藥物蛋白質(zhì)組學(xué)課件

第九章

藥物蛋白質(zhì)組學(xué)第九章1學(xué)習(xí)要求1.掌握：蛋白質(zhì)組、蛋白質(zhì)組學(xué)和藥物蛋白組學(xué)概念2.熟悉：蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)技術(shù)3.了解：蛋白質(zhì)組學(xué)在藥學(xué)研究中的應(yīng)用學(xué)習(xí)要求1.掌握：蛋白質(zhì)組、蛋白質(zhì)組學(xué)和藥物蛋白組學(xué)概念22001年人類基因組全序列測定標(biāo)志著后基因組時代的到來21世紀(jì)生命科學(xué)研究兩大主流基因組學(xué)

蛋白質(zhì)組學(xué)2001年人類基因組全序列測定3第一節(jié)蛋白質(zhì)組學(xué)概述

第一節(jié)4Background基因組--基因數(shù)量有限性和基因結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定性蛋白質(zhì)組--生命現(xiàn)象的復(fù)雜性和多變性對蛋白質(zhì)的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、相互關(guān)系和生物學(xué)功能進行全面深入的研究已成為生命科學(xué)研究的迫切需要和重要任務(wù)。Background基因組--基因數(shù)量有限性和基因結(jié)構(gòu)的相對5一、蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組(Proteome)

一個基因組、一個細(xì)胞、一個有機體或某一特定的組織類型所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。

時序性、空間性一、蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組(Proteome)6蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)

研究蛋白質(zhì)組的一門新興科學(xué)，實質(zhì)是采用大規(guī)模、高通量、高效率技術(shù)手段研究蛋白質(zhì)的特征。

從整體的角度分析細(xì)胞內(nèi)動態(tài)變化的蛋白質(zhì)組成成份、表達(dá)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(xì)胞生命活動規(guī)律。

蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)7蛋白質(zhì)組學(xué)主要研究內(nèi)容

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)錄后修飾的微特征鑒定；通過蛋白質(zhì)水平的比較，顯示其在疾病研究中的應(yīng)用潛能；蛋白質(zhì)之間的相互作用。

蛋白質(zhì)組學(xué)主要研究內(nèi)容蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)錄后修飾的微特征鑒定8二、蛋白質(zhì)組學(xué)的分類表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)（expression

proteomics）

研究差異樣品間蛋白質(zhì)表達(dá)量的變化。如：疾病發(fā)展不同階段的蛋白表達(dá)譜結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)（structuralproteomics）針對某一特定細(xì)胞器中全部蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)進行分析，確定它們在細(xì)胞質(zhì)中的定位，了解蛋白質(zhì)之間的相互關(guān)系。功能蛋白質(zhì)組學(xué)(functionalproteomics)

研究執(zhí)行某種功能的蛋白質(zhì)復(fù)合體，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。二、蛋白質(zhì)組學(xué)的分類表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)（expressionp9亞細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)定量蛋白質(zhì)組學(xué)磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)糖基化蛋白質(zhì)組學(xué)相互作用蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)研究新趨勢亞細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)研究新趨勢10三、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(xì)胞或機體的所有蛋白質(zhì)，前者指導(dǎo)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)11四、蛋白質(zhì)組學(xué)的主要研究技術(shù)雙向凝膠電泳生物質(zhì)譜蛋白質(zhì)芯片酵母雙雜交生物信息學(xué)四、蛋白質(zhì)組學(xué)的主要研究技術(shù)雙向凝膠電泳12（一）雙向凝膠電泳（two-dimensionalelectrophoresis，2-DE）

原理：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?。?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（two-dimensionalelec13藥物蛋白質(zhì)組學(xué)課件14（二）生物質(zhì)譜（MassSpectrometry,MS）

原理：將復(fù)雜樣品分子先離子化，然后利用不同離子在電場或磁場運動行為的不同，把離子按質(zhì)荷比的差異分離開并確定分子量。

應(yīng)用：分析與鑒定肽和蛋白質(zhì)

分類：基質(zhì)輔助激光解吸電離分離時間質(zhì)譜電噴霧離子化質(zhì)譜（二）生物質(zhì)譜（MassSpectrometry,MS）151.基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）原理：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。應(yīng)用：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-M162.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。2.電噴霧離子化質(zhì)譜（ESI-MS）在噴射過程中利用電17肽質(zhì)量指紋譜（PeptideMass

Fingerprinting,PMF）

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(dāng)?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（PeptideMass

Fingerpr18傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)組學(xué)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-TOFMS)(EST-MS/MS)多肽質(zhì)譜指紋ESI-MS序列標(biāo)記（peptidemassfingerprint）（sequencetag）利用生物信息學(xué)，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(xué)分析19（三）蛋白質(zhì)芯片（proteinchip）

利用蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、酶與底物、蛋白質(zhì)與其他小分子之間的相互作用，檢測分析蛋白質(zhì)的一種高通量、微型化和自動化的分析技術(shù)。

原理：對固相載體進行特殊的化學(xué)處理，再將已知的蛋白分子產(chǎn)物固定其上(如酶、抗原、抗體等)，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、血漿等)，經(jīng)洗滌、純化，再進行生化分析。（三）蛋白質(zhì)芯片（proteinchip）利用蛋白質(zhì)20（四）酵母雙雜交

（yeasttwohybridization）

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(xì)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(dá)產(chǎn)物敏感地檢測得到。（四）酵母雙雜交

（yeasttwohybridizat21藥物蛋白質(zhì)組學(xué)課件22（五）生物信息學(xué)(Bioinformatics)

生物信息學(xué)是通過綜合利用生物學(xué)，計算機科學(xué)和信息技術(shù)等研究生物信息的采集，處理，存儲，傳播，分析和解釋等各方面的一門學(xué)科，揭示大量而復(fù)雜的生物數(shù)據(jù)所賦有的生物學(xué)奧秘。（五）生物信息學(xué)(Bioinformatics)生物信23生物信息學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)庫EMBLhttp://www.embl-heidelberg.de/

http://www.ebi.ac.uk/embl/

GenBank/Web/Genbank/

DDBJhttp://www.ddbj.nig.ac.jp/

Ensembl/

Medline/medline/query－form.html

BioMedNethttp://www.BioMedN/Staden:/tools/staden/(biologicalpackage)RCSB（結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)研究聯(lián)合實驗室）

PRESAGE（Collaborativeresourceforstructuralgenomics

結(jié)構(gòu)基因組學(xué)聯(lián)合資源）/

ExPASyhttp://www.expasy.ch/

SRShttp://srs.ebi.ac.uk:5000/

Entrez/Entrez/

GCG:/about/gcg.html

生物信息學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)庫EMBLhttp://www.embl-24第二節(jié)

藥物蛋白質(zhì)組學(xué)

及其應(yīng)用第二節(jié)

藥物蛋白質(zhì)組學(xué)

及其應(yīng)用25一、藥物蛋白質(zhì)組學(xué)概念

將蛋白組學(xué)的理論和技術(shù)用于藥物研究領(lǐng)域，通過對比正常狀態(tài)和病理狀態(tài)的細(xì)胞或組織的蛋白質(zhì)組表達(dá)差異，用于藥物作用機制、藥物不良反應(yīng)的研究或者藥物治療前后蛋白質(zhì)表達(dá)狀況的分析，以探討藥物類似物的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，發(fā)掘新的藥物靶點等，由此發(fā)展起來的學(xué)科稱為藥物蛋白組學(xué)(Pharmacoproteomics)。一、藥物蛋白質(zhì)組學(xué)概念將蛋白組學(xué)的理論和技術(shù)用于藥物研究26二、藥物蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用構(gòu)建分子藥理篩選模型藥物靶點的發(fā)現(xiàn)、驗證和優(yōu)化藥物作用機制研究藥物毒理機制研究耐藥機制研究二、藥物蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用構(gòu)建分子藥理篩選模型27傳統(tǒng)方法

通過大量的臨床前實驗、臨床實驗，甚至付出慘痛的代價才能獲得藥物不良反應(yīng)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)體外進行蛋白質(zhì)組差異性分析，揭示藥物不良反應(yīng)的機制和規(guī)律。三、蛋白質(zhì)組學(xué)在藥物不良反應(yīng)研究中的應(yīng)用傳統(tǒng)方法三、蛋白質(zhì)組學(xué)在藥物不良反應(yīng)研究中的應(yīng)用28中藥有效成分作用靶點的識別中藥藥理作用的研究瀕危中藥材細(xì)胞培養(yǎng)工程及相關(guān)替代研究四、蛋白質(zhì)組學(xué)在中藥研究中的應(yīng)用中藥有效成分作用靶點的識別四、蛋白質(zhì)組學(xué)在中藥研究中的應(yīng)用29思考題1.為什么說只有在蛋白質(zhì)水平進行研究，才能很是反映生物體的功能機制？2.如何鑒定正常組織和病理組織蛋白表達(dá)差異？思考題1.為什么說只有在蛋白質(zhì)水平進行研究，才能很是反映生物30第九章

藥物蛋白質(zhì)組學(xué)第九章31學(xué)習(xí)要求1.掌握：蛋白質(zhì)組、蛋白質(zhì)組學(xué)和藥物蛋白組學(xué)概念2.熟悉：蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)技術(shù)3.了解：蛋白質(zhì)組學(xué)在藥學(xué)研究中的應(yīng)用學(xué)習(xí)要求1.掌握：蛋白質(zhì)組、蛋白質(zhì)組學(xué)和藥物蛋白組學(xué)概念322001年人類基因組全序列測定標(biāo)志著后基因組時代的到來21世紀(jì)生命科學(xué)研究兩大主流基因組學(xué)

蛋白質(zhì)組學(xué)2001年人類基因組全序列測定33第一節(jié)蛋白質(zhì)組學(xué)概述

第一節(jié)34Background基因組--基因數(shù)量有限性和基因結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定性蛋白質(zhì)組--生命現(xiàn)象的復(fù)雜性和多變性對蛋白質(zhì)的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、相互關(guān)系和生物學(xué)功能進行全面深入的研究已成為生命科學(xué)研究的迫切需要和重要任務(wù)。Background基因組--基因數(shù)量有限性和基因結(jié)構(gòu)的相對35一、蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組(Proteome)

一個基因組、一個細(xì)胞、一個有機體或某一特定的組織類型所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。

時序性、空間性一、蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組(Proteome)36蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)

研究蛋白質(zhì)組的一門新興科學(xué)，實質(zhì)是采用大規(guī)模、高通量、高效率技術(shù)手段研究蛋白質(zhì)的特征。

從整體的角度分析細(xì)胞內(nèi)動態(tài)變化的蛋白質(zhì)組成成份、表達(dá)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(xì)胞生命活動規(guī)律。

蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)37蛋白質(zhì)組學(xué)主要研究內(nèi)容

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)錄后修飾的微特征鑒定；通過蛋白質(zhì)水平的比較，顯示其在疾病研究中的應(yīng)用潛能；蛋白質(zhì)之間的相互作用。

蛋白質(zhì)組學(xué)主要研究內(nèi)容蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)錄后修飾的微特征鑒定38二、蛋白質(zhì)組學(xué)的分類表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)（expression

proteomics）

研究差異樣品間蛋白質(zhì)表達(dá)量的變化。如：疾病發(fā)展不同階段的蛋白表達(dá)譜結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)（structuralproteomics）針對某一特定細(xì)胞器中全部蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)進行分析，確定它們在細(xì)胞質(zhì)中的定位，了解蛋白質(zhì)之間的相互關(guān)系。功能蛋白質(zhì)組學(xué)(functionalproteomics)

研究執(zhí)行某種功能的蛋白質(zhì)復(fù)合體，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。二、蛋白質(zhì)組學(xué)的分類表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)（expressionp39亞細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)定量蛋白質(zhì)組學(xué)磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)糖基化蛋白質(zhì)組學(xué)相互作用蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)研究新趨勢亞細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)研究新趨勢40三、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(xì)胞或機體的所有蛋白質(zhì)，前者指導(dǎo)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)41四、蛋白質(zhì)組學(xué)的主要研究技術(shù)雙向凝膠電泳生物質(zhì)譜蛋白質(zhì)芯片酵母雙雜交生物信息學(xué)四、蛋白質(zhì)組學(xué)的主要研究技術(shù)雙向凝膠電泳42（一）雙向凝膠電泳（two-dimensionalelectrophoresis，2-DE）

原理：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?。?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（two-dimensionalelec43藥物蛋白質(zhì)組學(xué)課件44（二）生物質(zhì)譜（MassSpectrometry,MS）

原理：將復(fù)雜樣品分子先離子化，然后利用不同離子在電場或磁場運動行為的不同，把離子按質(zhì)荷比的差異分離開并確定分子量。

應(yīng)用：分析與鑒定肽和蛋白質(zhì)

分類：基質(zhì)輔助激光解吸電離分離時間質(zhì)譜電噴霧離子化質(zhì)譜（二）生物質(zhì)譜（MassSpectrometry,MS）451.基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）原理：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。應(yīng)用：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-M462.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。2.電噴霧離子化質(zhì)譜（ESI-MS）在噴射過程中利用電47肽質(zhì)量指紋譜（PeptideMass

Fingerprinting,PMF）

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(dāng)?shù)鞍妆凰夂螅a(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（PeptideMass

Fingerpr48傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)組學(xué)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-TOFMS)(EST-MS/MS)多肽質(zhì)譜指紋ESI-MS序列標(biāo)記（peptidemassfingerprint）（sequencetag）利用生物信息學(xué)，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(xué)分析49（三）蛋白質(zhì)芯片（proteinchip）

利用蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、酶與底物、蛋白質(zhì)與其他小分子之間的相互作用，檢測分析蛋白質(zhì)的一種高通量、微型化和自動化的分析技術(shù)。

原理：對固相載體進行特殊的化學(xué)處理，再將已知的蛋白分子產(chǎn)物固定其上(如酶、抗原、抗體等)，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、血漿等)，經(jīng)洗滌、純化，再進行生化分析。（三）蛋白質(zhì)芯片（proteinchip）利用蛋白質(zhì)50（四）酵母雙雜交

（yeasttwohybridization）

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(xì)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(dá)產(chǎn)物敏感地檢測得到。（四）酵母雙雜交

（yeasttwohybridizat51藥物蛋白質(zhì)組學(xué)課件52（五）生物信息學(xué)(Bioinformatics)

生物信息學(xué)是通過綜合利用生物學(xué)，計算機科學(xué)和信息技術(shù)等研究生物信息的采集，處理，存儲，傳播，分析和解釋等各方面的一門學(xué)科，揭示大量而復(fù)雜的生物數(shù)據(jù)所賦有的生物學(xué)奧秘。（五）生物信息學(xué)(Bioinformatics)生物信53生物信息學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)庫EMBLhttp://www.embl-heidelberg.de/

http://www.ebi.ac.uk/embl/

GenBank/Web/Genbank/

DDBJhttp://www.ddbj.nig.ac.jp/

Ensembl/

Medline/medline/query－form.html

BioMedNethttp://www.BioMedN/Staden:/tools/staden/(biologicalpackage)RCSB（結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)研究聯(lián)合實驗室）

PRESAGE（