最好仔细阅读后下载，感谢您的使用！
蛋白质组学相关概念与技术及其研究进展
摘要:随着后基因组时代的到来，蛋白质组学得到了空前的发展。包括蛋白质组、蛋白质组
学、功能蛋白质组学和结构基因组学等新的概念和学科不断涌现，并相应改进和发展了许多新的技术和研究手段，如双向凝胶电泳、生物质谱、生物传感芯片质谱、蛋白质芯片、和生物信息学等。
关键词:后基因组时代；蛋白质组；蛋白质组学；研究技术；发展趋势；展望
21世纪将是生命科学的世纪。继2000年6月26日人类基因组工作框架图绘制完成后，参与人类基因组计划的美、日、法、 德、英、中等六国科学家和美国塞莱拉公司于2001年2月12日联合向世人正式公布了人类基因组图谱及初步分析结果。这是生命科学史上的一次新飞跃，标志着后基因组时代的来临。后基因组时代中，生命科学的中心任务则是阐明基因组所表达的真正执行生命活动的全部蛋白质的表达规律和生物功能，即生命科学的研究重心将从基因组学转移到蛋白质组学。
1 蛋白质组学相关的核心概念
1.1 基因组和蛋白质组
蛋白质组这一概念是由澳大利亚学者Wilkins和Will iams 等人于1994年提出，并首次公开发表在1995年7 月的 Elec tropho resis 杂志上，指的是由一个细胞或一个组织的基因组所表达的全部相应的蛋白质。蛋白质组与基因组相对应，也是一个整体的概念，是基因组表达的全部蛋白。但两者又有根本的不同之处。基因组是静态的，一个有机体从它的发生、发展到衰老、死亡，不同细胞、组织和器官的基因组是基本稳定不变的。但基因组内各个基因表达的条件和表达的程度则随时间、地点和环境条件而不同，因而它们表达的模式，即表达产物的种类和数量随时间、地点和环境条件也是不同的。所以，蛋白质组是一个动态的概念。它不仅在同一个有机体的不同组织和不同细胞中不同；在同一机体的不同发育阶段，直至最后消亡的全过程中也在不断变化；机体处于不同生理状态下不同；在不同外界环境下也不同。实际研究中能够取得的蛋白质组分子实体通常只是总蛋白质组的一部分。可见既是整体又是动态的蛋白质组的研究任务有多么繁重了。
1.2蛋白质组学和功能蛋白质组学
随着蛋白质组的提出，蛋白质组学也自然而然地孕育产生。但目前,蛋白质组学仍无明
1 / 8
最好仔细阅读后下载，感谢您的使用！
确的定义，一般认为它是研究蛋白质组或应用大规模蛋白质分离和识别技术研究蛋白质组的一门学科，是对基因组所表达的整套蛋白质的分析。现阶段，蛋白质组学研究的内容不仅包括对各种蛋白质的识别和定量化，还包括确定它们的细胞内外的定位、修饰、相互反应、活性，和最终确定它们的功能。并对由此获取的数据进行数据库构建，以及不可或缺的推动这一学科进步的蛋白质组分析技术研究。由于对全部蛋白质的研究是非常困难的，所以中国的科学工XXX提出了一种全新的研究策略：功能蛋白质组学。它是位于对个别蛋白质的传统蛋白质研究和以全部蛋白质为研究对象的蛋白质组研究之间的层次，研究特定时间、特定环境和试验条件下基因组所表达的蛋白质。
1.3结构基因组学
蛋白质的功能主要决定于它们的三维结构，因此，认识蛋白质的空间结构将成为生命科学中最关键最具有挑战性的前沿领域之一，于是促使了结构基因组学的兴起及蓬勃发展。结构基因组学的概念是1998 年在美国Aegonne召开的第一届结构基因组学研讨会上提出的。2000 年4 月第一届国际结构基因组会议在英国Hinxton 召开，正式定义结构基因组学为：在原子水平上阐明生物体的所有生物大分子的结构特性。即用基因组信息作为起始材料，在整个蛋白质组范围内来大规模研究蛋白质结构，其主要目标是利用基因获得其所有编码蛋白质的结构与功能，从而获得对有机体生命活动的全景式认识。
2 蛋白质组学研究技术
蛋白质组研究主要包括样品或组织中的蛋白质分离和分离蛋白质的鉴定两个关键步骤。最初的主要研究技术仅仅是用于蛋白质分离和鉴定的二维凝胶电泳和质谱。但是，近几年这个领域的急剧发展受到了多种力量的驱动,在原有技术的基础上改进和衍生出许多新的技术。
2.1蛋白质组研究的核心—用于分离的双向电泳(Two—dimensional Electrophoresis)
目前已具有26年历史的双向凝胶电泳仍是蛋白质组学研究的核心技术。其基本原理：第一项基于蛋白质的等电点不同在pH 梯度胶内等电聚焦；第二项则根据分子量的不同大小进行SDS-PAGE 分离，把复杂蛋白质混合物中的蛋白质在二维平面上分开。
根据第一项等电聚焦条件和方式的不同，可将双向电泳分为三种系统。第一种是在聚丙烯酰胺管中进行,载体两性电解质在外加电场作用下形成梯度，这一系统被称为 ISO-DALT。
2 / 8
最好仔细阅读后下载，感谢您的使用！
它的最大缺点是不稳定，易发生阴极漂移。第二种系统称为IPG-DALT，主要是采用丙烯酰胺和不同的pH值的固定化电解质共聚所形成的具有pH梯度的IPG胶。第三种系统是非平衡pH 梯度电泳,，常常被用来分离碱性蛋白质。
蛋白质被分离以后用考马斯亮蓝染色、银染、荧光染色或放射性标记等方法显示。其中银染方法非常灵敏,蛋白质分辨率可以达ng 级。由于双向电泳利用了蛋白质两个彼此不相关的重要性质分离，其分辨率非常高。一般一块蛋白质双向电泳凝胶能分离到 1000-3000 个蛋白质样点,最好的胶可以分离得到10000个以上蛋白质样点。并且不同实验室之间的实验结果已经能够相互比较。
2.2生物质谱技术(Mass Spectrometry)
双向电泳分离到的蛋白质往往是数目多、量少。生物质谱技术以其极高的灵敏度和对结果迅速的获得使它正成为蛋白质鉴定分析的主要支撑技术，它是把样品分子离子化后，根据不同离子间的荷质比( m/ z)的差异来分离并确定相对分子量。应用生物质谱技术鉴定蛋白质主要是根据蛋白质酶解后的肽质量指纹谱和肽序列信息去搜索蛋白质或核酸序列库。
电泳分离后凝胶上的蛋白质,需先用适当的蛋白内切酶切成肤段，再用质谱鉴定。凝胶内切酶灵敏度高 ，是当前广泛采用的样品制备方法。最常用的蛋白内切酶是胰蛋白酶，它在蛋白质主链上精氨酸和赖氨酸残基的C端进行切割，灵敏度可达125fmol，而印记方法仅为0.5pmol。
2.2.1 肽质量指纹谱
蛋白质直接从双向电泳凝胶上切下或印迹到PVDF膜上并切下，经过原位酶解得到酶解肽段，然后用质谱得到这些肽段的精确质量，即获得了肽质量指纹谱。由于每种蛋白质氨基酸序列都不同，当蛋白质被酶解后，产生的肽片段序列也不同，其肽混合物质量数即具一定特征性。用实测的肽段质量去查找蛋白质和核酸序列库,结合适当的计算机算法，可鉴定蛋白质。此外，根据肽段质量数变化，可对基因产生的插入、缺失、突变进行对比分析。
当前，蛋白质的肽质量指纹谱测定常用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术。精度可达0.1个质量单位，灵敏度可以达到分解亚皮摩尔量的蛋白质,并且分析时间短，只需几分钟。
2.2.2 质谱测肽序列信息鉴定蛋白质
肽序列信息一般用串联质谱测得。液相分离的肽段经在线连接的电喷雾质谱仪检测，质
3 / 8
蛋白质组学相关概念与技术及其研究进展
