋白质组等更高层次的组学研究。
通过研究这些复杂组织中蛋白质的种类和功能，可以深入了解细胞和生物体的复杂生理和病理过程。
此外，蛋白质组学也开始向单细胞水平的研究发展，可能为研究细胞发育、疾病药物靶点等方面提供新的突破口。
蛋白质组学在医学和生命科学领域有着广泛的应用前景。
通过深入了解蛋白质组的变化和相互作用，可以揭示细胞和生物体的生理和病理过程，为疾病的早期检测和诊断提供重要依据。
蛋白质组学也可以用于发现新的疾病标志物、筛选新药靶点以及评估药物的疗效和安全性。
此外，蛋白质组学还可以用于研究生命起源、进化以及各种生物学过程的分子机制。
总之，蛋白质组学的发展必将为生命科学研究带来更多的突破和进展。
生命科学中的蛋白质研究进展
生命科学中的蛋白质研究进展蛋白质是生命体内最基本的分子之一，扮演着各种生物过程中的重要角色。
近年来，随着科学技术的发展和研究方法的不断创新，生命科学中的蛋白质研究取得了显著的进展。
本文将介绍一些重要的蛋白质研究领域，并展望未来的发展方向。
一、蛋白质结构研究蛋白质的结构是了解其功能和性质的基础。
随着X射线晶体学、核磁共振、电子显微镜等技术的不断发展，科学家们能够越来越准确地解析蛋白质的三维结构。
这对于疾病的治疗和药物的开发具有重要意义。
例如，通过解析病原体的蛋白质结构，科学家们可以设计出特异性的药物来攻击这些病原体，从而实现精准治疗。
二、蛋白质功能研究蛋白质的功能研究是生命科学中的一个重要领域。
通过研究蛋白质在细胞内的相互作用和调控机制，科学家们能够更好地了解细胞的生理和病理过程。
近年来，蛋白质互作网络研究成为热门话题。
科学家们利用大型实验和计算模型，探索蛋白质间相互作用的网络关系，从而揭示蛋白质在细胞调控中的重要作用。
三、蛋白质工程研究蛋白质工程是指通过改造蛋白质的结构和功能，开发新型的蛋白质用于工业和医学领域。
通过蛋白质工程，科学家们可以设计出具有特定功能的蛋白质。
例如，利用蛋白质工程技术，可以开发出高效的酶催化剂，用于工业生产和环境保护。
此外，蛋白质工程还可以用于创新药物的研发，如利用抗体工程技术研发出具有更好疗效和较低副作用的药物。
四、蛋白质组学研究蛋白质组学是利用高通量技术对生物系统中的蛋白质进行整体分析的学科。
通过蛋白质组学研究，科学家们可以全面了解生物体内蛋白质的组成、结构和功能。
这对于疾病的早期诊断、个性化治疗和新药开发具有重要意义。
蛋白质组学的快速发展将推动生命科学的进一步突破。
五、前沿技术与未来发展在蛋白质研究领域，各项技术的不断进步和创新为更深入的研究提供了有力支持。
例如，人工智能在蛋白质结构预测和蛋白质相互作用网络分析中的应用，为我们提供了新的思路和方法。
此外，单分子技术、质谱技术和光学显微技术等也为蛋白质研究带来了新的突破。
蛋白质组学研究进展概要介绍
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pH 10
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pH 10
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pH 10
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pH 10
PROTEAN IEF Cell等电聚焦电泳仪
• 是Bio-Rad公司1999年推出的一维高电压等电聚焦电泳，这 款电泳的设计主要体现了蛋白质组工作系统对一维电泳高 容量，高分辨率，重现性好等的要求。
• 电压范围：25~10,000 V • 电流范围：2.4mA • 温控范围：10-25℃，内置Peltier 半导体制冷，精确控温。 • 胶条容量：容纳24个7cm胶条，12个11、17、18、24cm胶
1.样品制备
• 样品的制备是实验成败的关键，需 根据不同的研究目的来决定具体的 实验方法。
• 蛋白样品的有效溶解是成功分离蛋 白质的最关键的因素之一。可以根 据样品性质的不同，选用具有单一 的增溶作用的溶液，还可用含多种 变性剂、去垢剂、还原剂的复杂混 合溶液，以使样品中非共价结合的 蛋白质复合物和聚集体完全破坏。
的组成及其活动规律的新兴学科。
基因组和蛋白质组到 底有什么联系？
人类基因组计划完成之后，生物学 被重新划分为前基因组和后基因组 两部分。
* 科学研究已开始进入“后基因组 时代”。主要是开展蛋白质组的研 究。
* 有科学家形象地说道：即使基因 测序全部完成，也只好像是一本没 有姓名、只有号码的电话簿。“后 基因组时代”的最终目标，是要把 深奥的DNA语言变成一本基因大百 科全书。
双向凝胶电泳（2－DE）原理:
先根据蛋白质的等电点不同在pH梯度介质中进 行第一次分离，即等电聚焦（isoelectric focusing, IEF），然后根据蛋白质分子量的不同进行第二次 分离，即SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳
完整的实验步骤包括： 样品分离、等电聚焦、平衡、第二向分离、 染色、成像、软件分析、蛋白质鉴定
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蛋白质组学研究的相关技术进展冯 雪 王 彬 (河北省廊坊师范学院生命科学学院 065000)黄占景 沈银柱 (河北师范大学生命科学学院 石家庄 050016)摘 要 蛋白质组学的特点是采用高分辨率的蛋白质分离手段,结合高效率的蛋白质鉴定技术,全景式地研究在各种特定情况下的蛋白质谱。
本文就蛋白质组学研究中的双向聚丙烯酰胺凝胶电泳、质谱技术和蛋白质芯片技术的研究进展进行了综述。
关键词 蛋白质组学 双向聚丙烯酰胺凝胶电泳 质谱技术 基因组中的大多数基因最终都是通过蛋白质的表达、修饰和相互作用来实现其功能的。
因此对蛋白质的分析已经成为生命科学研究的重要内容之一,这对解析生命现象的分子机制至关重要。
随着多种生物基因组计划的实施和完成、蛋白质研究技术的发展和突破以及生物信息学的发展,人们开展了大规模的蛋白质分析,蛋白质组学随之产生。
1 蛋白质组学的相关技术1994年,澳大利亚Macquarie大学的W ilkins和W illiam s首先提出了蛋白质组(p roteome)的概念,它源于蛋白质(p rotein)基因组(genome)两个词的结合,意为在一种细胞内存在的全部蛋白质。
尽管蛋白质组概念提出至今只不过十多年时间,但它的研究可以追溯到二十多年前O’Farrel和Kl ose各自创建的蛋白质高分辨双向凝胶电泳(t wo-di mensional gel electr ophore2 sis,2-DE)。
O’Farrel将大肠杆菌细胞抽提物进行双向电泳后,分离到1100个蛋白质组分,从此拉开了蛋白质组研究的序幕[1]。
蛋白质组研究中主要应用的技术包括:双向电泳(2-DE)、新型质谱(MS)技术、数据库设置与检索系统等。
为了保证分析过程的精确性和重复性,大规模的样品处理机器人也被应用。
整个研究过程包括:样品处理、蛋白质分离、蛋白质丰度分析、蛋白质鉴定等步骤。
当前,蛋白质组分析虽然以双向电泳和质谱分析为其技术基础,但离不开各种先进的技术分析和图像分析软件及网络技术的支持。
1.1 双向聚丙烯酰胺凝胶电泳 双向凝胶电泳是基于第一向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S DS-PAGE分离,把复杂蛋白质混合物中的蛋白质在二维平面上分开。
近年来,经过多方面改进双向凝胶电泳已成为研究蛋白质组的核心方法[3,4]。
利用双向点脉技术来分离某一蛋白质组所有蛋白的两个关键参数是其分辨率和可重复性。
在目前情况下,双向凝胶电泳的一块凝胶板(16cm x20cm)可分离出3000～4000个,甚至上万个可检测的蛋白斑点,这与10万个基因可表达的蛋白数目相比还是太少了。
20世纪80年代开始采用固定化pH梯度胶,克服了载体两性电解质阴极漂移等许多缺点而得以建立非常稳定且可随意精确设定的pH梯度。
据此可建立很窄pH范围的凝胶电泳,对特别感兴趣的蛋白斑点做第二轮分析,从而大大提高了分辨率,这是双向凝胶电泳技术上的一个非常重要的突破。
目前双向凝胶电泳技术仍面临着挑战,如低拷贝蛋白的鉴定、极酸或极碱蛋白质的分离、极大(> 200kD)或极小(<10kD)蛋白的分离和难溶蛋白的检测,这类蛋白涉及一些重要的膜蛋白。
基于此,国际上也重视以色谱/电泳-质谱为主的技术。
1.2 质谱技术 质谱(mass s pectr ometry)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 scri p t regulates Zeb2/Si p1gene exp ressi on during Snail1-induced ep ithelial-mesenchy mal transiti on.Genes&Devel opment,22(6):756～769[12]Cent onze D,Rossi S,Napoli I,et al.2007.The brain cyt op las m icRNA BC1regulates dopa m ine D2recep t or-mediated trans m issi on in the striatum.The Journal of Neur oscience,27(33):8885～8892[13]Czech B,Mal one CD,Zhou R,et al.2008.An endogenous s mallinterfering RNA pathway in D rosophila.Nature,453(7196):798～802[14]Chen X,Xu H,Yuan P,et al.2008.I ntegrati on of external signa2ling pathways with the core transcri p ti onal net w ork in e mbryonic ste m cells.Cell,,133(6):1106～1117[15]Yu W,Gius D,Onyango P,et al.2008.Ep igenetic silencing oftumour supp ress or gene p15by its antisense RNA.Nature,451 (7175):202～206[16]Schoeftner S,B lasco MA.2008.Devel opmentally regulated tran2scri p ti on of ma mmalian tel omeres by DNA-dependent RNA poly2 merase II.Nature Cell B i ol ogy,10(2):228～236[17]Fu X,Ravindranath L,Tran N,et al.2006.Regulati on of apop t o2sis by a p r ostate-s pecific and p r ostate cancer-ass ociated noncod2 ing gene,PCGE M1.DNA and Cell B i ol ogy,25(3):135～141 [18]FaghihiMA,Modarresi F,KhalilAM,et al.2008.Exp ressi on of anoncoding RNA is elevated in A lzhei m er’s disease and drives rap id feed-f or ward regulati on of beta-secretase.Nature Medicine,14(7):723～730列的图谱。
现在多通过质谱仪对蛋白样品进行质谱分析。
质谱仪是一类能使物质粒子离子化并通过适当的电场、磁场将它们按空间位置、时间先后或者轨道稳定与否实现质荷比分离,从而可以对物质进行分析的仪器。
质谱分析的基本原理是,用于分析的样品分子(或原子)在离子源中离子化成具有不同质量的单电荷分子离子和碎片离子,这些单电荷离子在加速电场中获得相同的动能并形成一束离子,进入由电场和磁场组成的分析器,离子束中速度较慢的离子通过电场后编转大,速度快的偏转小;在磁场中离子发生角速度矢量相反的偏转,即速度慢的离子依然偏转大,速度快的偏转小;当两个场的偏转作用彼此补偿时,它们的轨道便相交于一点。
与此同时,在磁场中还能发生质量的分离,这样就使具有同一质荷比而速度不同的离子聚焦在同一点上,不同质荷比的离子聚焦在不同的点上,其焦面接近于平面,在此处用检测系统进行检测即可得到不同质荷比的谱线,即质谱。
通过质谱分析,可以获得分析样品的分子量、分子式、分子中同位素构成和分子结构等多方面的信息。
基质辅助激光解吸附质谱技术(MALD I-T OF)是一种有效的质谱鉴定技术,它可以通过肽指纹图谱(P MF)来鉴定蛋白质。
其基本原理是将分析物分散在基质分子中并形成晶体,当用激光照射晶体时,由于基质分子从辐射吸收、蓄积能量并迅速产热,从而使基质晶体升华,致使基质和分析物膨胀并进入气相。
MAL2 D I所产生的质谱图多为单电荷离子,因而质谱图中的离子与多肽和蛋白质的质量有对应关系。
MALD I产生的离子常用飞行时间(ti me-of-flight,T OF)检测器来检测,理论上讲,只要飞行管的长度足够,T OF检测器可检测分子的质量数是没有上限的[5]。
因此,MAL2 D I-T OF质谱很适合对蛋白质、多肽、核酸和多糖等生物大分子的研究。
获得蛋白的氨基酸序列还可采用纳米电喷雾和在线液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)分析。
纳米电喷雾和LC-S/MS两种方法是互相补充的,各有优势。
例如,电喷雾更适于全新序列的分析,可以对非常复杂的混合物进行蛋白序列分析:蛋白质在胶上酶解后得到的酶切肽段样品,经微细的玻璃或石英针孔喷雾而出,与快速数据检索相联可进行实验室蛋白质鉴定[7];而LC-MS/MS则几乎可以达到无人操作的自动化程度[8]。
许多测序实验室同时使用这两种方法。
1.3 蛋白质芯片技术 蛋白质芯片技术是一种高通量、微型化和自动化的蛋白质分析技术。
在蛋白质芯片技术途径中,首先将一系列的“诱饵”蛋白质(如抗体)按照一定的排列格式固定在经特殊处理的材料表面[9],然后以待研的样品为探针来探查该表面,那些与相应的抗体相结合的蛋白质就会被吸附在表面上,而后把未与抗体结合的蛋白质洗掉,再把结合的蛋白质洗脱下来,经凝胶电泳之后通过质谱法进行鉴定。
这种技术实际上是一种大规模的酶联免疫分析。
可以迅速地将待研的蛋白质从混合物中分离出来进行分析。
2 蛋白质组学的研究进展蛋白质组研究还主要集中于原核生物和一些简单的真核生物,尤其是那些基因组序列已经完全或大部分清楚的生物,如支原体、细菌及酵母等[10]。
另外,蛋白质组的研究主要聚焦在特异疾病相关的组织或细胞上。
它将成为寻找疾病分子标记和药物靶标最有效的方法之一。
在癌症和早老性痴呆等人类重大疾病的临床诊断和治疗方面,蛋白质组技术有十分诱人的前景。
目前国际上许多大型药物公司正投入大量的人力和物力进行蛋白质组学方面的应用性研究。
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