第9章 藥物蛋白質(zhì)組學(xué)

第九章

藥物蛋白質(zhì)組學(xué)Pharmacoproteomics1.20世紀(jì)中后期，生命科學(xué)研究進(jìn)入了分子生物學(xué)時(shí)代。2.隨著人類基因組全序列測(cè)定，生命科學(xué)跨入了后基因組時(shí)代。3.因mRNA的表達(dá)情況不能直接反應(yīng)蛋白質(zhì)的表達(dá)水平。4.蛋白質(zhì)有自身特有的活動(dòng)規(guī)律，如動(dòng)態(tài)修飾、加工、轉(zhuǎn)運(yùn)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。第一節(jié)蛋白質(zhì)組學(xué)概述

背景基因數(shù)量有限性和基因結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定性VS生命現(xiàn)象的復(fù)雜性和多變性。

從genomic到proteome對(duì)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(jìn)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)。一、蛋白質(zhì)組學(xué)（一）蛋白質(zhì)組的概念蛋白質(zhì)組(Proteome)的概念最先由MarcWilkins提出，指由一個(gè)基因組，或一個(gè)細(xì)胞、組織表達(dá)的所有蛋白質(zhì)(PROTein)。蛋白質(zhì)組包含時(shí)間、空間的概念，隨著組織、甚至環(huán)境狀態(tài)的不同而改變。蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量在同一機(jī)體的不同細(xì)胞中是各不相同的。同一細(xì)胞，在不同時(shí)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(xì)胞蛋白質(zhì)的組成及其變化與正常生理過程的也不同。（二）蛋白質(zhì)組學(xué)的概念蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)

是指研究蛋白質(zhì)組的一門新興科學(xué)。是從整體的角度分析細(xì)胞內(nèi)動(dòng)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(dòng)規(guī)律。

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；

局部蛋白質(zhì)組或比較蛋白質(zhì)組學(xué)；

蛋白質(zhì)之間的相互作用。

二、蛋白質(zhì)組學(xué)的分類1.表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)（expression

proteomics）是研究差異樣品間蛋白質(zhì)表達(dá)量的變化。2.結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)（structuralproteomics）又稱細(xì)胞圖譜蛋白質(zhì)組學(xué)，針對(duì)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(jìn)行分析，確定它們?cè)诩?xì)胞質(zhì)中的定位，了解蛋白質(zhì)之間的相互關(guān)系。3.功能蛋白質(zhì)組學(xué)(functionalproteomics)是指對(duì)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(xì)胞內(nèi)與某個(gè)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(xì)胞內(nèi)外信號(hào)傳遞的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。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(shí)間和空間組織、細(xì)胞或機(jī)體的所有蛋白質(zhì)，前者指導(dǎo)后者，但并不絕對(duì)，因?yàn)榉g有調(diào)控和后續(xù)修飾、跨膜轉(zhuǎn)動(dòng)作用。四、蛋白質(zhì)組學(xué)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(duì)DNA/RNA擴(kuò)增，痕量蛋白無法進(jìn)行擴(kuò)增。蛋白質(zhì)組也沒有一種測(cè)序技術(shù)與基因組研究中起關(guān)鍵作用的自動(dòng)化的DNA測(cè)序技術(shù)相媲美。Chip等技術(shù)的發(fā)展使我們對(duì)基因的研究可以高通量，而對(duì)蛋白質(zhì)組的研究離高通量還有很大差距。（一）雙向凝膠電泳雙向凝膠電泳（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(jìn)行等電聚焦電泳（按照pI分離），然后再進(jìn)行SDS（按照分子大小），經(jīng)染色得到的電泳圖是個(gè)二維分布的蛋白質(zhì)圖。（二）生物質(zhì)譜質(zhì)譜（MassSpectrometry,MS）是在高真空系統(tǒng)中測(cè)定樣品的分子離子及碎片離子質(zhì)量，以確定樣品相對(duì)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。基于：核素的準(zhǔn)確質(zhì)量是一多位小數(shù)，決不會(huì)有兩個(gè)核素的質(zhì)量是一樣的，而且決不會(huì)有一種核素的質(zhì)量恰好是另一核素質(zhì)量的整數(shù)倍。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(jìn)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)?。辉诖艌鲋须x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)??；當(dāng)兩個(gè)場的偏轉(zhuǎn)作用彼此補(bǔ)償時(shí)，它們的軌道便相交于一點(diǎn)。1.基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）基質(zhì)附助激光解吸電離離子源（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(cè)定。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(jìn)行分離，并確定分子質(zhì)量。飛行時(shí)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(dá)檢測(cè)器的飛行時(shí)間不同而被檢測(cè)即測(cè)定離子的質(zhì)荷比（M/Z）與離子的飛行時(shí)間成正比，檢測(cè)離子。肽質(zhì)量指紋譜（PMF）肽質(zhì)量指紋譜（PeptideMassF