生物有機(jī)體的生理活動(dòng)
1.蛋白質(zhì)組學(xué)的定義及研究?jī)?nèi)容
蛋白質(zhì)組學(xué)(Proteomics)是研究在特定時(shí)間或環(huán)境下某個(gè)細(xì)胞或某種組織的基因組表達(dá)的全部蛋白質(zhì)
蛋白質(zhì)組學(xué)分為表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)和細(xì)胞圖譜蛋白質(zhì)組學(xué)
。前者利用各種先進(jìn)技術(shù)研究蛋白質(zhì)表達(dá)的整體變化,即研究在機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育、疾病和死亡的不同階段中,細(xì)胞與組織的蛋白質(zhì)組分的變化;后者主要通過(guò)分離蛋白質(zhì)復(fù)合物系統(tǒng)地研究蛋白質(zhì)間的相互作用。2.蛋白質(zhì)組與基因組的關(guān)系
基因是遺傳信息的攜帶者
,蛋白質(zhì)則是生命活動(dòng)的執(zhí)行者。實(shí)際上每一種生命運(yùn)動(dòng)形式,都是特定蛋白質(zhì)群體在不同時(shí)間和空間出現(xiàn)并發(fā)揮功能的結(jié)果。因而蛋白質(zhì)組研究是我們理解細(xì)胞功能和疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程的中心環(huán)節(jié)。如果不能共同致力于蛋白質(zhì)組的研究,那么基因組的研究成果將無(wú)法兌現(xiàn)。DNA序列所提供的信息僅僅是一種靜止的資源,而細(xì)胞的生命活動(dòng)是通過(guò)各種蛋白質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種動(dòng)態(tài)過(guò)程
人類基因組測(cè)序成功為蛋白組研究奠定了良好基礎(chǔ)。例如
3.蛋白質(zhì)組的研究方法
蛋白質(zhì)組研究需要有足夠的技術(shù)支撐,如質(zhì)譜分析(MS)
3.1 雙向凝膠電泳 雙向凝膠電泳(two-dimensionalpolycacrylamidegelelectrophoresis
雙向凝膠電泳不僅用于蛋白質(zhì)的分離,同時(shí)也用于蛋白質(zhì)的純化
雙向凝膠電泳技術(shù)存在的問(wèn)題是不易分離極酸或極堿、極大(>200kD)或極小(
法
3.2 “雙向”高效柱層析 “雙向”高效柱層析原理:第一向用分子篩柱層析,按蛋白質(zhì)不同分子量進(jìn)行分離
雙向高效柱層析的優(yōu)點(diǎn):(1)可分離得到較多的蛋白量以供鑒定;(2)可與質(zhì)譜分析聯(lián)用
3.3 氨基酸組成分析 氨基酸組成分析可提供蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)信息。原理是用酸水解蛋白質(zhì)
3.4?div id="m50uktp" class="box-center"> 。?或N-端氨基酸序列分析?div id="m50uktp" class="box-center"> 。?端氨基酸序列分析常用Edman降解法測(cè)定蛋白質(zhì)N端氨基酸序列,C端氨基酸序列分析常用羧肽酶法
N-端4個(gè)氨基酸殘基序列即可鑒定43%~83%蛋白質(zhì)
3.5 質(zhì)譜分析 以往MS僅用于小分子揮發(fā)物質(zhì)的分析
質(zhì)譜技術(shù)主要用于檢測(cè)雙向凝膠電泳或“雙向”高效柱層析分離所得的蛋白質(zhì)及酶解所得的多肽的質(zhì)量
近年來(lái)
,串聯(lián)質(zhì)譜分析儀發(fā)展迅猛,其數(shù)據(jù)采集方面的自動(dòng)化程度、檢測(cè)的敏感性及效率都大大提高,大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)和一些分析軟件(如:SEQUEST)的應(yīng)用使得串聯(lián)質(zhì)譜分析儀可以進(jìn)行更大規(guī)模的測(cè)序工作。目前,利用2D電泳及MS技術(shù)對(duì)整個(gè)酵母細(xì)胞裂解產(chǎn)物進(jìn)行分析,已經(jīng)鑒定出1484種蛋白質(zhì),包括完整的膜蛋白和低豐度的蛋白質(zhì)。3.6 酵母雙雜交系統(tǒng) 對(duì)于研究蛋白質(zhì)間的相互作用
,酵母雙雜交系統(tǒng)是非常有力的工具。其基本原理是:由于所有真核生物轉(zhuǎn)錄激活因子都由兩部分獨(dú)立的功能域組成,即DNA結(jié)合功能域(DNABD)和激活功能域(AD)。DNABD的作用是與特異的啟動(dòng)子結(jié)合,AD的作用是引導(dǎo)RNA聚合酶Ⅱ復(fù)合物,兩者靠近并協(xié)同作用,才能使DNA結(jié)合位點(diǎn)下游的基因得以轉(zhuǎn)錄為了大規(guī)模高通量研究蛋白間的相互作用
該方法的應(yīng)用模式有兩種:一種是微陣列模式,即先將第一類酵母菌(表達(dá)已知蛋白-DNABD融合蛋白)克隆在陣列的柵狀網(wǎng)孔內(nèi)
最近,從酵母雙雜交系統(tǒng)衍生出一種新的方法
,稱為“反向雙雜交”,主要用于鑒定可以干擾蛋白質(zhì)間相互作用的化合物和多肽。與傳統(tǒng)方式不同,這種方法可以用于開(kāi)發(fā)在體內(nèi)具有活性的藥物。此外,酵母雙雜交系統(tǒng)的作用已經(jīng)擴(kuò)展至對(duì)蛋白質(zhì)的鑒定,通過(guò)這種方法已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與酵母菌mRNA剪接相關(guān)的15種蛋白質(zhì),以及噬菌體T7的55種蛋白質(zhì)、痘苗病毒的226種蛋白質(zhì)、釀酒酵母的5345種蛋白質(zhì)。酵母雙雜交系統(tǒng)提供的蛋白質(zhì)間可能的相互作用的信息,還需通過(guò)進(jìn)一步的生物化學(xué)試驗(yàn)加以確定和排除。3.7 微陣列技術(shù) 嚴(yán)格的講
,DNA微陣列技術(shù)并非蛋白質(zhì)組技術(shù)的范疇,但是卻不失為大規(guī)模研究蛋白質(zhì)功能的一種好方法。通常在轉(zhuǎn)錄中受到協(xié)同調(diào)控的基因?qū)⒕幋a同種功能的蛋白質(zhì),如果某一段DNA序列與已知功能的DNA序列在很大程度上相同,說(shuō)明它們編碼的蛋白質(zhì)的功能也可能相同,例如酵母細(xì)胞中與細(xì)胞分裂周期和芽孢形成相關(guān)的基因可能編碼功能相同的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)陣列技術(shù)已經(jīng)發(fā)展起來(lái),蛋白質(zhì)樣品以納升小滴共價(jià)吸附在玻璃
、硅、塑料等載物片上,每一個(gè)載物片可以點(diǎn)10000個(gè)樣品,可用于鑒定一個(gè)生物有機(jī)體的全部修飾酶。例如:蛋白質(zhì)微陣列技術(shù)已經(jīng)檢測(cè)出酵母中近乎全套的蛋白激酶。3.8 生物信息學(xué) 蛋白質(zhì)組的研究要求有自動(dòng)化處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的工具
,從而促使生物信息學(xué)迅速發(fā)展。目前許多與蛋白質(zhì)組相關(guān)的軟件可通過(guò)與EXPASY蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)器鏈接而獲得(www.expasy.ch/www/tools.html),這些軟件可用于鑒定蛋白質(zhì)的種類,分析蛋白質(zhì)的理化特性4.蛋白質(zhì)組學(xué)與疾病
蛋白質(zhì)組學(xué)可以讓我們對(duì)人類疾病的發(fā)病機(jī)制有更加清楚的認(rèn)識(shí)
。在基因水平檢測(cè)基因的突變和多態(tài)性,在蛋白質(zhì)水平分析健康及病變組織不同水平的基因表達(dá),對(duì)于疾病的發(fā)病機(jī)制的研究二者均具有重要意義,但對(duì)于疾病的診斷治療方面后者更為重要。正常及患病個(gè)體的組織、體液中的蛋白質(zhì)分布、特征及差異都是將蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)應(yīng)用于分子診斷學(xué)的基礎(chǔ)。例如:骨髓瘤患者尿液中沉淀物BenceJones蛋白、抗上皮細(xì)胞腫瘤特異性抗體、病變肝細(xì)胞中的p53蛋白均可以作為腫瘤的標(biāo)記,用于腫瘤的診斷。目前,應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)已發(fā)現(xiàn)許多與癌癥相關(guān)的異常糖基化的蛋白質(zhì),但將這些研究結(jié)果應(yīng)用于臨床診斷其價(jià)值尚待評(píng)估。到目前為止
,心功能障礙的發(fā)病機(jī)制仍未闡明。如果用蛋白質(zhì)組學(xué)的研究方法分析心肌蛋白質(zhì)表達(dá)的變化,將為闡明心臟疾病相關(guān)的細(xì)胞病變機(jī)制提供新的思路,也將有助于發(fā)現(xiàn)新的診斷標(biāo)記、治療方法。人類心臟蛋白質(zhì)聯(lián)合二維電泳數(shù)據(jù)庫(kù)(www.expasy.ch/chzd/zdindex.html)已建立,目前已鑒定幾百種心臟蛋白質(zhì)。對(duì)于感染性疾病而言
,由于許多微生物的部分或全部基因組的測(cè)序工作已經(jīng)完成,這將有助于鑒定該微生物所產(chǎn)生的全部蛋白質(zhì),以尋找新的診斷標(biāo)記,尋找用作疫苗的抗原及毒力決定簇等。5.蛋白質(zhì)組與藥物開(kāi)發(fā)
藥物作用的靶標(biāo)多為蛋白質(zhì)。如何發(fā)現(xiàn)更多的藥物作用的靶蛋白是藥品開(kāi)發(fā)面臨的主要挑戰(zhàn)
。蛋白質(zhì)組研究能發(fā)現(xiàn)那些在健康人組織細(xì)胞中正常表達(dá)或不存在,而在患者組織細(xì)胞中異常表達(dá)或出現(xiàn)的蛋白質(zhì),為藥品開(kāi)發(fā)提供新的藥物靶標(biāo)除了藥物作用的靶蛋白的選擇外,觀察藥物對(duì)靶蛋白的作用及藥物毒性的研究也同樣重要。在這一研究領(lǐng)域中
蛋白質(zhì)組學(xué)正日漸走向成熟。相信對(duì)于未來(lái)醫(yī)學(xué)的發(fā)展
,無(wú)論是基礎(chǔ)、臨床研究,還是藥物開(kāi)發(fā)本文地址:http://www.mcys1996.com/zhongyizatan/69412.html.
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