藥物蛋白質(zhì)組學課件

1、第九章 藥物蛋白質(zhì)組學Pharmacoproteomics第九章1.20世紀中后期，生命科學研究進入了分子生物學時代。2.隨著人類基因組全序列測定，生命科學跨入了后基因組時代。3.因mRNA的表達情況不能直接反應蛋白質(zhì)的表達水平。 4.蛋白質(zhì)有自身特有的活動規(guī)律，如動態(tài)修飾、加工、轉(zhuǎn)運定位、結(jié)構(gòu)形成、代謝等，均無法從基因組水平上的研究獲知。蛋白質(zhì)構(gòu)象病更難于只靠DNA序列來解釋。1.20世紀中后期，生命科學研究進入了分子生物學時代。第一節(jié) 蛋白質(zhì)組學概述 第一節(jié) 背 景基因數(shù)量有限性和基因結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定性 VS 生命現(xiàn)象的復雜性和多變性。 從genome到proteome對蛋白質(zhì)的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、

2、性質(zhì)、相互關(guān)系和生物學功能進行全面深入的研究已成為生命科學研究的迫切需要和重要任務。背 景基因數(shù)量有限性和基因結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定性 VS 生命現(xiàn)象的一、蛋白質(zhì)組學（一）蛋白質(zhì)組的概念 蛋白質(zhì)組(Proteome)的概念最先由Marc Wilkins提出，指由一個基因組，或一個細胞、組織表達的所有蛋白質(zhì)(protein)。蛋白質(zhì)組包含時間、空間的概念，隨著組織、甚至環(huán)境狀態(tài)的不同而改變。一、蛋白質(zhì)組學（一）蛋白質(zhì)組的概念蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量在同一機體的不同細胞中是各不相同的。同一細胞，在不同時期、不同條件下，蛋白質(zhì)組也是在不斷改變的。在病理或治療過程中，細胞蛋白質(zhì)的組成及其變化與正常生理過程的也不同。

3、藥物蛋白質(zhì)組學課件（二）蛋白質(zhì)組學的概念蛋白質(zhì)組學(proteomics) 是指研究蛋白質(zhì)組的一門新興科學。是從整體的角度分析細胞內(nèi)動態(tài)變化的蛋白質(zhì)組成成份、表達水平與修飾狀態(tài)，了解蛋白質(zhì)之間的相互作用與聯(lián)系，揭示蛋白質(zhì)功能與細胞生命活動規(guī)律。 蛋白質(zhì)組研究與基因組研究是相輔相成的。（二）蛋白質(zhì)組學的概念蛋白質(zhì)組學(proteomics) 是主要研究內(nèi)容 1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)錄后修飾的微特征鑒定； 2、局部蛋白質(zhì)組或比較蛋白質(zhì)組學； 3、蛋白質(zhì)之間的相互作用。 主要研究內(nèi)容 1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)錄后修飾的微特二、蛋白質(zhì)組學的分類1. 表達蛋白質(zhì)組學（expression proteomics）

4、是研究差異樣品間蛋白質(zhì)表達量的變化。2. 結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學（structural proteomics）又稱細胞圖譜蛋白質(zhì)組學，針對某一特定細胞器中全部蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)復合體的結(jié)構(gòu)進行分析，確定它們在細胞質(zhì)中的定位，了解蛋白質(zhì)之間的相互關(guān)系。二、蛋白質(zhì)組學的分類1. 表達蛋白質(zhì)組學（expressio3.功能蛋白質(zhì)組學(functional proteomics)是指對蛋白質(zhì)間、蛋白質(zhì)與DNA/RNA 間的相互作用及蛋白質(zhì)翻譯后修飾的研究。以細胞內(nèi)與某個功能有關(guān)或某種條件下的一群蛋白質(zhì)為主要研究內(nèi)容， 由此建立細胞內(nèi)外信號傳遞的復雜網(wǎng)絡。3.功能蛋白質(zhì)組學(functional proteomic

5、三、蛋白質(zhì)組與轉(zhuǎn)錄組的關(guān)系轉(zhuǎn)錄組研究的是mRNA總和，蛋白質(zhì)組研究的是特定時間和空間組織、細胞或機體的所有蛋白質(zhì)，前者指導后者，但并不絕對，因為翻譯有調(diào)控和后續(xù)修飾、跨膜轉(zhuǎn)動作用。三、蛋白質(zhì)組與轉(zhuǎn)錄組的關(guān)系轉(zhuǎn)錄組研究的是mRNA總和，蛋白質(zhì)四、蛋白質(zhì)組學的主要研究技術(shù)在基因組研究中所普遍采用的PCR技術(shù)來對DNA/RNA擴增，痕量蛋白無法進行擴增。蛋白質(zhì)組也沒有一種測序技術(shù)與基因組研究中起關(guān)鍵作用的自動化的DNA測序技術(shù)相媲美。 Chip等技術(shù)的發(fā)展使我們對基因的研究可以高通量，而對蛋白質(zhì)組的研究離高通量還有很大差距。四、蛋白質(zhì)組學的主要研究技術(shù)在基因組研究中所普遍采用的PCR（一）雙向凝膠電

6、泳雙向凝膠電泳（two-dimensional （.維的，尺寸的）electrophoresis，2-DE）：是等電聚焦電泳和SDS的組合，即先進行等電聚焦電泳（按照pI分離），然后再進行SDS（按照分子大小），經(jīng)染色得到的電泳圖是個二維分布的蛋白質(zhì)圖。（一）雙向凝膠電泳雙向凝膠電泳（two-dimensiona藥物蛋白質(zhì)組學課件（二）生物質(zhì)譜質(zhì)譜（Mass Spectrometry, MS）是在高真空系統(tǒng)中測定樣品的分子離子及碎片離子質(zhì)量，以確定樣品相對分子質(zhì)量及分子結(jié)構(gòu)的方法，即樣品分子離子化后，根據(jù)不同離子間質(zhì)核比（m/z）的差異來分離并確定分子量?；冢汉怂氐臏蚀_質(zhì)量是一多位小數(shù)，決不

7、會有兩個核素的質(zhì)量是一樣的，而且決不會有一種核素的質(zhì)量恰好是另一核素質(zhì)量的整數(shù)倍。（二）生物質(zhì)譜質(zhì)譜（Mass Spectrometry, M原理：使試樣中各組分電離生成不同荷質(zhì)比的離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束，進入質(zhì)量分析器，利用電場和磁場使發(fā)生相反的速度色散離子束中速度較慢的離子通過電場后偏轉(zhuǎn)大，速度快的偏轉(zhuǎn)??；在磁場中離子發(fā)生角速度矢量相反的偏轉(zhuǎn)，即速度慢的離子依然偏轉(zhuǎn)大，速度快的偏轉(zhuǎn)小；當兩個場的偏轉(zhuǎn)作用彼此補償時，它們的軌道便相交于一點。原理：使試樣中各組分電離生成不同荷質(zhì)比的離子，經(jīng)加速電場的作1.基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（ MALDI-TOF-MS ）基質(zhì)附助激光解

8、吸電離離子源（MALDI）的原理是用激光照射樣品與基質(zhì)形成的共結(jié)晶薄膜，基質(zhì)從激光中吸收能量傳遞給生物分子，而電離過程中將質(zhì)子轉(zhuǎn)移到生物分子或從生物分子得到質(zhì)子，而使生物分子電離的過程。因此它是一種軟電離技術(shù)，適用于混合物及生物大分子的測定。1.基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（ MALDI-TOF-2.電噴霧離子化質(zhì)譜（ESI-MS）在噴射過程中利用電場完成多肽樣品的離子化，根據(jù)其質(zhì)荷比差異進行分離，并確定分子質(zhì)量。飛行時間質(zhì)量分析器（TOF）的原理是離子在電場作用下加速飛過飛行管道，根據(jù)到達檢測器的飛行時間不同而被檢測即測定離子的質(zhì)荷比（M/Z）與離子的飛行時間成正比，檢測離子。2.電噴霧

9、離子化質(zhì)譜（ESI-MS）在噴射過程中利用電場完成肽質(zhì)量指紋譜（PMF）肽質(zhì)量指紋譜（Peptide Mass Fingerprinting, PMF）是蛋白質(zhì)被識別特異酶切位點的蛋白酶水解后得到的肽片段的質(zhì)量圖譜。由于每種蛋白的氨基酸序列（一級結(jié)構(gòu)）都不同，當?shù)鞍妆凰夂?，產(chǎn)生的肽片段序列也各不相同，因此其肽質(zhì)量指紋圖也具有特征性。肽質(zhì)量指紋譜（PMF）肽質(zhì)量指紋譜（Peptide Mass傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)組學分析 蛋白質(zhì)樣品用2-DE分離 Edman降解 從凝膠上切下蛋白質(zhì)點，并酶解蛋白質(zhì) 單個蛋白質(zhì)點的多肽混合物 借助基質(zhì)的激光解吸和離子化質(zhì)譜 電噴離子化質(zhì)譜 （MALDI-TOF MS)

10、(EST-MS/MS) 多肽質(zhì)譜指紋 ESI-MS序列標記 （peptide mass fingerprint） （sequence tag） 利用生物信息學，進行數(shù)據(jù)庫搜索 確定蛋白質(zhì)傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)組學分析 （三）蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片（protein chip ）是一種高通量的蛋白功能分析技術(shù)，可用于蛋白質(zhì)表達譜分析，研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用，甚至DNA蛋白質(zhì)、RNA蛋白質(zhì)的相互作用，篩選藥物作用的蛋白靶點等。（三）蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片（protein chip ）是一蛋白芯片技術(shù)的研究對象是蛋白質(zhì)，其原理是對固相載體進行特殊的化學處理，再將已知的蛋白分子產(chǎn)物固定其上(如酶、抗原、抗體、受體、配體、細胞因子等)，根據(jù)這些生物分子的特性，捕獲能與之特異性結(jié)合的待測蛋白(存在于血清、血漿、淋巴、間質(zhì)液、尿液、滲出液、細胞溶解液、分泌液等)，經(jīng)洗滌、純化，再進行確認和生化分析。蛋白芯片技術(shù)的研究對象是蛋白質(zhì)，其原理是對固相載體進行特殊的（四）酵母雙雜交酵母雙雜交系統(tǒng)酵母雙雜交系統(tǒng)是在真核模式生物酵母中進行的，研究活細胞內(nèi)蛋白質(zhì)相互作用，具有很高靈敏度的研究蛋白質(zhì)之間關(guān)系的技術(shù)。對蛋白質(zhì)之間微弱的、瞬間的作用也能夠通過報告基因的表達產(chǎn)物敏感地檢測得到。（四）酵母雙