蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)摘要：蛋白質(zhì)組學(xué)是繼基因組測(cè)序計(jì)劃后崛起的一門新興學(xué)科，逐漸成為后基因組時(shí)代的研究前沿和熱點(diǎn)領(lǐng)域。作為2l世紀(jì)的核心學(xué)科之一，其研究技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。本文綜述了蛋白質(zhì)組學(xué)的研究技術(shù)。關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì)組學(xué)；蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)1994年澳大利亞科學(xué)家Marc Wilkins1提出蛋白質(zhì)組的概念，指的是一個(gè)基因組所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)是指應(yīng)用各種技術(shù)手段來研究蛋白質(zhì)組的一門新興科學(xué)，其目的是從整體的角度分析細(xì)胞內(nèi)動(dòng)態(tài)變化的蛋白質(zhì)組成成分、表達(dá)水平與修飾狀態(tài)，了解蛋白質(zhì)之間的相互作用與聯(lián)系，揭示蛋白質(zhì)功能與細(xì)胞生命活動(dòng)規(guī)律。隨

2、著蛋白質(zhì)組學(xué)的問世，蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)也已被應(yīng)用到各種生命科學(xué)領(lǐng)域，且不斷發(fā)展成熟。蛋白質(zhì)組的研究能為生命活動(dòng)規(guī)律提供基礎(chǔ)，本文就蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)作一綜述。1 蛋白質(zhì)樣品制備技術(shù)樣品制備是蛋白質(zhì)組分析成功與否的關(guān)鍵，必須具有良好的重復(fù)性，同時(shí)需與后續(xù)的蛋白質(zhì)分離和鑒定方法相匹配2。目前常用的樣品制備技術(shù)有液相等電聚焦、亞細(xì)胞分級(jí)、吸附色譜、連續(xù)多步提取方法等3。激光捕獲顯微切割技術(shù)是上世紀(jì)末期發(fā)展起來的新技術(shù)。利用激光切割組織，能高效地從復(fù)合組織中特異性地分離出單個(gè)細(xì)胞或單一類型細(xì)胞群，顯著提高樣本的均一性。2 蛋白質(zhì)分離技術(shù)21雙向凝膠電泳(2-DE) 雙向凝膠電泳的原理是第一向基于蛋白質(zhì)

3、的等電點(diǎn)不同用等電聚焦分離，第二向則按分子量的不同用SDS-PAGE分離，把復(fù)雜蛋白混合物中的蛋白質(zhì)在二維平面上分開。近年來經(jīng)過多方面改進(jìn)已成為研究蛋白質(zhì)組的最有使用價(jià)值的核心方法。22差異凝膠電泳(DIGE)雙向凝膠電泳是蛋白質(zhì)組分離技術(shù)中的經(jīng)典技術(shù)。但其繁瑣、不穩(wěn)定和低靈敏度等缺點(diǎn)阻礙蛋門質(zhì)組學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展；提高雙向凝膠電泳的分離容量、靈敏度和分辨率以及對(duì)蛋白質(zhì)差異表達(dá)的準(zhǔn)確檢測(cè)是目前雙向凝膠電泳技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。DIGE是一種標(biāo)記分離蛋白技術(shù)，其方法是將兩種或多種樣品中的蛋白質(zhì)采用不同的熒光標(biāo)記后混合，在同一凝膠內(nèi)進(jìn)行電泳做定量蛋白質(zhì)組分析。DIGE是以質(zhì)譜為基礎(chǔ)的選擇性定量分析法，在

4、一些領(lǐng)域中能夠克服質(zhì)譜的缺陷，例如，對(duì)蛋白質(zhì)作完整的分析。DIGE不僅能檢測(cè)到高豐度蛋白，且極大地提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性和重復(fù)性4。當(dāng)前，還有二維色譜(2DLC)、二維毛細(xì)管電泳(2DCE)、液相色譜-毛細(xì)管電泳(LCCE)等新型分離技術(shù)。3 蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)31 氨基酸組成分析氨基酸組成分析法可提供蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)信息，耗資低，但速度較慢，所需蛋白質(zhì)或肽的量較大，在超微量分析中受到限制；且存在酸性水解不徹底或部分降解而致氨基酸變異的缺點(diǎn)，故應(yīng)結(jié)合蛋白質(zhì)的其它屬性鑒定。32 生物質(zhì)譜鑒定技術(shù)生物質(zhì)譜鑒定技術(shù)已成為蛋白質(zhì)組研究中主要的蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)5-6，具有高靈敏度、高分辨率、動(dòng)態(tài)范圍廣、可應(yīng)

5、用于所有的生命科學(xué)領(lǐng)域等優(yōu)點(diǎn)7。其基本原理是帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度和軌跡依粒子的質(zhì)量與攜帶電荷比的不同而變化，從而可以據(jù)其來判斷粒子的質(zhì)量及特性8。目前常用的質(zhì)譜主要有兩種：電噴霧質(zhì)譜和基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜；當(dāng)然，要精確鑒定某一蛋白質(zhì)，通常要聯(lián)合幾種技術(shù)。以質(zhì)譜技術(shù)為核心，開發(fā)出質(zhì)譜鳥槍法(shot-gun)、毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜聯(lián)用等新技術(shù)直接鑒定全蛋白質(zhì)組分9-10。33 蛋白質(zhì)芯片技術(shù)蛋白質(zhì)芯片技術(shù)11的出現(xiàn)給蛋白質(zhì)組學(xué)的研究帶來了新思路。它是用于分析蛋白質(zhì)功能及相互作用的生物芯片。待分析樣品中的生物分子與蛋白質(zhì)芯片的探針分子雜交或相互作用或用其他分離方式分離后，用激光共聚焦

6、顯微掃描儀檢測(cè)和分析雜交信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)高通量檢測(cè)多肽、蛋白質(zhì)及其他生物成分的活性、種類和相互作用。此技術(shù)快速、操作簡(jiǎn)便、樣品用量少，可平行檢測(cè)多個(gè)樣品，可直接檢測(cè)不經(jīng)處理的各種體液和分泌物等。在蛋白質(zhì)組學(xué)研究中較目前用的常規(guī)方法有明顯優(yōu)勢(shì)12。4 蛋白質(zhì)間相互作用技術(shù)蛋白質(zhì)間相互作用是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)和特征。目前主要的研究方法有以下幾種。41 酵母雙雜交系統(tǒng)酵母雙雜交系統(tǒng)是在真核模式生物酵母中進(jìn)行的，靈敏度很高。目前此技術(shù)不但可用于體內(nèi)檢驗(yàn)蛋白質(zhì)之間，蛋白質(zhì)與小分子肽、DNA、RNA之間的相互作用，而且能用于發(fā)現(xiàn)新的功能蛋白質(zhì)，研究蛋白質(zhì)的功能，對(duì)于認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)組特定代謝途徑中的蛋白質(zhì)相互作用

7、關(guān)系網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮了重要作用。這種技術(shù)可用于研究大量蛋白質(zhì)間的相互作用，易自動(dòng)化、高通量，但存在假陽性和假陰性現(xiàn)象。酵母雙雜交系統(tǒng)提供的蛋白質(zhì)之間可能的相互作用信息，還需通過進(jìn)一步的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)確定和排除。42 噬菌體展示技術(shù)主要是在編碼噬菌體外殼蛋白質(zhì)基因上連接一單克隆抗體基因序列。噬菌體生長(zhǎng)時(shí)表面會(huì)表達(dá)出相應(yīng)單抗，噬菌體過柱時(shí)，如柱上含有目的蛋白質(zhì)，則可特異性地結(jié)合相應(yīng)抗體。該技術(shù)具有高通量及簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，與酵母雙雜交技術(shù)互為補(bǔ)充，彌補(bǔ)了酵母雙雜交技術(shù)的一些限制。缺陷是噬菌體文庫(kù)中的編碼蛋白均為融合蛋白，可能改變天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，體外檢測(cè)的相互作用可能與體內(nèi)不符13。43 串聯(lián)親和純化(TA

8、P) 利用一種經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的蛋白標(biāo)簽，經(jīng)過兩步連續(xù)親和純化，獲得更接近自然狀態(tài)的特定蛋白復(fù)合物。TAP技術(shù)可在低濃度下富集目的蛋白，得到的產(chǎn)物可用于活性檢測(cè)及結(jié)構(gòu)分析。因其高特異性和選擇性可減小復(fù)雜蛋白質(zhì)組分離的復(fù)雜性。 TAP技術(shù)的開發(fā)是研究蛋白質(zhì)相互作用方法學(xué)上的巨大突破。該方法集成了經(jīng)典的親和純化和免疫共沉淀兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可快速得到生理?xiàng)l件下與目標(biāo)蛋白真實(shí)相互作用蛋白質(zhì)的特點(diǎn)。這些分離技術(shù)與2-DE相互補(bǔ)充或不同分離模式組合，將成為蛋白質(zhì)組學(xué)高通量分析的重要工具14。44 表面等離子共振技術(shù)(SPR) 為研究蛋白質(zhì)之間相互作用的全新手段。典型代表是瑞典BIACORE的單元蛋白質(zhì)芯片。S

9、PR技術(shù)的特點(diǎn)是檢測(cè)快速、安全，不需標(biāo)記物或染料，靈敏度高。除用于檢測(cè)蛋白質(zhì)之間的相互作用外，還可用于檢測(cè)蛋白質(zhì)與核酸及其他生物大分子之間的相互作用，并且能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)反應(yīng)過程。因此，SPR技術(shù)在檢測(cè)生物大分子特異性相互作用上比傳統(tǒng)方法更具優(yōu)勢(shì)。5 蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù),由于蛋白質(zhì)組比基因組有著更大的復(fù)雜性，因而蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)研究有著更大的必要性和復(fù)雜性。蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)的研究?jī)?nèi)容主要包括大量蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)信息的產(chǎn)生，對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理，以及結(jié)果的分析和發(fā)布等。一些主要的數(shù)據(jù)庫(kù)有SWISS - PROT、TrEMBL、PIR 等15，另外還有一些二維

10、膠的數(shù)據(jù)庫(kù)和蛋白質(zhì)相互作用的數(shù)據(jù)庫(kù)等。蛋白質(zhì)組研究的整個(gè)過程實(shí)際上都與生物信息學(xué)密切相關(guān)，無論是雙向電泳圖譜的分析，還是質(zhì)譜數(shù)據(jù)的解析，尤其是最終蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，實(shí)驗(yàn)室間的相互比較，都依賴于生物信息學(xué)的建立和發(fā)展。綜上所述，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)研究逐漸成為當(dāng)前生命科學(xué)中的前沿?zé)狳c(diǎn)，相關(guān)研究技術(shù)也在不斷成熟，其受重視的程度和進(jìn)展顯而易見。有理由相信，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)的不斷進(jìn)步，蛋白質(zhì)組學(xué)研究必將為疾病預(yù)防、早期診斷與有效治療帶來新的希望。參考文獻(xiàn)1 WasingerV C, Cordwell S J , Cerpa-poljak A, et a1. Progress with gene-p

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