仪器教学:从基因组到蛋白质组.ppt
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1、仪器分析教学仪器分析教学从基因组到蛋白质组从基因组到蛋白质组 复旦大学遗传所复旦大学遗传所 王洪海王洪海 2009.4.10.2009.4.10.内容提要内容提要一一.人类基因组研究的意义人类基因组研究的意义二二.人类基因组研究的现状人类基因组研究的现状三三.蛋白质组研究的意义和前景蛋白质组研究的意义和前景四四.蛋白质组研究的技术路线蛋白质组研究的技术路线一一.人类基因组研究的意义人类基因组研究的意义n1986年美藉意大利科学家提出进行全基因分析,年美藉意大利科学家提出进行全基因分析,以寻找与正常人基因不同的肿瘤基因。以寻找与正常人基因不同的肿瘤基因。n1990年美国能源部和国立卫生研究院集中
2、一批年美国能源部和国立卫生研究院集中一批优秀的科学家准备投资优秀的科学家准备投资30亿美元进行为期亿美元进行为期15年年的人类基因组研究计划,对人类基因组作图和序的人类基因组研究计划,对人类基因组作图和序列分析。希望在分子水平上破译人类所有的遗传列分析。希望在分子水平上破译人类所有的遗传信息,即测定大约信息,即测定大约30亿碱基对亿碱基对DNA序列和识别序列和识别其中所有的基因(约其中所有的基因(约10万万,5万,万,4万,万,3万)。万)。人类基因组研究的意义人类基因组研究的意义人类基因组研究计划,其意义和影响,远远超过人类基因组研究计划,其意义和影响,远远超过曼哈顿计划(原子弹)和阿波罗计
3、划(登月)。曼哈顿计划(原子弹)和阿波罗计划(登月)。不仅美国、英国、法国、日本等发达国家参加了不仅美国、英国、法国、日本等发达国家参加了这项研究,就连亚洲、非洲和南美州一些发展中这项研究,就连亚洲、非洲和南美州一些发展中国家也纷纷加入这方面的研究。不仅政府部门投国家也纷纷加入这方面的研究。不仅政府部门投资进行这方面研究,而且一些大型药厂也对基因资进行这方面研究,而且一些大型药厂也对基因组计划极感兴趣,投入巨资。提前完成人基因组组计划极感兴趣,投入巨资。提前完成人基因组的测序,这样将为搞清肿瘤的发病机制,揭开人的测序,这样将为搞清肿瘤的发病机制,揭开人类衰老之谜,以及传染病的防治提供良好的对策
4、类衰老之谜,以及传染病的防治提供良好的对策。二二.人类基因组研究现状人类基因组研究现状我国在人类基因组研究方面取得了显著进展我国在人类基因组研究方面取得了显著进展:1、湖南医科大学夏家辉等湖南医科大学夏家辉等:家族性耳聋基因分析家族性耳聋基因分析.NatureGenetics1998.20(4):370-3932、上海第二医科大学陈竺等、上海第二医科大学陈竺等:白血病相关基因分析:白血病相关基因分析3、上海肿瘤所顾健人等、上海肿瘤所顾健人等:肝癌相关基因分析肝癌相关基因分析4、中科院昆明生物所褚家佑等、中科院昆明生物所褚家佑等:中华民族基因关系分析中华民族基因关系分析PNAS1998;95:1
5、1763研究现状研究现状5、复旦大学遗传所人类基因研究方面、复旦大学遗传所人类基因研究方面:发现新基因发现新基因2500确定功能的新基因确定功能的新基因250条条申请专利申请专利200项项疾病相关基因分析疾病相关基因分析Genomics6、中科院遗传所人类基因研究中心、中科院遗传所人类基因研究中心:注册承担注册承担30Mb,占全部基因的,占全部基因的1,2000.3.完成。完成。7、国家科技部人类基因研究南方中心,北方中心国家科技部人类基因研究南方中心,北方中心:希望完成希望完成1000条基因条基因,占全部的占全部的1.8、其它。、其它。微生物基因组学研究微生物基因组学研究1、痢疾杆菌全基因组
6、测序、痢疾杆菌全基因组测序北京病毒所金奇教授课题组北京病毒所金奇教授课题组2、表皮葡萄球菌全基因组测序、表皮葡萄球菌全基因组测序上海医科大学闻玉梅院士课题组上海医科大学闻玉梅院士课题组其他生物基因组学研究其他生物基因组学研究1、钩端螺旋体全基因组测序、钩端螺旋体全基因组测序2、家蚕全基因组测序、家蚕全基因组测序3、家猪全基因组测序、家猪全基因组测序人类个体化全基因组学研究人类个体化全基因组学研究1、西方白种人、西方白种人2、东方黄种人、东方黄种人3、非洲黑种人、非洲黑种人三三.蛋白质组研究的意义和前景蛋白质组研究的意义和前景(一)蛋白质组学的概念(一)蛋白质组学的概念(二)基因组和蛋白质组的比
7、较(二)基因组和蛋白质组的比较(三)意义和前景(三)意义和前景(一)蛋白质组学的概念(一)蛋白质组学的概念1、蛋白质组、蛋白质组:细胞内的全部蛋白质。细胞内的全部蛋白质。2、蛋白质组学、蛋白质组学:从定性及定量的水平上研究细胞内所有从定性及定量的水平上研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学,蛋白质及其动态变化规律的科学,是从是从更为深入的层次上去认识生命活动的规律。更为深入的层次上去认识生命活动的规律。WhatisaProteome?nTheentirePROTEinpopulationexpressedbythegenOMEofaparticularcellortissuetype.Wh
8、yareproteinsimportant?Thegenomesequencemaybetheblueprintofacell,butproteinsarethemajorbuildingblocks.(二)基因组分析和蛋白质组分析的比较(二)基因组分析和蛋白质组分析的比较 基因组基因组 蛋白质组蛋白质组 组成组成 4种碱基种碱基 20种氨基酸;翻译后加工种氨基酸;翻译后加工 组分组分 不变不变 动态变化:不同细胞动态变化:不同细胞;不同时空不同时空.分布分布 定位于染色体定位于染色体 分布于整个细胞分布于整个细胞 测序方法测序方法 简单,已完善简单,已完善 复杂:复杂:N末端已完善末端已完善
9、 C末端,发展中末端,发展中(三)意义和前景(三)意义和前景1、基因组基本上是固定不变的,即同一生物的不、基因组基本上是固定不变的,即同一生物的不同细胞中基因组基本上是一样的,人类的基因总数同细胞中基因组基本上是一样的,人类的基因总数约是约是4万个。只从基因组万个。只从基因组DNA序列尚不能回答某基序列尚不能回答某基因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰的情况、以及它们的亚细胞分布等等。这些在基因的情况、以及它们的亚细胞分布等等。这些在基因组中不能解决的问题,可望在蛋白质组研究中找到组中不能解决的问题,可望在蛋白质组研究中找到答案。因为蛋白质组
10、是动态的,有它的时空性、可答案。因为蛋白质组是动态的,有它的时空性、可调及性;进而能够在细胞和生命有机体的整体水平调及性;进而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上阐明生命现象的本质和活动规律。2、蛋白质组研究的数据与基因组数据的整合,将会、蛋白质组研究的数据与基因组数据的整合,将会在后基因组(在后基因组(post-genome)研究基因组功能研究上研究基因组功能研究上发挥重要作用。因此,蛋白质组研究可取得十分丰发挥重要作用。因此,蛋白质组研究可取得十分丰富的数据资料,能进一步带动生物信息学等现代边富的数据资料,能进一步带动生物信息学等现代边缘学科的发展;同时,也推动
11、医药产业的发展。缘学科的发展;同时,也推动医药产业的发展。3、我国目前提出人类重要疾病相关的蛋白质组学研、我国目前提出人类重要疾病相关的蛋白质组学研究,集中在蛋白质组动态变化的功能蛋白质组研究究,集中在蛋白质组动态变化的功能蛋白质组研究上,越过总蛋白质组中上,越过总蛋白质组中“全部全部”这一难点,更具实这一难点,更具实践意义。在研究许多功能蛋白质组的基础上综合起践意义。在研究许多功能蛋白质组的基础上综合起来,就能描绘出接近于来,就能描绘出接近于“全体蛋白质全体蛋白质”的蛋白质组。的蛋白质组。四四.蛋白质组研究的技术路线蛋白质组研究的技术路线(一)不同结构层次的分离(一)不同结构层次的分离(二)
12、蛋白质组学研究的基础(二)蛋白质组学研究的基础(三)质谱分析相关的技术(三)质谱分析相关的技术(一)不同结构层次的分离(一)不同结构层次的分离以阐明基因组功能为目的,蛋白质组研究以阐明基因组功能为目的,蛋白质组研究必须获得这样的信息:细胞、组织或有机必须获得这样的信息:细胞、组织或有机体内的蛋白质种类,翻译后修饰,分布,体内的蛋白质种类,翻译后修饰,分布,表达时间和表达量等。为此,蛋白质组分表达时间和表达量等。为此,蛋白质组分析首先要求分离亚细胞结构、细胞或组织析首先要求分离亚细胞结构、细胞或组织等不同生命结构层次的蛋白质。等不同生命结构层次的蛋白质。不同结构层次的分离技术不同结构层次的分离技
13、术1 1、超速离心机分离方法、超速离心机分离方法 原理:根据密度比重即分子量大小原理:根据密度比重即分子量大小 2 2、双向凝胶电泳分离技术双向凝胶电泳分离技术 原理:根据物资的等电点原理:根据物资的等电点 和分子量大小和分子量大小3 3、各类层析分离技术、各类层析分离技术 原理:根据物资的等电点原理:根据物资的等电点 和分子量大小和分子量大小1 1、超速离心机分离方法、超速离心机分离方法贝克曼超速冷冻离心机贝克曼超速冷冻离心机 主要性能:最高转速主要性能:最高转速80000RPM;最大离心力最大离心力51500g;可调温度范围;可调温度范围-30-40摄氏度;备有不摄氏度;备有不同定角转头,
14、分别适用于同定角转头,分别适用于10ml,50ml,250ml体体积样品的分离和提取。积样品的分离和提取。主要功能及应用范围:主要功能及应用范围:广泛应用于生命科学等研究广泛应用于生命科学等研究领域的样品提取和分离;领域的样品提取和分离;用于生物体细胞中的核用于生物体细胞中的核酸,蛋白,酶等的提取和分离;也可用于对所研究酸,蛋白,酶等的提取和分离;也可用于对所研究的对象如生物细胞,细菌,血清,蛋白等有机物或的对象如生物细胞,细菌,血清,蛋白等有机物或无机物的乳浊液,悬浮液,胶体样品进行分离,提无机物的乳浊液,悬浮液,胶体样品进行分离,提取,浓缩等制备工作。取,浓缩等制备工作。2 2、双向凝胶电
15、泳分离双向凝胶电泳分离技术技术为了尽可能分辨细胞或组织内所有蛋白质,为了尽可能分辨细胞或组织内所有蛋白质,目前一般采用高分辨率的双向凝胶电泳。一种目前一般采用高分辨率的双向凝胶电泳。一种正常细胞的双向电泳图谱通过扫描仪扫描并数正常细胞的双向电泳图谱通过扫描仪扫描并数字化,运用二维分析软件可对数字化的图谱进字化,运用二维分析软件可对数字化的图谱进行各种图象分析行各种图象分析(imageanalysis),包括分离,包括分离蛋白在图谱上的定位、分离蛋白的计数、图谱蛋白在图谱上的定位、分离蛋白的计数、图谱间蛋白质差异表达的检测等。一张理想的双向间蛋白质差异表达的检测等。一张理想的双向电泳图谱可成为蛋
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