酶与蛋白质工程蛋白质组学.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,酶与蛋白质工程蛋白质组学,（优选）酶与蛋白质工程蛋白质组学,基因组和蛋白质组有什么联系？,蛋白质组,遗传信息从,DNA,（基因）转变,mRNA,中间转载体，然后再合成各式各样的结构蛋白质和功能蛋白质，构成一种有机体，完成生命的功能,基因,mRNA,蛋白质，三位一体，构成遗传信息的流程图，即传统的中心法则,蛋白质组,一个基因并不只存在一个相应的蛋白质，可能会有几个，甚至几十个,什么情况下会有什么样的蛋白，不仅决定于基因，还与机体所处的周围环境以及机体本身的生理状态有关,常用的有ProSite、BLOCKS、DOMO、ProDom、Profam等,1975年 双向凝胶电泳技术,变性后分离不能反映原始状态；,常用的有ProSite、BLOCKS、DOMO、ProDom、Profam等,蛋白质结构分析与功能预测工具,英国公司Nonlinear Dynamics Ltd.,什么情况下会有什么样的蛋白，不仅决定于基因，还与机体所处的周围环境以及机体本身的生理状态有关,又称双向电泳，蛋白质组学研究中的核心技术之一，是能够连续在一块胶上分离数千种蛋白质的方法,1997年 出版了第一部蛋白质组学专著,PDB(Protein Data Bank)，收录有蛋白质原子座标、晶体结构和核磁共振数据、一级和二级结构信息及相关文献引用,Cut out Spots and Identify Proteins by Tandom Mass Spectroscopy,1975年 双向凝胶电泳技术,Cut out Spots and Identify Proteins by Tandom Mass Spectroscopy,二维凝胶电泳技术(2DE),变性后分离不能反映原始状态；,什么是蛋白质组？,蛋白质组是指,“,由一个细胞或一个组织的基因组所表达全部相应的蛋白质,”,荧光染色的细胞内蛋白质,蛋白质组,蛋白质组的含义,蛋白质组,(Proteome),一词最早由澳大利亚学者,Willkins,等人于,1994,年提出,蛋白质组学,(proteomics),是在蛋白质水平上定量、动态、整体水平研究生物体,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。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,蛋白质组研究有什么益处,蛋白质组的研究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,如，通过对正常个体及病理个体间的蛋白质组比较分析，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,牛胰岛素晶体,蛋白质组,1975,年 双向凝胶电泳技术,1986,年 第一个蛋白质序列数据库,-SWISS PROT,1997,年 出版了第一部蛋白质组学专著,2000,年 发表一个生物体的完整蛋白质组,蛋白质研究简史,蛋白质组,Two-dimensional Gel Electrophoresis,利用质谱技术测定氨基酸序列,又称双向电泳，蛋白质组学研究中的核心技术之一，是能够连续在一块胶上分离数千种蛋白质的方法,完整的双向凝胶电泳分析，包括：样品制备、等电聚焦、平衡转移、SDS PAGE斑点染色、图像捕捉和图谱分析等步骤,生物信息学已经成为当代生物学和医药学的组成部分,用于巨量生物信息资源的收集、存储、处理、搜索、共享、服务、研究和开发,有助于了解药物或毒物与其效应相关蛋白质的相互作用,ICAT技术(isotopecoded affinity tags,ICAT)采用同位素标记多肽或蛋白质亲和标签,分为氨基酸组成比对、肽片段质量比对和部分肽段序列比对三类。,蛋白质组学主要技术方法,基质辅助激光解析电离质谱(MALDI MS):利用基质吸收激光的能量使得固相的多肽样品离子化,蛋白质鉴定工具,蛋白质组学主要技术方法,蛋白质组是指“由一个细胞或一个组织的基因组所表达全部相应的蛋白质”,遗传信息从DNA（基因）转变mRNA中间转载体，然后再合成各式各样的结构蛋白质和功能蛋白质，构成一种有机体，完成生命的功能,又称双向电泳，蛋白质组学研究中的核心技术之一，是能够连续在一块胶上分离数千种蛋白质的方法,组成蛋白质组,:,一个细胞或组织、机体中所有蛋白质的时空表达状况分析,功能蛋白质组,:,蛋白质的细胞定位、蛋白酶的活性、蛋白质与蛋白质相互作用的连锁关系，及其由此实现的信号传递与调控作用,蛋白质组学研究内容,蛋白质组学,二维凝胶电泳技术,(2DE),又称双向电泳，蛋白质组学研究中的核心技术之一，是能够连续在一块胶上分离数千种蛋白质的方法,完整的双向凝胶电泳分析，包括：样品制备、等电聚焦、平衡转移、,SDS PAGE,斑点染色、图像捕捉和图谱分析等步骤,蛋白质组学主要技术方法,蛋白质组学,Two-dimensional Gel Electrophoresis,Cut out Spots and Identify Proteins by Tandom Mass Spectroscopy,蛋白质组学,存在问题,分子量较小和较大蛋白质的分析；,低含量蛋白质的分析；,变性后分离不能反映原始状态；,手工操作较多、经验性强、可重复性差,蛋白质组学,蛋白质鉴定,质谱鉴定技术,(MS),蛋白质组学,基质辅助激光解析电离质谱,(MALDI MS):,利用基质吸收激光的能量使得固相的多肽样品离子化,电喷雾电离质谱,(ESI MS):,在喷射过程中利用电场完成多肽样品的离子化,蛋白质组学,通过测量肽段离子相关参数,如飞行时间,(TOF),即可计算得到准确的肽段质量,利用质谱技术测定氨基酸序列,利用质谱技术还可以用于鉴定蛋白质复合物组成、确定蛋白质翻译后修饰的类型与发生位点等,蛋白质组学主要技术方法,生物信息学已经成为当代生物学和医药学的组成部分,用于巨量生物信息资源的收集、存储、处理、搜索、共享、服务、研究和开发,软件包Progenesis,一个基因并不只存在一个相应的蛋白质，可能会有几个，甚至几十个,1997年 出版了第一部蛋白质组学专著,是蛋白质组研究数据存储、管理的主要形式,酶与蛋白质工程蛋白质组学,蛋白质结构域与家族数据库,2000年 发表一个生物体的完整蛋白质组,变性后分离不能反映原始状态；,缺陷：很难或不可能对翻译后修饰进行分析，而翻译后修饰对于大多数疾病又很关键,电喷雾电离质谱(ESI MS):在喷射过程中利用电场完成多肽样品的离子化,探针蛋白特异性高、亲和力强,可简化样品前处理，甚至可直接利用生物材料(血样、尿样、细胞及组织等)进行检测；,变性后分离不能反映原始状态；,遗传信息从DNA（基因）转变mRNA中间转载体，然后再合成各式各样的结构蛋白质和功能蛋白质，构成一种有机体，完成生命的功能,多维液相色谱,-,质谱技术,ICAT,技术,(isotopecoded affinity tags,ICAT),采用同位素标记多肽或蛋白质亲和标签,可以较准确鉴定不同状态细胞或组织中差异表达的蛋白质,蛋白质组学,基于质谱技术蛋白质定量方法,多维液相色谱,(MDLC),，即将样品在第一根液相色谱柱洗脱液依次注入后面的色谱柱进行分离的液相色谱柱联用技术，用于分离复杂样品,ICAT,原理,蛋白质相互作用分析,酵母双杂交技术,一种在细胞内检测蛋白质之间相互作用的技术，无需分离纯化蛋白质，是实现大规模高通量分析的主要方法,分析蛋白质之间的相互作用及其方式，认识与特定生理活动相关的蛋白质网络，绘制出蛋白质相互作用图谱,(interaction mapping,）,蛋白质组学,原理,:,真核转录因子含有两个相对独立的功能域,:DNA,结合,(DNAbinding domain,BD),和转录激活,(activation domain,AD),当两者独立存在时,无转录激活功能,但两者只要相互接近，即可激活转录,存在问题：,假阳性和假阴性发生率高,对于不能进入核内的蛋白质,(,如分泌蛋白、膜蛋白,),和存在比较复杂的翻译后修饰作用的高等生物蛋白质，该技术尚不适用,蛋白质组学,生,物,芯,片,基因芯片,蛋白质芯片,微流控芯片,蛋白质芯片,又称蛋白质阵列或蛋白质微阵列，指以蛋白质分子作为配基,将其有序固定在固相载体的表面形成微阵列；,用标记了荧光的蛋白质或其它分子与之作用，洗去未结合的成分，经荧光扫描等检测方式测定芯片上各点的荧光强度，分析蛋白之间或蛋白与其它分子之间的相互作用关系,蛋白质组学,蛋白芯片或微阵列,蛋白芯片技术大多数是在玻璃板或膜上对蛋白或抗体进行排列,缺陷：很难或不可能对翻译后修饰进行分析，而翻译后修饰对于大多数疾病又很关键,蛋白质组学,蛋白质芯片的研究意义,蛋白质是基因表达的最终产物,接近生命活动的物质层面；,探针蛋白特异性高、亲和力强,可简化样品前处理，甚至可直接利用生物材料,(,血样、尿样、细胞及组织等,),进行检测；,适合高通量筛选与靶蛋白作用的化合物；,有助于了解药物或毒物与其效应相关蛋白质的相互作用,蛋白质组学,生物信息学已经成为当代生物学和医药学的组成部分,用于巨量生物信息资源的收集、存储、处理、搜索、共享、服务、研究和开发,由数据库、计算机网络和应用软件三大部分组成,蛋白质组研究中的生物信息学,蛋白质组学,数据库,是蛋白质组研究数据存储、管理的主要形式,是实现已知蛋白质的分析鉴定与未知蛋白的发现前提，也是总结蛋白质结构、性质与功能的规律，实现模拟与预测的基础,蛋白质氨基酸序列,(sequence),数据库,常用的有,PIR,、,SWISS PROT,、,TrEMBL,、,GenPept,等,其中,PIR(protein Information Resource),和,SWISS PROT,是常用的两大序列数据库,蛋白质组学,蛋白质结构域与家族数据库,常用的有,ProSite,、,BLOCKS,、,DOMO,、,ProDom,、,Profam,等,蛋白质高级结构及分类数据库,常用的有,PDB,、,SWISS MODEL,、,NRL3D,、,BioMagRes Bank,、,MMDB,、,SCOP,、,CATH,等,PDB(Protein Data Bank),，收录有蛋白质原子座标、晶体结构和核磁共振数据、一级和二级结构信息及相关文献引用,蛋白质组学,蛋白质,2DE,图谱数据库,包括,SWEISS PROT 2DE PAGE,、,SEINA 2DE PAGE,等综合性,2DE,数据库和不同生物、不同器官、组织、细胞的专一性,2DE,数据库,蛋白质组学,蛋白质相互作用数据库,常用的有,ProNet,、,DIP,、,INTERACT,等,各种类型的专一性蛋白质数据库,2.,工具软件,蛋白质双向电泳图谱分析软件,:,Geneva Bioinformatics,提供软件包,Melanie4,美国,Proteome Works,公司商用软件包,PDQuest 6.1,英国公司,Nonlinear Dynamics Ltd.,软件包,Progenesis,蛋白质组学,可完成电泳图谱背景消减与条纹消除、斑点探测、图形匹配和定量测定、数据存储与分析等一系列工作,个别功能强大的软件还具有数据统计、不同凝胶的比较、数据库联接检索、斑点注释等特殊功能,蛋白质鉴定工具,蛋白质的鉴定，需要利用实验得到数据，通过相关算法与程序，进行已知蛋白质数据库的搜索比对来完成,分为氨基酸组成比对、肽片段质量比对和部分肽段序列比对三类。常用的有,PeptIdent,、,SEQUEST,、,MultiIdent,等,蛋白质组学,蛋白质结构分析与功能预测工具,蛋白质翻译后修饰的预测、蛋白质序列分析与二级结构预测、蛋白质结构域预测、功能域、蛋白质跨膜区预测等各种用途的工具软件,对蛋白质相关结构、性质与功能的实验研究，起到一定的指导参考作用,