蛋白质目组分析.docVIP

PAGE 蛋白质组分析 蛋白质组（proteome）源于蛋白质（protein）与基因组（genome）两个词的杂合，其定义为proteins expressed by a genome，即一个基因组表达的全部蛋白质。目前认为蛋白质组的内涵是一个细胞、一类组织或一种生物的基因组所表达的全部蛋白质。 蛋白质组学（proteomics）是研究蛋白质组的一门新兴学科，旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式。蛋白质化学着重于单一蛋白质结构、功能的研究，例如某一种蛋白质或蛋白质亚基的全序列分析，三维立体结构的确定，这样的结构如何执行功能、在生理上所扮演的角色，以及代谢的生化机制等。蛋白质组学则是研究多种蛋白质组成的复杂系統。Proteomics的字尾“-omics”的意思是“组学”，代表对生物、生命体系研究工作方式的重新定义，也就是说，蛋白质组学是对基因组所表达的整套蛋白质的分析，其研究对象是多蛋白质混合物的“系统”行为，而不是“单一组成”的行为。它通过对一个大系统中包含的所有蛋白质进行分离、鉴定、表征和定量，提供关于该系统准确和全面的数据和信息。 蛋白质组与基因组 通常，一个细胞中表达两类基因：①必须功能蛋白质的基因；②行使细胞专一性功能蛋白质的基因。因此，一种生物有一个基因组，但有许多蛋白质组。因此，蛋白质组与基因组在内涵上有很大的不同，主要表现在以下四个方面： （1）蛋白质组具有多样性 图11.1 基因以多种mRNA形式剪接的示意图 EXON：外显子，真核细胞基因DNA中的编码序列。这样的序列可转录为RNA并进而翻译为蛋白质。 P代表磷酸化，sugar代表糖基化，lipid代表脂肪酰化，Ub代表泛素化[3]。 （2）在蛋白质组的研究中，时间和空间的影响都不可忽视 （3）蛋白质间主要以相互作用的形式参与生命活动 （4）蛋白质组研究对技术的依赖性和要求远远超过基因组学 蛋白质组学研究对生物分析化学提出的挑战 表11.1 目前蛋白质组学分析中使用的分离与鉴定技术[6-12] 技术 是否需要 标记 是否可用于PTM 检测 可测定的蛋白质 分子量范围 动态范围 可分离的蛋白点数 方法的适用范围 传统的双向电泳方法（2-DE） 否 是 10 kD～200 kD 1, 000 3, 000 定量困难，方法的重复性差 荧光双向差示凝胶电泳（DIGE） Cy-2，3 or 5 fluorophores 标记伯氨基 是 10 kD～200 kD 10, 000[6] 3, 000[7] 适用于检测高表达水平、长半衰期的蛋白质 基于反相色谱的二维色谱系统[8] 否 是 ＞5 kD的肽或蛋白质 100 2, 500 限于UV检测，未与MS联用 LC-MS/MS多维色谱系统(MudPit) 可以用N14/N15标记氨基酸 是 蛋白质经酶解后的多肽混合物 10, 000[9] 872[10] 适用于较复杂的蛋白质混合物，进行MS分析前需进行分级分离 MALDI-TOF-MS 否 是 ＞10 kD，实际测定蛋白质经酶解后的多肽混合物 25 不适用 通过肽质量指纹图鉴定已分离的蛋白质 SELDI-TOF-MS[11] 否 是 ＜40 kD 25 不适用 利用蛋白质芯片对生物样品中蛋白质的质量进行分析 ICAT 分析技术 以ICAT试剂标记巯基 是 蛋白质经酶解后的多肽混合物 无数据 496[12] 适用于含巯基蛋白质的相对定量分析 cICAT 分析技术 以可裂解的C12/C13ICAT试剂标记巯基 否 蛋白质经酶解后的多肽混合物 10, 000 496 适用于含巯基蛋白质的相对定量分析 注：2-DE，双向电泳（two dimensional electrophoresis）；DIGE，荧光双向差示凝胶电泳（fluorescence two-dimensional differential gel electrophoresis）；MudPit，用于蛋白质分离的多维色谱（multi-dimensional for protein identification）；SELDI-MS，表面增强激光解吸离子化—质谱（surface enhanced laser desorption ionization-MS）；基质辅助激光解吸离子化—质谱（MALDI-MS，matrix-assisted laser desorption ionization-MS）；ICAT，同位素标记的亲和标签(isotope-coded affinity tag)技术；cICAT，可裂解的ICAT（cleavable ICAT）技术；PTM，蛋白质翻译后的修饰（posttranslational modification）。 图11.2 蛋白质组学分析方法的灵敏度和分辨率[13]