第十四講蛋白質(zhì)組學課件

第十四講蛋白質(zhì)組學第十四講蛋白質(zhì)組學1一、基本概念：基因組(genome)：一個細胞或者生物體所攜帶的全部遺傳信息。指細胞或生物體內(nèi)一套完整“單倍體”遺傳物質(zhì)的總和，是由基因和基因外的核苷酸序列組成的?；蚪M學：在全基因水平上探索生命的本質(zhì)規(guī)律性的學科。1986年ThomasRoderrick提出“基因組學”的概念。人類基因組計劃（HGP）：人類全部基因序列的分析，是基因組學研究重要標志1986年提出，1990.10啟動，23條染色體，約3.0×109bp，預計15年完成。1998年（6%），2001年（1/3），2003年提前完成序列的測定，（2.0~2.5）萬基因。中國科學院遺傳研究所人類基因組中心參與國際人類基因組計劃，人類第3號染色體短臂DNA序列的測定，3.84×108bp。達到國際人類基因組計劃協(xié)作組對“完成圖”的要求。2003年4月15日，美、英、日、法、德、中6國領導人聯(lián)名聯(lián)合聲明，宣告人類基因組計劃圓滿完成。

——我國達到國際先進水平宏基因組學：人體腸道元基因組研究，揭示了腸道內(nèi)微生物基因的多樣性及其與疾病易感性和藥物反應等相關的重要因素。第一節(jié)概述一、基本概念：第一節(jié)概述2結構基因組學、功能基因組學、蛋白質(zhì)組學的概念：為了揭示整個基因組轉錄、翻譯與產(chǎn)物之間的調(diào)控關系。在基因組研究的基礎上提出多層次的“組學”概念，……結構基因組學：結構基因組：生物的全部基因組DNA序列。結構基因組學：基因的遺傳圖和物理圖制作，最終完成人類和其他重要模式生物的全部基因組DNA序列的測定和比較分析的學科。即：基因組靜態(tài)結構規(guī)律性的分析，包括：不同物種之間的基因比較和基因組多態(tài)性分析。功能基因組學：功能基因組：細胞內(nèi)所有具有生物學功能的基因，即表達一定功能的全部基因所組成的DNA序列，包括編碼基因和調(diào)控基因。功能基因組學：研究基因組中功能基因的的學科。通過基因組及其功能基因組的研究，闡明整個基因組及其轉錄、翻譯及產(chǎn)物關系的學科?！到y(tǒng)地破譯遺傳密碼——蛋白質(zhì)組學蛋白質(zhì)組：指一個基因組、一個細胞或一種生物表達的所有蛋白質(zhì)及其存在方式。蛋白質(zhì)組學：以蛋白質(zhì)組為研究對象，從整體蛋白質(zhì)水平研究生命活動的本質(zhì)規(guī)律和探索疾病發(fā)生機制的學科。結構基因組學、功能基因組學、蛋白質(zhì)組學的概念：3基因組學與蛋白質(zhì)組學的關系基因組轉錄組蛋白質(zhì)組代謝組

針對生物體不同角度的整體思想

組間是相互聯(lián)系的，統(tǒng)一于生物體——系統(tǒng)性系統(tǒng)生物學基因組學與蛋白質(zhì)組學的關系基因組針對生物體不同角度的整體4基因組學面臨的挑戰(zhàn)隨著人類基因組計劃的實施和推進，以及很多物種的基因組測序，生命科學研究已進入后基因組時代。但通過基因組的序列，無法闡明它所編碼的蛋白質(zhì)的高級結構和功能。尚不能從蛋白質(zhì)水平上反映生命的本質(zhì)。例如：

（1）基因是蛋白質(zhì)結構的“藍本”，攜帶著遺傳信息，僅憑細胞內(nèi)mRNA的信息還不能預見基因的產(chǎn)物—蛋白質(zhì)的信息。（2）僅靠基因組序列——無法回答生物體內(nèi)外環(huán)境與基因的表達關系。蛋白翻譯后修飾、剪接和加工等過程。蛋白質(zhì)翻譯后修飾、結構形成、蛋白質(zhì)分子間或與其它分子間的相互作用關系等。蛋白質(zhì)本身的存在形式和變化規(guī)律，如翻譯后修飾、蛋白質(zhì)間相互作用以及蛋白質(zhì)構象等問題。回答這些問題：還需要依賴于直接對蛋白質(zhì)進行研究。闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)，僅僅依靠基因組學研究是不夠的，提出了…基因組學面臨的挑戰(zhàn)5蛋白質(zhì)組學的產(chǎn)生和思想是時代發(fā)展的要求和產(chǎn)物：

20世紀90年代中期，產(chǎn)生了蛋白質(zhì)組學(proteomics)，由于人類基因組計劃的實施和發(fā)展，生命科學研究已進入后基因組時代。研究生命現(xiàn)象，闡述生命活動的規(guī)律，只了解基因組的結構是不夠的，還必須對生命活動的直接執(zhí)行者——蛋白質(zhì)(數(shù)量、結構、性質(zhì)、相互關系和生物學功能)進行全面深入的研究。傳統(tǒng)的研究方式（對單個蛋白質(zhì)研究）已無法滿足后基因組時代的。一個以“蛋白質(zhì)組”為研究對象的生命科學的新時代誕生了。蛋白質(zhì)組學的思想是在生物體或其細胞的“整體”蛋白質(zhì)水平上來揭示和闡明生命活動的基本規(guī)律，而不是局限于一個或幾個蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)組學的產(chǎn)生和思想6二、蛋白質(zhì)組學發(fā)展的重要標志（1）高分辨雙向凝膠電泳(2-DE)技術的建立20世紀70年代Farrell和Klose各自創(chuàng)建了蛋白質(zhì)“高分辨”雙向凝膠電泳(twodimensionalgelelectrophoresis，2-DE)。Farrel對大腸桿菌細胞抽提物進行雙向電泳，分離到1100個蛋白質(zhì)組分，從此拉開了蛋白質(zhì)組研究的序幕。為蛋白質(zhì)組學產(chǎn)生的技術保障。（2）蛋白質(zhì)組計劃的提出(蛋白質(zhì)組學思想的產(chǎn)生)20世紀80年代初，基因組計劃提出前，曾有人提出“蛋白質(zhì)組計劃”，當時稱為HumanProteinIndex計劃，旨在分析細胞內(nèi)的所有蛋白質(zhì)。由于種種原因，這一計劃被擱淺，并未實施。 ——思路的提出，非常重要——時機也很重要。七個方面技術的進步思想的進步二、蛋白質(zhì)組學發(fā)展的重要標志（1）高分辨雙向凝膠電泳(2-7（3）蛋白質(zhì)組(proteome)的提出：蛋白質(zhì)組學誕生的標志1994年，澳大利亞兩位學者（悉尼Macquarie大學學生Wilkins和他的老師William）試圖使用一個合適的術語描述“一個基因組所表達的全體蛋白質(zhì)”。1994年年9月，他們在意大利召開的一個學術會議上首次提出了蛋白質(zhì)組(proteome)這個新造的詞。1995年7月，《Electrophoresis》雜志上第一次刊登了第一篇蛋白質(zhì)組學研究的論文。從此，蛋白質(zhì)組研究的進展十分迅速不論基礎理論還是技術方法，都在不斷進步和完善。多種細胞的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫已經(jīng)建立，相應的國際互聯(lián)網(wǎng)站層出不窮

（3）蛋白質(zhì)組(proteome)的提出：8（4）蛋白質(zhì)組研究機構的成立1996年，澳大利亞建立了世界上第一個蛋白質(zhì)組研究中心。丹麥、加拿大、日本也先后成立了蛋白質(zhì)組研究中心。在巨大財力的支持下，在美國各大藥廠和公司，也紛紛加入了蛋白質(zhì)組的研究行列。2001年4月，在美國成立了國際人類蛋白質(zhì)組組織，隨后歐洲、亞太地區(qū)都成立了區(qū)域性蛋白質(zhì)組研究組織，試圖通過合作方式，融合各方面力量，完成人類蛋白質(zhì)組計劃，在2002年和2003年陸續(xù)啟動了人類血漿、肝臟和腦蛋白質(zhì)組的研究。促進了蛋白質(zhì)組學研究和技術的進步。在生命科學領域，蛋白質(zhì)組學研究形成了國際熱點（4）蛋白質(zhì)組研究機構的成立9（5）三大技術突破：等點聚集電泳技術——2-DE核心技術之一 20世紀80年代固相化pH梯度凝膠電泳(IPG)技術的發(fā)明和完善，改善了雙向凝膠電泳的重復性和上樣量。生物大分子質(zhì)譜技術 20世紀80年代后期，電噴霧質(zhì)譜(ESI-MS)和基質(zhì)輔助的激光解吸飛行時間質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS)技術的發(fā)明，及其在蛋白質(zhì)分析中的成功應用。圖像和數(shù)據(jù)庫分析技術： 蛋白質(zhì)雙向電泳圖譜的數(shù)字化和分析軟件的問世，不但使得不少物種的雙向電泳和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫相繼建立和完善，而且促進了蛋白質(zhì)組研究的技術手段日漸完善。（5）三大技術突破：10（6）關于蛋白質(zhì)組與基因組的新認識：蛋白質(zhì)組是動態(tài)的過程，基因組是相對恒定的。 一個基因并不只存在一個相應的蛋白質(zhì)，可能會有幾個，甚至幾十個。

（酶原—酶、蛋白質(zhì)修飾、酶切片段：如C3—C3、C3a、C3b、C3c、C3d）蛋白質(zhì)的表達（什么情況表達什么樣的蛋白質(zhì)），不僅取決于基因，還與機體所處的內(nèi)外環(huán)境以及機體本身的生理狀態(tài)有關?；虿皇侵苯記Q定一個蛋白功能，往往是通過基因的轉錄、表達產(chǎn)生一個蛋白質(zhì)前體，再進行加工、修飾，才成為具生物活性的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)要通過一系列的運輸過程，到達組織細胞內(nèi)適當?shù)奈恢貌拍馨l(fā)揮正常的生理作用?；虿荒芡耆珱Q定蛋白質(zhì)后期加工、修飾以及轉運定位的全過程，這些過程中的任何一個步驟發(fā)生細微的差錯，即可導致機體的疾病。（6）關于蛋白質(zhì)組與基因組的新認識：11（7）蛋白質(zhì)組研究的重大成就紐約Rockefeller大學的細胞和分子生物學家Gun-terBlobel博士在“蛋白質(zhì)內(nèi)在的信號分子、調(diào)節(jié)自身的細胞內(nèi)轉運和定位”的研究上取得卓越的成就，獲得了1999年諾貝爾醫(yī)學獎和生理學獎。蛋白質(zhì)自剪接及其機理近年來發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)間亦存在類似于mRNA分子內(nèi)的剪接，具有自身特有的活動規(guī)律。這種自主性—不能—從基因編碼序列中—預測，而只能對其最終的功能蛋白進行分析。（7）蛋白質(zhì)組研究的重大成就12（8）綜上所述：基因是遺傳信息的源頭．而蛋白是基因功能的執(zhí)行體?；蚪M計劃的實現(xiàn)，為生物體全部基因序列的確定、為未來生命科學研究奠定了堅實的基礎，但不能提供認識各種生命活動直接的分子基礎，必須研究生命活動的執(zhí)行體——蛋白質(zhì)這一重要環(huán)節(jié)。蛋白質(zhì)組學——重點研究生命活動的執(zhí)行體（蛋白質(zhì)）這一環(huán)節(jié)，是闡明生命活動本質(zhì)不可缺少的、比基因組研究更復雜的后續(xù)部分，蛋白質(zhì)組學—將成為21世紀生命科學研究的主要任務。提出了合成生物學理念——世界之熱點（8）綜上所述：13三、蛋白質(zhì)組學的研究內(nèi)容蛋白質(zhì)組：是一個整體概念，不同于孤立地研究某種蛋白質(zhì)分子的功能。蛋白質(zhì)組學(proteomics)：是從整體上研究細胞或組織內(nèi)，特定的時間和空間內(nèi)全部蛋白質(zhì)的組成及其相互作用規(guī)律的學科。是一項系統(tǒng)性的多方位的科學研究和探索。是應用二維電泳、質(zhì)譜、生物醫(yī)學信息學等技術研究全套蛋白質(zhì)在復雜的細胞環(huán)境中的功能。蛋白質(zhì)組學分類（按研究內(nèi)容）表達蛋白質(zhì)組學(proteinexpressionproteomics)在不同機體狀態(tài)中，細胞或組織中，全部蛋白質(zhì)的表達及其變化規(guī)律的研究。細胞圖譜蛋白質(zhì)組學(cellmappingproteomics)。主要研究蛋白質(zhì)間的相互作用，以明確細胞間信號轉導通路的復雜機制。蛋白質(zhì)組學的研究內(nèi)容：主要包括7個方面 蛋白質(zhì)結構、蛋白質(zhì)功能、蛋白質(zhì)的豐度變化、蛋白質(zhì)修飾、蛋白質(zhì)分布、蛋白質(zhì)的相互作用、蛋白質(zhì)與疾病的關聯(lián)性等。三、蛋白質(zhì)組學的研究內(nèi)容蛋白質(zhì)組：是一個整體概念，不同于孤立141、蛋白質(zhì)結構蛋白質(zhì)是一種生物大分子，具有三維空間結構，執(zhí)行復雜的生物學功能。蛋白質(zhì)分子的結構一般分為一級結構與空間結構兩類。蛋白質(zhì)的一級結構(prlmarystruture)即蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序(sequence)，也是蛋白質(zhì)最基本的結構。它是由基因上遺傳密碼的排列順序所決定的。蛋白質(zhì)的空間結構：指蛋白質(zhì)分子的多肽鏈經(jīng)折疊和盤曲構成特有的比較穩(wěn)定的空間結構，它包括蛋白質(zhì)的二級、三級和四級結構。在組學水平上，解析和闡明蛋白一級結構和高級結構的關系。

1、蛋白質(zhì)結構15

2、蛋白質(zhì)功能自然界種類繁多的蛋白質(zhì)，決定了生物學功能的多樣性，作為生命物質(zhì)基礎的蛋白質(zhì)——是生物功能的載體。蛋白質(zhì)的生物學功能：主要體現(xiàn)在以下7個方面： ①具有生物催化功能； ②具有調(diào)節(jié)功能； ③具有運輸功能； ④具有運動功能； ⑤可作為機體的結構成分； ⑥具有防御和保護功能； ⑦可作為生物體發(fā)育和生長的營養(yǎng)物質(zhì)。蛋白質(zhì)功能不是孤立的、只有通過相互作用，才能發(fā)揮蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)組水平上，全面理解蛋白質(zhì)的生物學功能和聯(lián)系2、蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)功能不是孤立的、只有通過相互作用，才能163、蛋白質(zhì)的豐度變化通過對各種蛋白質(zhì)的識別和定量化，對不同狀態(tài)細胞的蛋白質(zhì)差異表達進行比較。如：不同時間和環(huán)境條件下，蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)表達的相對含量的變化。3、蛋白質(zhì)的豐度變化174、蛋白質(zhì)修飾蛋白質(zhì)翻譯后修飾的研究對闡明蛋白質(zhì)的功能具有重要作用。很多mRNA轉錄產(chǎn)生的蛋白質(zhì)要經(jīng)歷翻譯后修飾（如磷酸化、糖基化、酶原激活等）。如：蛋白激酶的磷酸化和去磷酸化翻譯后修飾是蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)功能的重要方式，在生物功能調(diào)節(jié)中起重要作用。

5、蛋白質(zhì)分布不同發(fā)育、生長期和不同生理、病理條件下，不同的細胞類型的基因表達是不一致的。細胞和組織的分化——執(zhí)行特定功能。如：TCell和BCell—介導細胞免疫和體液免疫—表達蛋白差異。因此，對蛋白質(zhì)表達的研究應該精確到細胞甚至亞細胞水平。

4、蛋白質(zhì)修飾186、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用細胞的任何活動都需要蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與其它分子的相互作用。對于闡明細胞乃至整個生命活動的分子作用機制具有重要的意義。蛋白質(zhì)相互作用是蛋白質(zhì)相互作用的基礎。激素—受體：調(diào)控一系列過程，執(zhí)行特定的功能；B細胞激活、分化產(chǎn)生抗體的過程。蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡6、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡197、蛋白質(zhì)與疾病的關聯(lián)性蛋白質(zhì)組學成為尋找疾病分子標記和與藥物作用靶標最有效的方法之一，由此產(chǎn)生了疾病蛋白質(zhì)組學。運用蛋白質(zhì)組學研究手段，比較正常和病理情況下，蛋白質(zhì)表達的差異。探尋疾病相關的特異蛋白質(zhì)，作為疾病診斷的分子標記，以及治療和藥物開發(fā)的靶標。深入了解疾病特異性蛋白質(zhì)的結構和功能，對疾病機理的闡明、疾病診斷及治療提供理論根據(jù)和解決途徑。對人類而言，蛋白質(zhì)組學的研究最終要服務于人類的健康，促進分子醫(yī)學的發(fā)展，例如，尋找藥物的靶分子。很多藥物本身就是蛋白質(zhì)，而很多藥物的靶分子也是蛋白質(zhì)，同時，藥物也可以干預蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用。7、蛋白質(zhì)與疾病的關聯(lián)性20蛋白質(zhì)組學的研究內(nèi)容（7方面）蛋白質(zhì)結構蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)的豐度變化蛋白質(zhì)修飾蛋白質(zhì)分布蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用蛋白質(zhì)與疾病的關聯(lián)性在生物體、組織、細胞整體高度，從功能執(zhí)行者角度，研究生命本質(zhì)規(guī)律。蛋白質(zhì)組學是一個整體概念，而不是孤立地研究某種蛋白質(zhì)分子的功能。蛋白質(zhì)組學的研究內(nèi)容（7方面）211、多樣性基因組作為遺傳信息的載體，具有同一性。單細胞生物，不論在什么樣的生長條件下，基因組是不變的。多細胞生物，同一個個體的基因組在不同發(fā)育階段或不同種類的細胞里都是同樣的，知道了個體內(nèi)某一細胞內(nèi)的基因組就等于知道了該個體所有細胞的基因組。蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)是生命活動的主要執(zhí)行者，在同一機體的不同發(fā)育階段有明顯的差異，在機體的不同組織和不同細胞，以及生理狀態(tài)與疾病階段也各不相同。不同類型的細胞或同一個細胞在不同的活動狀態(tài)下，蛋白質(zhì)組的構成是不一樣的。四、蛋白質(zhì)組學的特點與基因組比較，蛋白質(zhì)組具有7方面特點1、多樣性基因組作為遺傳信息的載體，具有同一性。蛋白質(zhì)組蛋白222、無限性基因組核心任務是測定所有的DNA堿基。例如，芽殖酵母基因組有1200萬bp，人類基因組的最新統(tǒng)計為30億個bp。測定的基因組不論大小，其核苷酸的數(shù)量是明確的。蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)的種類究竟有多少很難說清，蛋白質(zhì)組是基因組表達的所有蛋白質(zhì)，沒有考慮蛋白質(zhì)的修飾。細胞內(nèi)大部分蛋白質(zhì)在翻譯后進行修飾，主要有磷酸化、糖基化、?；龋揎椀鞍踪|(zhì)具有特定的物理化學性質(zhì)和生物學功能。如果把一個修飾蛋白視為一種新的蛋白質(zhì)，那么蛋白質(zhì)組的蛋白質(zhì)數(shù)量將遠遠大于相應的基因組的基因數(shù)量。在這個意義上，人們估計人類蛋白質(zhì)組的蛋白質(zhì)的種類為20萬-200萬，顯而易見，對蛋白質(zhì)組的蛋白質(zhì)數(shù)量的估計是非常模糊的。2、無限性基因組核心任務是測定所有的DNA堿基。例如，芽殖酵233、動態(tài)性基因組一個個體的基因組，從個體誕生到死亡，始終保持不變。蛋白質(zhì)組在個體的生命活動中卻總是變動不停。重要任務是測定蛋白質(zhì)組里發(fā)生變化的蛋白質(zhì)。生命活動中的蛋白質(zhì)可以大致分為兩類：一類是比較穩(wěn)定的，另一類則是變化的蛋白質(zhì)，如負責信號轉導或細胞活動調(diào)控的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的差異和變化，是生命活動的重要方式。發(fā)現(xiàn)在正常和病理狀態(tài)下出現(xiàn)差異的蛋白質(zhì)，常常是認識和防治疾病的關鍵；測定一個細胞或組織含有的全部蛋白質(zhì)種類的研究就是通常所說的蛋白質(zhì)組學。鑒定出一個細胞或組織中的所有蛋白質(zhì)是一項費時費錢的工作，需要大量的人力和物力。相比之下，測定差異蛋白質(zhì)的任務需要的投入就小得多。功能蛋白質(zhì)組學：以變化為主的蛋白質(zhì)組學。比較在不同生長狀態(tài)下或病理情況下，同一種細胞或組織的蛋白質(zhì)組內(nèi)的差異蛋白質(zhì)。3、動態(tài)性基因組一個個體的基因組，從個體誕生到死亡，始終244、時空性基因組DNA通常位于細胞核內(nèi)，保持穩(wěn)定，基因組測定不受時空的影響。mRNA，時間是主要的參考因素，在發(fā)育的不同階段或細胞的不同活動時期，mRNA的表達是不一樣的。在研究轉錄組或基因芯片時需要考慮時間，不需要考慮空間的影響。蛋白質(zhì)組不僅要考慮時間的因素，更要考慮空間的影響。不同的蛋白質(zhì)分布在細胞不同部位，功能與其空間定位密切相關。許多蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)不是靜止不動的，常常在不同的亞細胞環(huán)境里運動并發(fā)揮作用。例如，細胞周期調(diào)控，在細胞核內(nèi)，磷酸酯酶Cdc25→蛋白激酶Cdc2去磷酸化→激活Cdc2→使細胞進入分裂期。如果DNA損傷，蛋白激酶Cdc25一種14-3-3蛋白從細胞核內(nèi)轉運到胞質(zhì)內(nèi)，導致核內(nèi)的Cdc2保持磷酸化和失活狀態(tài)，使細胞停滯在G2期不同的相互作用和同一時空相互作用—時時變化？4、時空性基因組DNA通常位于細胞核內(nèi)，保持穩(wěn)定，基因組測定255、蛋白質(zhì)的相互作用基因組基因組的基因表達的各種mRNA是彼此孤立的，互不干擾。蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)彼此間有著廣泛的相互作用?！肮铝⒌鞍踪|(zhì)”是不存在的。蛋白質(zhì)的功能離不開蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)與其他生物大分子之間的相互作用，專門術語（一個新的名詞）：相互作用組。相互作用組研究可以分為兩類：一是研究蛋白質(zhì)相互作用的網(wǎng)絡，細胞內(nèi)的許多活動，如：信號轉導等，都是通過一個復雜而廣泛的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡來實現(xiàn)的；二是蛋白質(zhì)復合體組成的分析。蛋白質(zhì)復合體通?？梢苑譃閮煞N：一種是結構型的蛋白質(zhì)復合體，如核孔復合體，這一類通常比較穩(wěn)定；另一種則是功能型蛋白質(zhì)復合體，只有在執(zhí)行功能時才聚合在一起，很不穩(wěn)定。例如，負責轉錄的轉錄蛋白質(zhì)復合體或者負責DNA復制的復制蛋白質(zhì)復合體。5、蛋白質(zhì)的相互作用基因組基因組的基因表達的各種mRNA是彼266、多種研究技術基因組既無量的變化，也沒有質(zhì)的變化?；蚪M研究中，DNA測序技術是一個最基本和最主要的工具。由于基因組的均一性和簡單性，使得一種單一的技術就能勝任基因組研究任務。易于體外復制、或擴增——PCR、測序技術。技術成熟度高。蛋白質(zhì)組由于蛋白質(zhì)組具有復雜性、多樣性和時空性。研究技術就遠遠不止一種，技術難度也遠遠大于基因組研究技術。蛋白質(zhì)組研究技術可以簡單地分為兩大類：第一類是蛋白質(zhì)組的分離技術，雙向電泳技術、細胞分級分離技術、親和色譜技術都是蛋白質(zhì)組常用的分離技術；第二類是蛋白質(zhì)組的鑒定技術，其核心是質(zhì)譜技術，蛋白質(zhì)芯片技術、噬菌體顯示技術和大規(guī)模雙雜交方法等?？傊鞍踪|(zhì)組研究對技術的依賴性和要求遠遠超過基因組學，目前，蛋白質(zhì)組學的研究技術還有很多不完善之處，許多新技術正在研發(fā)之中。6、多種研究技術基因組既無量的變化，也沒有質(zhì)的變化。蛋白質(zhì)組27是生命科學的主旋律：自20世紀中期，分子生物學技術誕生以來，生命科學的主旋律——一直圍繞著核酸與蛋白質(zhì)展開。具有互補與互助性：后基因組時代，蛋白質(zhì)組研究和基因組研究依然是形影相隨的兩個重要領域，它們之間互相補充。基因注釋：基因組測序完成后，最主要任務是基因注釋，找出所有可能的基因及其產(chǎn)物的功能?；蜃⑨尩某鲥e率較高，若以蛋白質(zhì)組的數(shù)據(jù)作參考，注釋的正確率會大幅度提高。真核生物的基因大多是非連續(xù)性的，即由外顯子和內(nèi)含子所組成。確定完整的基因也非易事，利用蛋白質(zhì)的序列來推測和確定基因的全長也是很有幫助的。7、蛋白質(zhì)組與基因組的互補與互助性是生命科學的主旋律：自20世紀中期，分子生物學技術誕生以來，28蛋白質(zhì)組學具有7個特點多樣性無限性動態(tài)性時空性蛋白質(zhì)的相互作用多種研究技術互補與互助性體現(xiàn)了組學的整體思想：在全局的高度解釋生命科學本質(zhì)規(guī)律是組學基本思路。體現(xiàn)了蛋白質(zhì)組學的復雜性：全方位揭示生物體中，所有蛋白質(zhì)的變化和運行規(guī)律。將在蛋白質(zhì)組學的應用中進一步理解。蛋白質(zhì)組學具有7個特點29本節(jié)小結主要內(nèi)容蛋白質(zhì)組的概念蛋白質(zhì)組學的研究歷史（重要標志）蛋白質(zhì)組學的研究內(nèi)容（7）蛋白質(zhì)組學的特點（7）蛋白質(zhì)組學是一個整體概念，而不是孤立地研究某種蛋白質(zhì)分子的功能。蛋白質(zhì)整體上研究生命本質(zhì)規(guī)律。本節(jié)小結30第二節(jié)：蛋白質(zhì)組學研究技術第二節(jié)：蛋白質(zhì)組學研究技術31蛋白質(zhì)組研究關鍵技術：1975年，F(xiàn)arrell等建立了高分辨率二維電泳技術。20世紀80年代，建立了質(zhì)譜技術、生物醫(yī)學信息學以及蛋白質(zhì)芯片等技術蛋白質(zhì)組技術研究現(xiàn)狀蛋白質(zhì)組研究是人類基因組測序完成后生命科學領域的又一熱點，在技術層面上，與自動化、高通量的基因測序相比還相差很遠。蛋白質(zhì)組研究要達到靈敏、特異和高通量還有待相關技術的發(fā)展。盡管問題重重，蛋白質(zhì)組研究方法還是取得了突飛猛進的發(fā)展。蛋白質(zhì)組研究的難點：條件苛刻：蛋白質(zhì)分子只能在相對嚴格的pH、溫度等理化條件下保持空間立體構象，分離、純化及鑒定所需實驗條件要求較高；難于檢測：蛋白質(zhì)難以像核酸一樣，通過PCR擴增，難以檢測微量的蛋白質(zhì)；難以分析：生物信息學如何將蛋白質(zhì)組相關數(shù)據(jù)庫和軟件結合起來進行綜合分析也有難度；技術成熟度相對較低：不溶性蛋白、膜蛋白和極酸或極堿性蛋白質(zhì)，目前尚無理想的檢測方法。蛋白質(zhì)組研究關鍵技術：32一、二維聚丙烯酰胺凝膠凝膠電泳技術蛋白質(zhì)組學技術發(fā)展很快，已建立很多相關分析技術。如：毛細血管等電聚焦、多維色譜、微流芯片等技術。二維凝膠電泳是目前蛋白質(zhì)組學研究的主要方法。分離復雜蛋白混合物最基本的工具，可同時分離數(shù)千種蛋白。是目前所有電泳技術中分辯率最高，信息量最多的技術。特點：分辨率高、重復性高和微量制備的性能。一、二維聚丙烯酰胺凝膠凝膠電泳技術蛋白質(zhì)組學技術發(fā)展很快，已331、樣品制備技術是關鍵環(huán)節(jié)。獲得高分辨和高度重復的2-DE圖譜，樣品制備是極其關鍵的一步。樣本類型和來源不相同，根據(jù)實際情況采取不同的條件和方法。樣品中，不同蛋白豐度、溶解度、敏感度均不同。樣品制備的基本原則：根據(jù)研究的目的不同，權衡利弊，采取不同的樣品制備方法和策略；樣品制備時為減少蛋白質(zhì)的降解，可以采用蛋白酶抑制劑和低溫加以保護；除去影響的物質(zhì)，如：鹽離子、離子去污劑、核酸、多糖、脂類、酚類和不溶性物質(zhì)等；樣品裂解液應新鮮配制，并分裝凍存，勿反復凍融；為了提高疏水蛋白的溶解性，可采用分步提取以獲取更豐富的蛋白質(zhì)信息；組織樣品中含有不同類型的細胞，樣品具有異質(zhì)性，應該先對待測樣品進行處理，可以采用免疫親和技術或激光捕獲顯微切割技術(LCM)，激光捕獲顯微切割技術在倒置顯微鏡下將激光束聚集在所選擇的組織切片區(qū)域，實現(xiàn)對靶細胞的收集。1、樣品制備技術342、基本原理Smithies和Poulik(1956)最早建立了二維電泳技術。PIMW2、基本原理PIMW352、基本原理基本原理：符合電泳的原理，二維電泳——雙向電泳第一向電泳：等電聚焦電泳（高壓電泳）基于蛋白質(zhì)等電點不同進行蛋白質(zhì)分離，將樣品在固相化pH梯度的凝膠上進行電泳。蛋白質(zhì)樣品在電場中遷移，達到其等電點位置時停止遷移移。第二向電泳：SDS（低壓電泳）SDS帶負電荷，與蛋白質(zhì)多肽鏈結合后掩蓋了蛋白質(zhì)原有的電荷差別。蛋白質(zhì)所帶電荷與其分子量大小有關，蛋白質(zhì)分子量越大，所帶電荷越多，在電泳凝膠上，蛋白質(zhì)按分子量大小排列。顯色：考馬斯亮藍染色（靈敏度較低）銀染（靈敏度高，不利于后續(xù)質(zhì)譜分析）同位素標記熒光標記：靈敏度高，兼容下游的鑒定技術

見下圖PIMW2、基本原理見下圖PIMW36O’Farrell艤向電泳的經(jīng)典方法(引自郭堯君蛋白質(zhì)電泳實驗技術，2005年)二維凝膠電泳示意圖O’Farrell艤向電泳的經(jīng)典方法二維凝膠電泳示意圖373、二維凝膠電泳操作程序和設備制備蛋白質(zhì)樣品第一向電泳第二向電泳凝膠染色凝膠成像及分析蛋白質(zhì)斑點鑒別3、二維凝膠電泳操作程序和設備38ProteomicsExperimentalWorkflow樣品制備第一向IEF電泳第二向SDS電泳染色圖像采集和分析蛋白斑點切取蛋白質(zhì)鑒定ProteomicsExperimentalWorkfl39二維電泳分析裝置介紹第二向垂直電泳系統(tǒng)低通量、中等通量第一向等電聚焦系統(tǒng)雙向電泳圖像分析軟件DeCyder2-Dv6.5差異分析軟件TyphoonTri