蛋白质分析与蛋白质组学 (2)精选PPT.ppt
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1、关于蛋白质分析与蛋白质组学(2)第1页,讲稿共71张,创作于星期三主要内容主要内容第一节 引言第二节 蛋白质分析方法第三节 蛋白质组学数据的获取与分析 第2页,讲稿共71张,创作于星期三 蛋白质组(proteome)源于蛋白质(protein)与基因组(genome)两个字的结合,意指“一种基因组所表达的全套蛋白质”,即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质。蛋白质组学(proteomics),是以细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式作为研究对象,注重研究参与特定生理或病理状态的所有蛋白质种类及其与周围环境(分子)的关系。第一节第一节 引引 言言第3页,讲稿共71张,创作于星期三蛋白质组学研
2、究的策略蛋白质组学研究的策略:蛋白质组学研究试图比较细胞在不同生理或病理条件下蛋白质表达的异同,对相关蛋白质进行分类和鉴定,并分析蛋白质间的相互作用和功能。1.一种称为“竭泽法”,即采用高通量的蛋白质组研究技术分析生物体内尽可能多乃至接近所有的蛋白质。2.另一种策略称为“功能法”,即研究不同时期细胞蛋白质组成的变化,如蛋白质在不同环境下的差异表达,以发现有差异的蛋白质种类为主要目标。第4页,讲稿共71张,创作于星期三蛋白质组学的研究范围蛋白质组学的研究范围:一种是“完全”蛋白质组学或表达蛋白质组学(expression proteomics),主要分析构成蛋白质组蛋白质的种类和数量,并以此来探
3、讨细胞、组织、个体或特定状态的特征。另一种是“差异”蛋白质组学或功能蛋白质组学,主要筛选和鉴定不同种类或状态下各样品间蛋白质组的区别与变化,通过分析蛋白质组中构成蛋白质间相互作用及细胞内功能单位,解析蛋白质组与细胞功能之间的相关性。第5页,讲稿共71张,创作于星期三功能蛋白质组学功能蛋白质组学(functional proteomics)”研究细胞或个体在某一特定时间所表达或与某个功能相关的蛋白质集合体。功能蛋白质组学功能蛋白质组学能够在细胞和生命有机体的整体水平上阐明生命现象的本质和活动规律。功能蛋白质组学功能蛋白质组学的研究可为食品改造、疫苗开发和生物制药等提供重要依据。功能蛋白质组学功能
4、蛋白质组学已成为后基因组的重要组成部分。第6页,讲稿共71张,创作于星期三主要研究内容主要研究内容:1.蛋白质组的组成成分,即蛋白质组的表达模式(expression profile)2.蛋白质翻译后修饰3.蛋白质-蛋白质相互作用第7页,讲稿共71张,创作于星期三一、蛋白质的指纹特征二、蛋白质的定位、修饰三、蛋白质分析软件与数据库第二节第二节 蛋白质分析方法蛋白质分析方法第8页,讲稿共71张,创作于星期三一、蛋白质的指纹特征一、蛋白质的指纹特征1.蛋白质的指纹即肽质量指纹谱具有特征性 由于每种蛋白质的氨基酸序列(一级结构)都不同,蛋白质被识别特异酶切位点的蛋白酶水解后,产生的肽片段序列也各不相
5、同,其肽混合物质量数亦具有特征性,称为肽质量指纹谱(peptide mass fingerprinting,PMF),即蛋白质的指纹特征。第9页,讲稿共71张,创作于星期三一、蛋白质的指纹特征一、蛋白质的指纹特征2.肽质量指纹谱是鉴定蛋白质的常用参数 质谱指纹分析需要经过蛋白质原位酶解(包括蛋白质凝胶的脱色、还原和烷基化、酶解、萃取及合并萃取液冻干后进行质谱分析)、MALDI-TOF肽质量指纹图测定(包括蛋白样品脱盐及制备、质谱仪进行肽质量指纹图测定)及蛋白质鉴定数据库搜寻等三个步骤。第10页,讲稿共71张,创作于星期三一、蛋白质的指纹特征一、蛋白质的指纹特征3.肽质量指纹谱可用作其他测定参数
6、 测定不同物种间的保留特性,从而推断分子的功能。由生物多样性和进化上远离引起的氨基酸残基取代,显示了蛋白中的特征功能区。在一个蛋白消解物中,用来检测在化学或酶处理前后的“非匹配”(即和预测片段不符)的肽,从而表征蛋白的修饰。第11页,讲稿共71张,创作于星期三二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰 蛋白质功能模式的研究是蛋白质组研究的最终目标,其主要研究目标是要揭示蛋白质组成员间的相互作用、相互协调的关系,并深入了解蛋白质的结构与功能的相互关系,以及基因结构与蛋白质结构功能的关系。蛋白质定位、蛋白质翻译后修饰及蛋白质-蛋白质相互作用都是目前其研究的重要内容。第12页,讲稿共71张,创作于
7、星期三蛋白质的定位蛋白质的定位1.蛋白质的定位基于十二类亚细胞结构 蛋白质在细胞内的定位主要基于12类亚细胞的分类数据库(来自SwissProt):细胞膜、细胞质基质、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、线粒体、叶绿体、细胞骨架、液泡、细胞核、细胞外基质。二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰第13页,讲稿共71张,创作于星期三2.蛋白质在细胞内合成后的转运与定位有两种机制 翻译后转运(post-translational translocation)共翻译转运(co-translational translocation)二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的定位蛋白
8、质的定位第14页,讲稿共71张,创作于星期三3.生物信息学预测亚细胞定位 构建可靠的数据库,对蛋白质的亚细胞定位进行分析与预测,能加速蛋白质亚细胞定位的研究。综合数据库(SwissProt、MIPS等)模式生物数据库 专门的亚细胞定位数据库 二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的定位蛋白质的定位第15页,讲稿共71张,创作于星期三4.蛋白质信息的提取是亚细胞定位预测的基本步骤 二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质分选信号 蛋白质序列的氨基酸组分 蛋白质的功能域信息 序列比对信息 GO注释信息 氨基酸物理化学性质 混合性特征参数 蛋白质的定位蛋白质的定位第16页,讲稿
9、共71张,创作于星期三 蛋白质翻译后修饰(post-translational modification,PTM),即是指蛋白质在翻译中或翻译后会在个别氨基酸链上共价结合各种非肽类基团,形成翻译后修饰。蛋白质翻译后修饰在体内是一个动态的变化过程,有效探明细胞和组织内蛋白质修饰谱的“翻译后修饰蛋白质组学”成为当今功能蛋白质组学研究的重要内容。二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的修饰蛋白质的修饰第17页,讲稿共71张,创作于星期三1.蛋白质的翻译后修饰是蛋白质行使正常生理功能所必需的 蛋白质翻译后修饰过程使蛋白质结构更为复杂,功能更为完善,调节更为精细,作用更为专一。常见的蛋白质翻
10、译后修饰类型:磷酸化、糖基化、甲基化、泛素化、脂基化等。二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的修饰蛋白质的修饰第18页,讲稿共71张,创作于星期三二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的修饰蛋白质的修饰2.质谱是鉴定蛋白质翻译后修饰的重要方法 蛋白质翻译后的修饰的解析主要采用电喷雾(ESI)和基质辅助激光解吸电离(MALDI)两种质谱技术。质谱主要通过质量偏移(mass shift)来识别翻译后修饰蛋白。第19页,讲稿共71张,创作于星期三3.基于质谱数据鉴定翻译后修饰的结果分析采用数据库搜索法 由质谱数据鉴定翻译后修饰肽段的主要方法分为两大类:数据库搜索法(data
11、base searching)和从头测序法(DeNovo sequencing)。常用的数据库搜索法有SEQUEST、Mascot、X!Tandem、MS-Align等。二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的修饰蛋白质的修饰第20页,讲稿共71张,创作于星期三4.生物信息学预测和鉴定方法有助于蛋白质翻译后修饰的研究 生物信息方法的介入,能够从序列和质谱两个角度帮助大规模鉴定翻译后修饰,有助于翻译后修饰蛋白质组学研究的迅速发展。二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的修饰蛋白质的修饰第21页,讲稿共71张,创作于星期三5.基于序列法是预测蛋白质翻译后修饰的重要生物信息学
12、方法 同类翻译后修饰位点周围的片段往往都具有很强的序列保守性,通过对常见翻译后修饰的数据的收集,及对发生同类修饰的蛋白序列特征的研究如保守motif,从而能够基于序列预测翻译后修饰。二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的修饰蛋白质的修饰第22页,讲稿共71张,创作于星期三1.蛋白质相互作用是细胞进行一切代谢活动的基础 生命的基本过程就是不同功能蛋白质在时空上有序和协同作用的结果。细胞各种重要的生理过程,包括信号转导、细胞对外界环境及内环境变化的反应等,都是以蛋白之间相互作用为纽带,并形成网络。二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的相互作用蛋白质的相互作用第23页,讲
13、稿共71张,创作于星期三2.蛋白质的特定结构域是介导蛋白质-蛋白质间相互作用的基础 典型蛋白质相互作用的结构域是一个具有结合专一性的独立折叠元件,可以插入新的蛋白质中并保留结合靶部位的能力。它们的相互作用多是通过 2个多肽表面几何构型和静电力而相互连接。二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的相互作用蛋白质的相互作用第24页,讲稿共71张,创作于星期三3.实验方法是鉴定蛋白质-蛋白质间的相互作用的主要方法酵母双杂交系统噬菌体表面展示技术蛋白质亲和色谱表面等离子共振技术荧光共振能量转移技术二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的相互作用蛋白质的相互作用第25页,讲稿共71
14、张,创作于星期三抗体与蛋白质阵列技术免疫共沉淀技术Pull-down技术 亲和印迹化学交联技术蛋白质探针技术基于质谱的蛋白质相互作用研究方法 二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的相互作用蛋白质的相互作用第26页,讲稿共71张,创作于星期三4.生物信息学是蛋白质相互作用研究的有力工具,蛋白质相互作用数据库是预测蛋白质间相互作用的基础 使用最广泛、数据信息最完善的人类相关的蛋白质相互作用公共数据库有:BIND,DIP,IntAct,HPRD,MINT,MIPS二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的相互作用蛋白质的相互作用第27页,讲稿共71张,创作于星期三5.预测蛋白
15、质相互作用的生物信息学算法基于基因组信息的预测方法 基于进化信息的方法 基于蛋白质一级结构的从头预测方法 需要三维结构信息的方法 二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的相互作用蛋白质的相互作用第28页,讲稿共71张,创作于星期三6.蛋白质相互作用网络的构建是研究蛋白质相互作用的最终目标 蛋白质网络可以显示蛋白质从细胞表面到细胞核的一系列变化过程,揭示参与该过程的一系列生物学事件和作用因子,提示某一过程的中断或变化可能导致的生物学后果等。二、蛋白质的定位、修饰二、蛋白质的定位、修饰蛋白质的相互作用蛋白质的相互作用第29页,讲稿共71张,创作于星期三蛋白质的分析通常是指对未知或已知蛋
16、白质结构及功能的预测与解析。对蛋白质的分析基于蛋白质数据库的信息。与蛋白质分析有关的主要有蛋白质一级结构序列数据库、蛋白质三维空间结构数据库等一次(级)数据库,及构建而成的具有特殊生物学意义和专门用途的蛋白质二次(级)数据库。三、蛋白质分析软件与数据库三、蛋白质分析软件与数据库第30页,讲稿共71张,创作于星期三(一)蛋白质物理特性的预测基于蛋白质的一级氨基酸序列从蛋白质序列出发,可以预测出蛋白质的许多物理性质,包括等电点、分子量、酶切特性、疏水性、电荷分布等。相关工具有:Compute pI/Mw,PeptideMass,TGREASE,SAPS等。三、蛋白质分析软件与数据库三、蛋白质分析软
17、件与数据库第31页,讲稿共71张,创作于星期三(二)蛋白质二级结构预测以已知三维结构和二级结构的蛋白质为依据 二级结构是指螺旋和折叠等规则的蛋白质局部结构元件。不同的氨基酸残基对于形成不同的二级结构元件具有不同的倾向性,这构成了进行二级结构预测的基础。二级结构预测常用方法有:nnPredict,PredictProtein,SOPMA,COILS,TMpred,SignalP等。三、蛋白质分析软件与数据库三、蛋白质分析软件与数据库第32页,讲稿共71张,创作于星期三(三)蛋白质三级结构预测是最复杂和最困难的预测技术 蛋白质结构预测最终是要从蛋白质的氨基酸序列预测出其三维空间结构。由于蛋白质的折
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