蛋白质组学技术研究进展及应用

《蛋白质组学技术研究进展及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、蛋白质组学技术研究进展及应用随着基因组学研究的深入，人们发现基因组学存在一定的局限性，在这种背景下，20世纪90年代产生了一门以蛋白质组为研究对象，在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律的新兴学科——蛋白质学。随着人类基因组草图2001年的正式发表和2003年4月的最终完成，科学家们又进一步提出了后基因组计划，蛋白质组(proteome)研究便是其中一个很重要的内容。蛋白质组学(Proteomics)是作为功能基因组学的重要支柱，并已同基因组学(Genomics)和生物信息学(Bioinformatics)一起成为新世纪生命科学研究的前沿和热门领域

2、，Nature，Science杂志在公布基因组序列草图的同时，分别发表了述评和展望，将蛋白质组学的地位提到前所未有的高度，认为它是功能基因组学前沿研究的战略制高点和新世纪最大的战略资源——“有用基因”争夺战的重要“战场”。1蛋白质组学的概念、研究内容及意义蛋白质组(proteome)源于protein和genome两词的杂合，最早是由澳大利亚的WILKINS等于1995年提出，其定义为“一种基因组所表达的全部蛋白质”。因蛋白质组具有时空性和可调节性，蛋白质组的概念实际指在特定时刻、特定环境和实验条件下基因组所表达的全部蛋白质。蛋白质组学的核心在于大规模地对

3、蛋白质进行综合分析，通过对某种物种、个体、器官、组织或细胞的全部蛋白质性质(包括表达水平、结构、分布、功能、丰度变化、翻译后修饰、细胞内定位、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与疾病的关联性)的研究，对蛋白功能做出精细和准确的阐述。蛋白质组学最有价值的优势是它可以观察在特定的时间下一个完整的蛋白质组或蛋白亚型在某种生理或病理状态中，发生的相应的变化。蛋白质组学的研究内容主要有两方面：结构蛋白质组学和功能蛋白质组学。结构蛋白质组学主要是蛋白质表达模式的研究，包括蛋白质氨基酸序列分析及空间结构的解析。蛋白质表达模式的研究是蛋白质组学研究的基础内容，主要研究特定条

4、件下某一细胞或组织的所有蛋白质的表征问题。常规的方法是提取蛋白质，经2-DE(twodimensionalelectrophoresis)分离形成一个蛋白质dimensionalelectrophoresis)分离形成一个蛋白质组的二维图谱，通过计算机图像分析得到各蛋白质的等电点、分子量、表达量等，再结合以质谱分析为主要手段的蛋白质鉴定，建立起细胞或组织或机体在所谓“正常生理条件下”蛋白质图谱和数据库。然而，在此基础上，可以比较分析在变化了的条件下，蛋白质组所发生的变化，如蛋白质表达量的变化、翻译后的加工修饰、蛋白质在亚细胞水平上的改变等，从而发现和鉴定出

5、特定功能的蛋白及其基因。功能蛋白质组学主要是蛋白质功能模式的研究，包括蛋白质的功能和蛋白质间的相互作用。蛋白质的功能模式的研究是蛋白质组学研究的最终目标，目前主要集中于研究蛋白质相互作用和蛋白质结构与功能的关系，以及基因的结构与蛋白质的结构功能的关系。对蛋白质组成的分析鉴定是蛋白质组学中与基因组学相对应的主要部分，它要求对蛋白质进行表征即对所有蛋白质进行分离、鉴定及图谱化。蛋白质间的相互作用主要包括以下几类：分子和亚基的聚合；分子杂交；分子识别；分子自组装；多酶复合体，而分析一个蛋白质和已知功能的蛋白质相互作用是研究其功能的重要方法。2蛋白质组学相关技术蛋

6、白质组学研究的首要任务是建立获取和分析蛋白质的常规、可靠、有效的技术。为达到这一要求，就需要样品准备、数据获取标准化及自动化，也就是要有可重复的高通量的技术。蛋白质组研究的技术手段在不断完善，其工作流程是多步骤进行，包括蛋白质样本的制备、分离、定量及鉴定。由双向凝胶电泳、质谱技术、酵母双杂交系统、蛋白质微阵列技术、能进行大规模数据处理的计算机系统和软件、软电离技术及生物信息学技术构成了蛋白质组学研究的主要技术体系。现阶段蛋白质组的研究可分为3个主要步骤：应用双向凝胶电泳、“双向”高效柱层析分离蛋白质；应用氨基酸组成分析、C2或N2末端氨基酸序列分析及质谱分

7、析鉴定所分离的蛋白质；应用生物信息学数据库对鉴定结果进行存储、处理、对比和分析。所以目前蛋白质组研究技术可以分为以下几个方面。2.1蛋白质分离技术2.1.1样品制备技术蛋白质样品制备是蛋白质组研究的第一步，无论后续采用怎样的分离或鉴定手段，样品制备都是关键步骤。蛋白质样品制备的一般过程是：对细胞、组织等样品进行破碎、溶解、失活和还原，断开蛋白质之间的连接键，提取全部蛋白质，除去非蛋白质部分。样品制备时必须注意：简化样品处理过程，避免蛋白丢失；减少蛋白降解；避免样品的反复冻融；防止各种可能的非目标性蛋白修饰；保证清除所有杂质；新鲜制备样品裂解液。对较为特殊的

8、样品，必要时采用特殊助溶剂或分步提取等制备方法。在进行植物蛋白质组