收稿日期:2006-09-30
作者简介:郝会军(1977 ),男,陕西府谷人,潍坊职业学院讲师,硕士。主要研究方向:植物营养。
蛋白质组研究技术及进展
郝会军,刘 英,丁雪珍,陈美霞
(潍坊职业学院,山东 潍坊 261031)
摘 要:本文主要介绍了蛋白质组的含义以及蛋白质组研究的核心 用于分离的双向式电泳(2-DE )技术和主要的蛋白质鉴定技术包括图象分析技术、微量测序、与质谱相关的一些应用技术,同时,对蛋白质研究的新进展如双向电泳数据库和蛋白质组数据库,作简要介绍。
关键词:蛋白质组;双向凝胶电泳;蛋白质鉴定;数据库 中图分类号:O629.73
文献标识码:A
蛋白质组!由澳大利亚学者W il k i n s 和W il lia m s 等于1994年提出,指的是由基因组编码的全部蛋白质
?1#
。今后生命科学的重点将是在蛋
白质组水平上揭示生命现象的本质及活动规律。蛋白质组学就象基因组学一样,不是一个封闭的、
概念化的稳定的知识体系,而是一个领域。蛋白质组学集中于动态描述基因调节,对基因表达的蛋白质水平进行定量的测定,鉴定疾病、药物对生命过程的影响,以及解释基因表达调控的机制?2#
。作为一门科学,它是已有20年历史的蛋白质(多肽)谱和基因产物图谱技术的一种延伸。下面就蛋白质组研究的主要分析技术及最新进展作一简要综述。
1 蛋白质组研究的核心 用于分离的双向式电泳(2-DE )
蛋白质组研究的发展以双向电泳技术作为核心。双向电泳由O 'Farrells '?3#
于1975年首次建立并成功地分离了约1000个E .co li 蛋白。双向凝胶电泳的基本原理是蛋白质首先根据其等电点在p H 梯度胶中等电聚焦,然后按照它们的分子量大小进行SDS-PAGE 第二次电泳分离。目前,随着技术的飞速发展已能分离出10000个斑点?4#
。当双向电泳斑点的全面分析成为现实的时候,蛋白质组的分析变得可行。
样品制备和溶解同样事关2-DE 的成效,尽可能进行扩大其溶解度和解聚的工作,以提高分辨率是目标所在。目前,用化学和机械裂解法破碎,以尽可能溶解和解聚蛋白,两者联合有协同作
用。对I E F(isoelectr i c focusing)样品的预处理涉
及溶解、变性和还原来破坏蛋白质间的相互作用,并除去如核酸等非氮物质。理想的状态是人们应一步完成蛋白的全部处理
?5#
。近来,在 变性剂
鸡尾酒!中,含14~16个碳的碳基甘氨酸三甲内盐(ASB14-16)的裂解液效果最好?6#
。机械力被用来对蛋白分子解聚,如超声破碎
?7#
等。另外,
添加P M SF 等蛋白酶抑制剂?8#
,可保持蛋白完整
性。
2-DE 面临的挑战是高分辨率和完整性。高分辨率和重复性。高分辩率确保蛋白最大程度的分离,高重复性允许进行凝胶间配比。对2-DE 而言,有3种方法分离蛋白:1)ISO -DALT (isoe lectric focus)以O 'Farrell 's 技术为基础
?8#
。向应
用载体两性电解质(carrier a m pholyte ,C A ),在管胶内建立pH 梯度。随着聚焦时间延长,p H 梯度不稳,易产生阴极漂浮。2)NEP HGE (non-equi li b ri u m p H gradient electrophoresis)
?9#
用于分离碱
性蛋白(pH >7.0),如果聚焦达到平衡状态,碱性蛋白会离开凝胶基质而丢失。因此,在等电区域的迁移须在平衡之前完成,但很难控制。3)I PG -DALT 发展于上世纪80年代早期。由于固相p H 梯度(I m m obilized p H gradien,t I PG )
?9#
的出现
解决了p H 梯度不稳的问题。目前,可以精确制作线性、渐近性和S 型曲线,范围或宽或窄的p H 梯度。新的酸性p H 3~5或碱性p H 6~11的I PG 凝胶梯度联合商品化的pH 4~7的梯度,可以对蛋白质形成蛋白质组重叠群(pr o teo m i c conti g s)
?
46?第3卷第1期潍坊高等职业教育
V o.l 3N o .12007年3月W e ifang H igher V ocati onal Educa tion M a r .2007
进行有效分离?10#。
较早期比较,2-DE有两个主要进步:首先,极高的重复性使有机体的参考图谱,可通过Inter net获得,来比较不同组织类型、不同状态的基因表达;其次,高加样量使得2-DE成为一项真正的制备型技术。
2 主要的蛋白质鉴定技术
如果目前分离蛋白质的最好技术是2-DE,那么,随之而来挑战是成百上千个蛋白如何被鉴定。在这里,我们对传统方法,如Edm an降解法,免疫印迹法、内肽的化学测序、已知或未知蛋白的分析不作介绍。并不是因为这些方法无效,而是因为它们通常耗时、耗力,不适合高流通量的筛选。目前,所选用的技术包括对于蛋白质鉴定的图象分析、微量测序;进一步对肽片段进行鉴定的氨基酸组合分析和与质谱有关的技术。在此,限于篇幅也仅稍作介绍。
2.1图像分析技术
满天星!式的2-DE图谱分析不能依靠本能的直觉,每一个图像上斑点的上调、下调及出现、消失,都可能在生理和病理状态下产生,必须依靠计算机为基础的数据处理,进行定量分析,在一系列高质量的2-DE凝胶产生(低背景染色,高度的重复性)前提下,图像分析包括斑点检测、背景消减、斑点配比和数据库构建。
2.2微量测序
蛋白质的微量测序已成为蛋白质分析和鉴定的基石,可以提供足够的信息。近来,应用自动化的Edm an降解可产生短的N-末端序列标签,这是将质谱的序列标签要领概念用于Ed m an降解,业已成为一种强有力的蛋白质鉴定。当对Edm an 的硬件进行简单改进,以迅速产生N-末端序列标签达10~20个/天,序列标签将适于在较小的蛋白质组中进行鉴定。若联合其它的蛋白质属性,如氨基酸组份分析、肽质质量、表现蛋白质分子量、等电点,可以更加可信的鉴定蛋白质。选择BLAST程序,可与数据库相配比?11#。目前,采用一种Tag ladent的检索程序,还可以进行种间比较鉴定,又提高了其在蛋白质组研究中的作用?12#。
2.3与质谱相关的技术
质谱已成为连接蛋白质与基因的重要技术,开启了大规模自动化的蛋白质之门。质谱技术的基本原理是样品分子离子化后,根据不同离子间的质荷比(m/z)的差异来分离并确定分子量。2.3.1肽片段测定
采用串联质谱(Tande m-M S),即在第一级质谱得到肽的分子离子,选取目标肽的离子作为母离子,与惰性气体碰撞,使肽链中的肽键断裂,形成一系列离子,即N-端碎片离子系列(Y系列),将这些碎片离子系列综合分析,可得出肽段的氨基酸系列。最近,W il m等应用钠喷串联测得肽段系列?13#。在MALDI-MS方面,近年来可用源后衰变-基质辅助激光解吸质谱(post-source decay MALD I-M S,PSD-MALDI-M S)技术测得肽序列?14#。
2.3.2脂质指纹技术
脂质指纹技术(peptide m ass fi n gerpri n,t P M F)是由H enze l等人?15#于1993年提出。用酶(最常用的是胰酶)对由2-DE分离的蛋白质在胶上或在膜上于精氨酸或赖氨酸的C-末端处进行断裂,断裂所产生的精确的分子量通过质谱来测量(MALD I-TOF-M S或为ESI-MS),这一技术能够完成的肽质量可精确到0.1个分子量单位。所有的肽质量最后与数据库中理论肽质量相配比(理论肽是由实验所用的酶来断裂!蛋白所产生的)。配比的结果是按照数据库中肽片段与未知蛋白共有的肽片数目作一排行榜,冠军!肽片段可能代表一个未知蛋白。若冠军之间的肽片段存在较大差异,且这个蛋白可与实验所示的肽片段覆盖良好,则说明正确鉴定的可能性较大?16#。
3 蛋白质研究新进展
3.1双向电泳数据库和蛋白质组数据库
在蛋白质组概念提出之前,许多基于双向凝胶电泳图谱和蛋白质鉴定分析资料的数据库不断建立和完善。最近的S W I SS-2DP AGE数据库已包括来源于人类肾脏、肝脏、脑脊液、红白血病细胞株和大肠杆菌等15种双向电泳参考图?17#。该数据库还包括被鉴定蛋白的实验数据、生理和病理等信息,并与其它2-DPAGE数据库和S W I SS -PROT联接。第一个完整的蛋白质组数据库-酵母蛋白质数据(Y east Pro tein Database,YPD)已于1997年由G arre ls为首的美国麻省蛋白质组公司创建?18#。YPD包括了酵母大约6000种蛋白质(已知的和从DNA开放阅读框推测的蛋白质)的报告。对每种蛋白质的特性(如分子量、等电点)、已知蛋白的亚细胞定位、翻译后修饰、生物功能等进行描述和注解,并容纳了大量参考文献。
?
47
?
第1期郝会军,刘英,丁雪珍,陈美霞:蛋白质组研究技术及进展
最近的YPD还收录了蛋白质相互作用和基因表达调节的信息?19#。
3.2蛋白质组重叠群
一块双向电泳凝胶对复杂蛋白混合物的分辨力有限,太大的凝胶无论在电泳、操作及图像分析上都会带来很大麻烦,所期望的特殊的p H梯度范围也不易达到。H um pher y-Sm ith等创建蛋白质组重叠群来提高双向电泳的分辨力?20#。利用多块在不同p H梯度和(或)分子量上相互重叠的双向电泳图谱,结合图像分析技术拼接成一块凝胶在较窄的p H梯度和分子量范围内电泳分离蛋白,从而提高分辨力。这样,每个电泳图谱称为蛋白质表达的pI/M r窗口(pI/M r w i n do w o f prote i n expression)。蛋白质组重叠群扩大了双向电泳的p H梯度范围和分子量范围,可分辨更多的蛋白质组的组份。该方法已得到成功运用,并将p H梯度扩展到2.3~11?21,22#。
3.3双向电泳矢量图
蛋白质组研究的一个重要内容是蛋白质各种翻译后修饰的研究。运用图像分析软件,在双向电泳数据库的参考图上,蛋白质位置如果与该蛋白的理论预测位置不同,在这两个位置之间连一直线,即为该蛋白的矢量!,这样的图谱称双向电泳矢量图?23#。在矢量图上,有的蛋白质具有一个矢量,有的具有两个或多个矢量,表明可能存在多种翻译后修饰。如果对不同翻译后修饰与蛋白质双向电泳迁移位置效应关系进行大量研究,可能建立一个矢量库,从而有助于蛋白质翻译后修饰种类和程度等预测,为实验研究提供信息。
国际标准中,一些国家建立蛋白质组中心,以发挥有限财力的最大作用。如丹麦的Center for Proteo m e Ana l y sis(CP A),设立在Odense大学中;澳大利亚的Australian Proteo m e Ana lysis Facility (APAF),设立在M acquarie大学中,投资有关蛋白质组的会议也很活跃。例如,1998年6月在美国旧金山召开第二届蛋白质组会议,主要与会者除一些大学和研究所外,大部分来自各公司和药厂(如G enetech Inc.;Pr o teo m e Inc.;H off m an La-Roche;Amgen Inc.等);1998年8月在意大利召开第三届国际双向电泳会议;1999年5月在日本东京召开国际电泳会议,有双凝胶和Proteo m e and Pr o te i n Database等专题。蛋白质组研究的速度是惊人的,新的思路和技术不断涌现,不少数据库已经建立并完善。然而,蛋白质组研究仍面临许多技术问题,如低拷贝数蛋白的分离和检测,高分子量酸性蛋白质鉴定手段的开发等,都有待创新和解决。
参考文献:
[1]W as i nge r V c e t a.l E l ec trophoresis,1995,16:1090
[2]A nderson N L,A nderson N G.P ro teom e and prteo m ics: ne w techno l og ies,new concepts,and ne w wo rds.E lectropho res i s,1998,19:1853~1861
[3]O'Fa rre ll p H.H i gh reso l u tion t w o-d i m ensiona l e l ec tropho resis of pro te i ns.The T ournal o f B io l og ica l Che m i stry, 1975,250(10):4007~4021
[4]K l ose7,koba lz U.Two-di m ens i ona l e lectropho resis o f protens:an updated pro tocal and i m p licati ons for a functiona l an l ysis o f the genome.E lectropho resis,1995,16:1034~1059 [5]H u mphe ry-S m ith I,Cord w ell S J,B l ackstock W P.P ro teo m e reseach:co m ple m en tarity and li m itati ons w ith respect to the RNA and DNA wo rl ds.E lectrophoresis,1997,18: 1217~1242
[6]G o rga,Poste l w,G unt her S T he cu rrent state of t wo-d i m ensiona l e l ectrophoresis w ith i m m ob ilized p H grad ient.E lectropho res i s,1998,9:531~546
[7]U rquha rt BL,A tsa l o s TE,hu m phery-S m ith I,e t a.l
"P roteo m ic conti gs"of M ycobacter i u m tubercu l o si s and my cobacteriu m bov is(BCG)usi ng nove l i m m ob ili sed p H g rad i ents.E lectropho res i s,1994,15:1552~1558
[8]O'Fa rre ll P Z,G ood m an H M,O'F arrell P H H igh reso luti on t wo-d i m ensi ona l e lectropho resis o f basic as w e ll as a ci d ic prote i ns.Ce l,l1977,12:1133~1142
[9]B j e ll qv ist B,R ighetti P G.G o rg A J.Isoe l ec tric focus i ng in i nnobilised P H g rad i ents:pr i nc i ple,m ethodo logy and so m e app licati ons.B i oche m B i ophysM e t hods,1982,6:317 ~339
[10]U rquhart BL,A tsalos TE,humphery-S m it h I,et a.l "P roteo m ic conti gs"of M ycobacter i u m tubercu l o si s and my cobacteriu m bov is(BCG)usi ng novel i m mob ili sed p H g rad i ents.E lectropho res i s,1997,18:1384~1392
[11]W il k i ns M R,w illia m s K L,H ohstrasser D F,et a.l P ro teom e R esearch:N ew F ronti ers i n F uncti onal G eno m ics. N ew Y o rk:Spr i nger,1997
[12]G oo ley AA,O u K,L,et a.l A ro le f o r Ed m an deg ra dati on i n proteo m e st u i es.E lectropho resis,1997,18:1068 ~1072
[13]W il m M et a.l N at ure,1996,379:466
[14]K e ll ner R et a.l T echniques i n Prote i n Chem istry V I, 1995,47
(下转第71页)
?
48
?
潍坊高等职业教育2007年3月
总之,音乐教师应该根据我国高等教育的培
养目标,并借鉴国外先进的音乐美育经验,积极探索高校音乐欣赏课教学的新模式,培养大学生成为综合的高素质人才,以满足现代社会的需求。参考文献:
[1]赵枚.提高大学生音乐素质的必要性[J].黄河之声, 2004,(总218):56~57
D isc ussion on the University M usic Appreciation Teachi ng
L IW enhong
(Wei f ang College,Weifang261061,China)
Abst rct:As an i m po rtant co m ponent of aest h etic education and un i v ersity culture m usic education plays a si g n ificant r o le in the lear n i n g progress o f the vastm ajority o f co llege students,in particular for the perfection o f t h e studen ts'm ental cond iti o n.Our targeted students are m a i n l y the ones that are none-m usic m ajor students and t h e ones that are not equ i p ped w it h the basic and necessary re lated kno w ledge.The m usic teachers are al w ays striv i n g fo rm ak i n g t h e lessonsm ore interesting and v ivid as an i m portant factor of enhanc i n g the co m pre hensi v e m usic quality o f the co llege students.This d issertation sets out to i n vesti g ate and explain the deep un derstand i n gs of the m usic lessons for t h e higher educati o n through the three perspectives.That is:the teaching conten,t the teach i n g m ethods and the teachers the m se l v es.
K ey w ords:music educati o n;university;m usi c appreciation;teach i n g
(上接第48页)
[15]H enze lW J,B illeci TM,W atanae C,et a.l Identify i ng prote i ns fro m t w o-d i m ensi ona l ge ls by mo lecu lar m ass search i ng of pepti de framents in prote i n sequence da tabase. P roc N atl A cad SciU SA,1993,90:5011~5015
[16]W il k i nsM R.W illi am s K L,H chstrasse r D F,et a.l P ro teom e R esearch:N ew Fronti ers i n F uncti onal G eno m ics. N ew Y o rk:Spr i nger,1997[17]H oog l and C et a.l N uc leic A c i ds R es,1998,26(1): 332
[18]Payne W E et a.l N ucle i c A cids R es,1997,25(1):57
[19]H ocges PE et a.l N ucle i c A c i ds R es,1998,26(1):68
[20]H u m phery-S m ith I et a.l J P rot Chem,1997,16 (5):537
[21]W asi nger V C et a.l E l ectrophoresis,1997,18:1373
[22]U rquhart BL et a.l E lectropho res i s,1997,18:1384
[23]W il k i nsM R e t a.l E lec troppho res i s,1996,17:830
Researc h Technology and Progress of Proteo m e
HAO H uijun,L I U Y i ng,D I NG Xuezhen,CHEN M eixia
(Wei f ang Vocational College,Wei f ang261031,Chi n a)
Abst ract:The article introduces the Concept of Proteo m e and the m a j o r core of Pr o teo m e,such as t w o-di m ensi o na l ge l e lectrophoresis technology(2-DE)using for Separation and prote i n authenticati o n techno logy i n clud i n g t h e portrait ana l y sis techn i q ue,DNA Sequence,M ass spectro m etry etc.A s t h e sa m e ti m e,t h e data base of t w o-d i m ensional gel electrophoresis techno logy and Proteo m e are preferred.
K ey w ords:pr o teo m e;t w o-di m ensi o na l ge l e lectrophoresis;prote i n authen ticati o n;database
?
71
? 第1期李文红:谈高校音乐欣赏课的教学
蛋白质组学的应用研究进展 蛋白质组学的应用研究进展 尹稳1 伏旭2 李平1 （1. 兰州大学第二医院，兰州 730030 ；2. 兰州大学第二医院急救中心，兰州730030） 摘要：蛋白质组学（Proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织或体液中的所有蛋白质组成 及其功能的新兴学科。虽然基因决定蛋白质的水平，但是基因表达的水平并不能代表细胞内活性蛋白的水平，蛋白质组学分析是对蛋白质翻译和修饰水平等研究的一种补充，是全面了解基因组表达的一种必不可少的手段。蛋白质组学相关技术的发展极大地推动了蛋白质组学的研究进展，使其在各研究领域得到了广泛的应用。对蛋白质组学相关技术及其在各领域的应用进行了综述，最后对蛋白质组学的发展趋势和应用前景作出展望。 关键词：蛋白质组学双向凝胶电泳 质谱 生物信息学 应用现状 Application Research Progress of Proteomics （1. Lanzhou University Second Hospital，Lanzhou 730030 ；2. Department of Emergency，Lanzhou University Second Hospital，Lanzhou 730030） Abstract: Proteomics is an emerging discipline for studying proteins composition and function in a type of cell, tissue or body fluids in a large-scale, high-throughput and systematic level. While genes determine the level of protein, but the level of gene expression can not represent the intracellular reactive protein levels. Proteomic analysis is a complement to the study of translation and modification and also an indispensable tool for a comprehensive understanding of genome expression. The development of proteomic technologies has greatly promoted the progress of proteomic research, and it has been widely used in various research fields.This paper revieweded the proteomic technologies and the applications in various fields are also briefly reviewed. Finally, some future issues are presented.
蛋白质组学研究方法选择及比较 目前研究蛋白组学的主要方法有蛋白质芯片及质谱法，本文将从多方面对两种研究方法进行了解与比较； 蛋白质芯片（Protein Array） 将大量不同的蛋白质有序地排列、固定于固相载体表面，形成微阵列。利用蛋白质分子间特异性结合的原理，实现对生物蛋白质分子精准、快速、高通量的检测。 主要类型： ●夹心法芯片(Sandwich-based Array) ●标记法芯片(Label-based Array) ●定量芯片(Quantitative Array) ●半定量芯片(Semi-Quantitative Array) 质谱（Mass Spectrometry） 用电场和磁场将运动的离子按它们的质荷比分离后进行检测，测出离子准确质量并确定离子的化合物组成，即通过对样品离子质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量的一种方法。 主要类型：
●二维电泳+质谱(2D/Mass Spectrometry, MS) ●表面增强激光解吸电离飞行时间质谱(Surface-enhanced laser desorption/ionization- time of flight, SELDI) ●同位素标记相对和绝对定量(Isobaric tags for relative and absolute quantitation, iTRAQ) Protein Array or Mass Spectrometry？ 如何选择合适的研究方法？以下将从六个方面进行比较与推荐： 1.筛查蛋白组学表达差异 建议选择：RayBiotech（1000个因子的芯片）+质谱 a)不同的方法学有不同的特点：对于质谱，可以筛查到未知的蛋白，但是对于分子量大、 低丰度的蛋白质，质谱的灵敏度和准确性有一定的限制。 b)不同的方法能筛查到的目标不同：根据Proteome Analysis of Human Aqueous Humor 一文中报道，质谱筛查到的差异蛋白集中在小分子与代谢物。而用RayBiotech芯片筛查到的结果，多是集中在细胞因子、趋化、血管、生长等等。 c)质谱筛查到355个蛋白，而RayBiotech抗体芯片也筛查到328个蛋白，且用定量芯片 验证25个蛋白有差异，这些蛋白是质谱找不到的。目前RayBiotech夹心法抗体芯片已经可以检测到1000个蛋白，采用双抗夹心法，尤其是对于低丰度蛋白，有很好的灵敏度和特异性，很多的低丰度蛋白是抗体芯片可以检测出来，而质谱检测不到的，且样品不经过变性和前处理，保持天然状态的样品直接检测，对于蛋白的检测准确度高。 d)质谱的重复性一直是质谱工作者纠结的问题，不同操作者的结果，不同样品处理条件， 峰值的偏移等影响因素都会产生大的影响；RayBiotech的夹心法芯片重复性高。
!综述! !!作者单位" !"##!$南京医科大学第一附属医院呼吸科支气管哮喘蛋白质组学研究的现状和前景 刘!华!殷凯生 !!! 摘!要"!蛋白质组学是后基因组时代一项重要的生命科学的研究手段’近年在支气管哮喘的发生)发展方面的研究方兴未艾(它主要依托质谱和二维电泳技术比较正常和病理状态下组织或细胞的差异蛋白质的表达’结合生物信息学的方法’从而研究疾病的发病机制及为临床提供诊断和治疗靶点(在哮喘的研究中目前主要是比较蛋白质组学的研究’发现新的靶标为临床服务同时探讨其发病机制( !关键词"!支气管哮喘- 质谱-二维电泳!!人类基因组测序的完成’ 基因组)后基因组及蛋白质组学的研究已引起人们的极大关注’尤其是高通量分析蛋白质组的变化是生命科学的一项里程碑式的发展/"0 (在肿瘤的研究中’包括肺癌的研究蛋白质组学已经取得了令人瞩目的成绩’而令人遗憾的是发病率和患病率都居高不下的支气管哮喘蛋白质组学的原创 性研究很少/ !0 (尽管蛋白质组学在哮喘的研究中有它的局限性和方法学上的困难’但相信对生命科学研究有如此重要地位的蛋白质组学一定会给哮喘的研究带来一线曙光( !!蛋白质组学研究的基本方法 !&!!二维凝胶电泳和质谱!现在进行蛋白质分离仍然采用三十多年前应用并发展起来的二维聚丙烯酰胺 凝胶电泳法/30’第一维是等电聚焦%7:B ?>?@;A 7@\B @C :78G &’也就是根据蛋白质的等电点设定一个O M 值梯度来分离蛋白质(第二维就是通过0J 0E .)&,胶根据它们的相对分子质量来分离//’20’ 最后进行质谱鉴定/% 0(然而需要说明的是蛋白质分离过程受到很多外来因素的干扰’以至于最后发现的靶点蛋白质不能很好分析(首先’高丰度蛋白质比如血清蛋白可能掩盖低丰度蛋白质’以至于含量和浓度较少的差异蛋白质难以 被发现-同时蛋白质提取过程中的降解和修饰化作用都可能直接影响实验结果/4’*0 ’这个问题最近可能被一些新技术的发展所改进’包括修饰蛋白质的浓缩)强化/$’"# 0’柱色谱对体液的预分离’以及选择性剔除高丰度蛋白质等/""’"! 0(液相色谱,基质辅助激光解析离子化,质谱,质谱%F 5,P)F J ’,P 0,P 0& 和液相色谱,电喷雾离子化,质谱,质谱%F 5,,0’,P 0,P 0 &是目前蛋白质组学分离蛋白质技术的新进展(其次’在蛋白质分离过程中要注意相对分子质量的大小和物质的酸碱度’一般要求相对分子质量在"####*!#####’O M 值在/*" #实验结果较好/"0 (再次’重复性的问题也是蛋白质组学所面临的一个重要的挑战’目前已基本解决并可以获得高分辨率和高通量的靶蛋白/"3E "2 0(总之’以二维凝胶电泳为基础的蛋白质分离技术已经显示了其对新的生物学标记和治疗靶点发现的良好应用前景’对于研究不同疾病在生理状态和病理状态下的差异蛋 白质的表达具有神奇的功效/ "%’"4 0(在二十世纪九十年代’P 0仪器及技术的改进使蛋白质化学发生了革命性的变化’并整个变更了蛋白质分析技术(在八十年代’,0’和P)F J ’技术上的突破促进了这些改变的发生(这两种技术的出现解决了 从大的)非挥发性物质如蛋白质和多肽中产生离子且没有明显的分析物碎片的难题’从而使P 0技术在蛋白质组学的研究中占据了一个非常重要的地位(,0’和一些高性能的分离技术如毛细管电泳%5,&和高效液相色谱%M .F 5&联在一起应用时’对蛋白质和多肽结构的检测灵敏度和速度有令人惊奇的提高(分离技术的进步’特别是微分离技术和高性能的质谱仪的联用’还有微型喷雾器和,0’离子源的发明使得对多肽进行完全分析或序列测定所需的样品量减少’由二十世纪八十年代中期的几个O 减至九十年代中期所需的几个\甚至更少(更高效率和灵敏度的质谱技术的发展是正在萌芽的蛋白质组学的一个极其重要的因素’在今天它仍在不断地得到更新(P 0分析方法应用于在生物机体中鉴别蛋白质)计算机途径搜索序列数据)蛋白质表达水平的确定及磷酸化蛋白质或肽的检测等方面(目前最有前途和最流行的P 0技术主要 !/%!中华哮喘杂志%电子版&!! ##4年!第"卷!第!期!试刊!56789):;6<=%,>?@;A B 87@-?A :7B 8&’9C 8?!##4’-B >D "D (B D !
?综述与专论? 2014年第1期 生物技术通报 BIOTECHNOLOGY BULLETIN 随着基因组计划的完成，生命科学研究开始进入以基因组学、蛋白质组学、营养组学、代谢组学等“组学”为研究标志的后基因组时代。蛋白质组（proteome）一词最早是由澳大利亚科学家Wilkins 和Williams 于1994年提出［1］，1995年7月最早见诸于Electrophoresis 杂志［2］，意指一个细胞或组织中由基因组表达的全部蛋白质。蛋白质组学（proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织、体液中的所有蛋白质组成、功能及其蛋白之间的相互作用的学科。 虽然基因决定蛋白质的水平，mRNA 只包含了转录水平的调控，其表达水平并不能代表细胞内活 收稿日期：2013-09-05基金项目：甘肃省科技计划基金资助项目（0708NKCA129），兰州大学第二医院医学研究基金项目（YJ2010-08）作者简介：尹稳，女，硕士，研究方向：蛋白质组学；E -mail ：yinwen0508@https://www.doczj.com/doc/d412742019.html, 通讯作者：伏旭，男，硕士，研究方向：生物化学与分子生物学；E -mail ：fuxu0910@https://www.doczj.com/doc/d412742019.html, 蛋白质组学的应用研究进展 尹稳1 伏旭2 李平1 （1.兰州大学第二医院，兰州 730030；2.兰州大学第二医院急救中心，兰州 730030） 摘 要： 蛋白质组学（Proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织或体液中的所有蛋白质组成及其功能的新兴学科。虽然基因决定蛋白质的水平，但是基因表达的水平并不能代表细胞内活性蛋白的水平，蛋白质组学分析是对蛋白质翻译和修饰水平等研究的一种补充，是全面了解基因组表达的一种必不可少的手段。蛋白质组学相关技术的发展极大地推动了蛋白质组学的研究进展，使其在各研究领域得到了广泛的应用。对蛋白质组学相关技术及其在各领域的应用进行了综述，最后对蛋白质组学的发展趋势和应用前景作出展望。 关键词： 蛋白质组学 双向凝胶电泳 质谱 生物信息学 应用现状 Application Research Progress of Proteomics Yin Wen 1 Fu Xu 2 Li Ping 1 （1. Lanzhou University Second Hospital ，Lanzhou 730030；2. Department of Emergency ，Lanzhou University Second Hospital ，Lanzhou 730030） Abstract: Proteomics is an emerging discipline for studying proteins composition and function in a type of cell, tissue or body fluids in a large -scale, high -throughput and systematic level. While genes determine the level of protein, but the level of gene expression can not represent the intracellular reactive protein levels. Proteomic analysis is a complement to the study of translation and modification and also an indispensable tool for a comprehensive understanding of genome expression. The development of proteomic technologies has greatly promoted the progress of proteomic research, and it has been widely used in various research fields.This paper revieweded the proteomic technologies and the applications in various fields are also briefly reviewed. Finally, some future issues are presented. Key words: Proteomics Two -dimensional gel electrophoresis Mass spectrometry Bio -informactics Application status 性蛋白的水平［3］，且转录水平的分析不能反应翻译后对蛋白质的功能和活性起至关重要作用的蛋白修饰过程［4］，如酰基化、泛素化、磷酸化或糖基化等。而蛋白质组学除了能够提供定量的数据以外，还能提供包括蛋白定位和修饰的定性信息。只有通过对生命过程中蛋白质功能和蛋白质之间的相互作用以及特殊条件下的变化机制进行研究，才能对生命的复杂活动具有深入而又全面的认识。近年来，蛋白质组学技术取得了长足的发展，随着新技术的不断涌现，其应用范围也不断扩大。本文对蛋白质组学相关技术及其在各研究领域的应用进行了简要的归纳和评述，并对蛋白质组学的发展趋势和应用前景
蛋白质组学蛋白质组学相关技术及发展文献综述 蛋白质组学相关技术及发展文献综述张粒植物学211070161概念及相关内容1994年澳大利亚Macquaie大学的Wilkins和Williams等在意大利的一次科学会议上首次提出了蛋白质组proteome这个概念该英文词汇由蛋白质的“prote”和基因组的“ome”拼接而成并且最初定义为“一个基因组所表达的蛋白质”1。然而这个定义并没有考虑到蛋白质组是动态的而且产生蛋白的细胞、组织或生物体容易受它们所处环境的影响。目前认为蛋白质组是一个已知的细胞在某一特定时刻的包括所有亚型和修饰的全部蛋白质2。蛋白质组学就是从整体角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成、表达水平与修饰状态了解蛋白质之间的相互作用与联系提示蛋白质的功能与细胞的活动规律。2蛋白质组学的分类蛋白质组学从其研究目标方面可分为表达蛋白质组学和结构蛋白质组学。前者主要研究细胞或组织在不同条件或状态下蛋白质的表达和功能这将有助于识别各种特异蛋白3目前蛋白质组学的研究在这方面开展的最为广泛其运用技术主要是双相凝胶电泳Two-dimensional gel electrophoresis2DE技术以及图像分析系统当对感兴趣的蛋白质进行分析时可能用到质谱。由于蛋白质发生修饰后其电泳特性将发生改变这些技术可以直接测定蛋白质的含量并有助于发现蛋白质翻译后的修饰如糖基化和磷酸化等4。结构蛋白质组学的目标是识别蛋白质的结构并研究蛋白质间的相互作用。近年来酵母双杂交系统是研究蛋白质相互作用时常用的方法同时研究者也将此方法不断改进5。有研究者最近发现在研究蛋白质相互作用时通过纯化蛋白复合物并用质谱进行识别是很有价值的4。3蛋白质组学相关技术目前蛋白质组学研究在表达蛋白质组学方面的研究最为广泛其分析通常有三个步骤第一步运用蛋白质分离技术分离样品中的蛋白质第二步应用质谱技术或N末端测序鉴定分离到的蛋白质第三步应用生物信息学技术存储、处理、比较获得的数据。3.1蛋白质分离技术这类技术主要是电泳其中应用最多的是双向电泳技术其他还有SDS-PAGE、毛细吸管电泳等。除了电泳外还有液相色谱通常使用高效液相色谱HPLC和二维液相色谱2D-LC。另外还有用于蛋白纯化、除杂的层析技术、超离技术等。 3.1.1双相凝胶电泳双相凝胶电泳two-dimensional gel elec—trophoresis2DE这是最经典、最成熟的蛋白质组分离技术产生于20世纪70年代中叶但主要的技术进步如实验的重复性、可操作性蛋白质的溶解性、特异性等是在近lO年取得的。它根据蛋白质不同的特点分两相分离蛋白质。第一相是等电聚焦IEF电泳根据蛋白质等电点的不同进行分离。蛋白质是两性分子根据其周围环境pH可以带正电荷、负电荷或静电荷为零。等电点pI是蛋白质所带静电荷为零时的pH周围pH小于其pI时蛋白质带正电荷大于其pI时蛋白质带负电荷。IEF时蛋白质处于一个pH梯度中在电场的作用下蛋白质将移向其静电荷为零的点静电荷为正的蛋白将移向负极静电荷为负的将移向正极直到到达其等电点如果蛋白质在其等电点附近扩散那么它将带上电荷重新移回等电点。这就是IEF的聚焦效应它可以在等电点附近浓集蛋白从而分离电荷差别极微的蛋白。pH梯度的形成最初是在一个细的包含两性电解质的聚丙烯酰胺凝胶管中进行。在电流的作用下两性电解质可形成一个pH梯度。但由于两性电解质形成的pH梯度不稳定、易漂移、重复性差80年代以后研究人员研制了固定pH梯度的胶条IPG。此种胶条的形成需要一些能与丙烯酰胺单体结合的分子每个含有一种酸性或碱性缓冲基团。制作时将一种含有不同酸性基团的此分子溶液和一种含有不同碱性基团的此分子溶液混合两种溶液中均含有丙烯酰胺单体和催化剂不同分子的浓度决定pH的范围。聚合时丙烯酰胺成分与双丙烯酰胺聚合形成聚丙烯酰胺凝胶。第二相是SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳SDS-PAGE根据蛋白质的分子量不同进行分离。此相是在包含SDS的聚丙烯酰胺凝胶中进行。SDS是一种阴离子去污剂它能缠绕在多肽骨架上使蛋白质带负电所带电荷与蛋白质的分子量成正比在SDS聚丙烯酰胺凝胶中蛋白质分子量的对数与它在胶中移动的距离基本成线性关系。SDS-PAGE装置有水平和垂直两种形式垂直装置可同时跑多块胶如Amersham pharmacia Biotech的Ettan DALT II系统可同时跑12块胶提高了操作的平行性。经过2DE
摘要：蛋白质组学是后基因组时代的新兴学科，是当今生命科学领域 新的增长点，本文就蛋白质组学中的分离和鉴定技术包括双向凝胶电泳、色谱和质谱等技术近几年的发展状况及最新研究进展进行综述。关键词：蛋白质组学；双向凝胶电泳；色谱；质谱；生物信息学 Abstract：Proteomics which is the new discipline in the time of the post-genomics develops rapidly in the life science．The present paper has documented the current situation and new development of the techniques of separation and identification in this area，including 2·dimensional gel- electro·phoresis，chromatography an d mass spectrometry． Key words：Proteomics；2-Dimensional gel electrophoresis；Chromatography；Mass spectrometry；Bioinformatics 1、概念及相关内容 随着人类基因组测序计划的完成,生命科学的重心开始转移到对基因的功能性产物即蛋白质的研究,并产生了一门新的学科———蛋白质组学(proteomics) 。“蛋白质组(proteome) ”一词是1995 年由澳大利亚科学家Marc Wilkins 和Keith Wil2liams[ 1 ] 最早提出的,是由蛋白质(protein) 和基因组(genome) 派生而来。被定义为“一个细胞或组织所表达的所有蛋白质产物或某一特定时期内所表达的 所有蛋白质产物”。蛋白质组研究与以往的蛋白质化学研究不同,它着重于全面性和整体性,研究的对象不是单一或少数的蛋白质,而是 从细胞整体水平上对蛋白质的结构和功能进行研究,包括蛋白质在细胞内的表达水平、位置、功能和调节以及翻译后的修饰、剪接等加工信息。蛋白质组研究使人们对生命系统与活动分子机制的认识由间接
进展评述 比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术 刘新1,2 应万涛1,2 钱小红1,23 (1军事医学科学院放射与辐射医学研究所 北京 100850;2北京蛋白质组研究中心 北京 102206) 摘 要 比较蛋白质组学是指在蛋白质组学水平上研究正常和病理情况下细胞或组织中蛋白质表达变化,以期发现具有重要功能的生物标识物,为疾病的早期诊断提供依据。近年来它正成为蛋白质组学研究的热点和发展趋势。比较蛋白质组学的研究方法和策略有多种,本文就最近几年来稳定同位素标记技术(体内代谢标记技术和体外化学标记技术)在比较蛋白质组学研究中的进展进行综述。 关键词 比较蛋白质组学 稳定同位素标记 体内代谢标记 体外化学标记 Application of Stable Isotope Labeling in Comparative Proteomics Liu X in1,2,Y ing Wantao1,2,Qian X iaohong1,23 (1Beijing Institute of Radiation Medicine,Beijing100850; 2Beijing Proteome Research Center,Beijing102206) Abstract C omparative proteomics is the research of protein expression changing between normal and pathological cell or tissue on the proteome level.P otential biomarkers w ould be discovered from the research by comparative proteomics, which will be helpful to the diagnosis and therapy of diseases.In the recent years,it has been becoming the hot spot of the proteomics research and many strategies used in comparative proteomics have been developed.During those approaches,the strategies based on stable is otopic labeling coupled with mass spectrometry have been extensively used and lots of success ful applications have been reported.In contrast to the traditional radioactive is otope labeling method,stable is otope labeling technique was not radioactive and the operation is simple.Metabolic labeling in viv o and chemical labeling in vitro are tw o parts of stable is otope labeling technique,which both have various advantages and disadvantages.This paper reviewed the progress of stable is otope labeling technique in comparative proteomics. K ey w ords C omparative proteomics,S table is otope labeling,Metabolic labeling in viv o,Chemical labeling in vitro 随着人类基因组精确图谱的公布,基因组功能的阐明已经成为生命科学研究中一项极重要的任务[1]。蛋白质是基因的最终产物同时也是基因功能的最终执行体,因而人类基因的表达及其功能有待于在蛋白水平上揭示。蛋白质组学的研究目的是分离和鉴定组织或细胞中的所有蛋白质。生物体在生长发育过程中,基因组是相对稳定的,而蛋白表达是高度动态变化的,并且具有严格调控的时间和空间特异性[2]。为了研究生物体在不同状态下表达的所有蛋白质的动态变化,比较蛋白质组学应运而生,即在蛋白组学水平上,研究在正常生理和病理状态,或受到不同的外部环境刺激下,或在突变等因素影响下,蛋白质表达的变化情况,以期发现生物体内关键的调控分子及与疾病相关的蛋白质标志物,最终为疾病的防诊治、新型疫苗的研发等提供理论依据。 为了研究蛋白质表达的动态变化,基因表达检测技术,如微阵列法[3]、DNA(脱氧核糖核酸)芯片法[4]等曾被广泛使用。这些方法虽然能够实现对mRNA(信使核糖核酸)进行定性和定量分析,但 刘新 男,27岁,博士生,现从事比较蛋白质组学研究。 3联系人,E2mail:qianxh1@https://www.doczj.com/doc/d412742019.html, 国家自然科学基金(20505019、20505018)、国家重点基础研究发展规划项目(2004C B518707)和北京市科技计划重大项目(H030230280190)资助项目 2006207220收稿,2006209221接受
蛋白质组学技术在农业生物科研领域、疾病机理机制研究、药物研究、海洋环境、植物胁迫机制研究等方面具有广泛应用。蛋白组学的研究通常遵循以下思路： 蛋白质组学研究思路 图 1 蛋白质组学研究思路 一、蛋白质组学在农业生物科研领域的应用 蛋白质组学技术在农业生物科研领域的应用为作物生长发育、病虫害防治、遗传育种、畜牧兽医学疾病诊断和治疗等方面发挥重要的作用，为现代农业发展开辟新途径。 1 .蛋白质组学在农作物研究中的应用 农业是我国人口赖以生存的基础，而提高粮食产量和品质则是农业发展的关键。蛋白质组学关键技术在作物遗传育种、品系鉴定、品质改良、逆境胁迫应答等关键环节的应用，为农业作物的进一步开发利用提供巨大的参考价值。蛋白质组学可系统研究农作物在特定环境或某个发育阶段的组织和器官中蛋白质的表达变化，有助于作物发育过程机制的理解。 Jia等人利用SWATH等技术对四种玉米组织中的蛋白质进行定量分析：包括未成熟雌穗，未成熟雄穗，授粉后20天的幼胚和14日龄幼苗的根。在玉米的4种组织中总共鉴定到4551个蛋白质，其中在雌穗，雄穗，幼胚和幼根中分别鉴定到3916、3707、3702和2871种蛋白质。利用生物信息学技术将蛋白质组和转录组进行关联分析，并且进一步分析组织特异性高表达的基因和蛋白，以了解玉米组织结构和器官发生的调节机制，为研究玉米发育生物学研究提供了新的线索。相关成果2017年发表在Journal of Proteome Research上。
图 2 实验流程图 文献来源：Jia HT, Sun W, Li MF, et al. An integrated analysis of protein abundance, transcript level and tissue diversity to reveal developmental regulation of maize [J]. J. Proteome Res, December 18, 2017. 2.蛋白质组学在食品科学中的应用 在食品安全研究中，蛋白组学的出现为食品科学的研究指明了方向，同时也为食品科学的研究奠定了良好的发展平台。蛋白质组学在粮油食品、肉类食品、水产食品、乳品食品等方面的应用，不仅可以提高食品安全，并且在改善食品制作以及储存条件的同时，还可以提高食品的口感以及营养程度。 在热处理过程中，肉类的主要成分蛋白质会发生结构性变形，如氧化、降解、变性和聚集。蛋白质的这些变化对最终肉制品的质量、颜色、嫩度和风味有重要影响，并最终影响适口性和可接受性。Tian等人利用2-DE等技术手段研究了在加热中心温度为72℃时用不同的烹饪方法，例如水浴烹饪-WB、短时欧姆烹饪-STOH和长时间欧姆烹饪-LTOH，对牛肉的颜色、烹饪损失、剪切值和蛋白质组变化的影响。蛋白质组学分析表明，欧姆烹饪的烹饪损失、剪切值显著低于水浴烹饪（P<0.05）。利用2-DE蛋白组学技术成功鉴定到STOH和WB烹饪样品之间的17个差异蛋白质，并鉴定出LTOH和WB样品之间的13个差异蛋白质。大多数差异蛋白是肌原纤维和肌浆蛋白，可能与肉质的变化相关。WB烹饪可改变蛋白质溶解度并降低2-DE图像中的蛋白质斑点强度。应用欧姆烹饪会产生更高质量的牛肉产品，并减少烹饪时间。相关成果2016年发表在Innovative Food Science & Emerging Technologies上。
第35卷 第1期2011年1月 南京林业大学学报(自然科学版) Journa l o fN anji n g Forestry Un i v ersity (Natural Sc ience Ed ition) V o.l 35,N o .1Jan .,2011 htt p ://www.n l dxb .com [do :i 10.3969/.j issn .1000-2006.2011.01.024] 收稿日期:2009-12-31 修回日期:2010-10-26 基金项目:国家自然科学基金项目(31000287);江苏省高校自然科学基础研究项目(10KJ B220002) 作者简介:甄艳(1976)),副教授,博士。*施季森(通信作者),教授。E-m ai:l js h @i n jfu .edu .cn 。 引文格式:甄艳,施季森.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用[J].南京林业大学学报:自然科学版,2011,35(1):103-108. 质谱技术在蛋白质组学研究中的应用 甄 艳,施季森 * (南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏 南京 210037) 摘要:随着蛋白质组学研究的迅速发展,质谱技术已成为应用于蛋白质组学研究中的强有力工具和核心技术。质谱技术的先进性在于为蛋白质组学研究提供的通量和分子信息。笔者重点概述了基于质谱路线的蛋白质组学研究,介绍了基于质谱的定量蛋白质组学﹑翻译后修饰蛋白质组学、定向蛋白质组学、功能蛋白质组学以及基于串联质谱技术的蛋白质组学数据解析的研究 进展。 关键词:质谱;蛋白质组学;定量蛋白质组学;翻译后修饰;定向蛋白质组学;功能蛋白质组学中图分类号:Q81 文献标志码:A 文章编号:1000-2006(2011)01-0103-06 Application of m ass spectro m etry i n proteo m ics studies Z HEN Yan ,SH I Jisen * (K ey Labo ra t o ry o f F orest G eneti cs and B i o techno l ogy M i n istry o f Educati on , N an ji ng Forestry U n i versity ,N an ji ng 210037,Chi na) Abstrac t :W ith the rap i d develop m ent o f pro teo m i cs ,m ass spec trom etry i s m aturi ng to be a po w erfu l too l and core tech -nology fo r proteo m ics st udies dur i ng the recen t years .The super i or ity o fm ass spectrom etry lies i n providi ng the through -pu t and the m olecu lar infor m ati on ,w hich no other techno logy can be m a tched i n proteom ics .In th i s rev ie w,w e m ade a g lance on the outli ne o fm ass spectrome try -based proteo m ics .A nd then w e addressed on t he advances o f data ana l y si s o f m ass spec trom etry -based proteom ics ,quantitati ve m ass spectro m etry -based pro teom i cs ,post -translati onal m odificati ons based m ass spectrom etry ,targeted proteo m ics and functiona l proteo m ics based -mass spectrome try .K ey word s :m ass spectrome try;proteo m ics ; quantitative pro teom i cs ; post -trans l ation m odifica ti on ; targ eted pro - teo m i cs ;f uncti ona l proteom ics 蛋白质组学(Pr o teo m ics)是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成、活动规律及蛋白质与蛋白质的相互作用,是功能基因组学时代一门新的学科。 目前蛋白质组学的研究主要有两条路线:一是基于双向电泳的蛋白质组学;二是基于质谱的蛋白质组学,其中基于双向电泳的蛋白质组学研究路线最终也离不开质谱技术的应用。自20世纪80年代末,两种质谱软电离方式即电喷雾电离(electro spray ion izati o n,ESI )和基质辅助激光解析离子化(m a -tri x assisted laser desorpti o n i o nization ,MALD I)的发明和发展解决了极性大、热不稳定蛋白质和多肽分 析的离子化和分子质量大的测定问题[1] ,蛋白质组学研究中常用的质谱分析仪包括离子阱(ion trap ,I T),飞行时间(ti m e of fli g h,t TOF),串联飞行时间(TOF -TOF),四级杆/飞行时间(quadr upo le /TOF hybrids),离子阱/轨道阱(I T /orbitrap hybri d )和离子阱/傅里叶变换串联质谱分析仪(I T /Four i e r transfor m ioncyclotron resonance m ass spectro m eters hybr i d s ,I T /FT M S),这些质谱仪具有不同的灵敏度、分辨率、质量精确度和产生不同质量的M S /M S 谱[2] 。质谱作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具日趋成熟,并作为样品制备及数据分析的信息学工具被广泛地应用。因此,有学者指出质谱技术 已在蛋白质组学研究中处于核心地位[3] 。目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化
第35卷 第1期2011年1月 南京林业大学学报(自然科学版) J o u r n a l o f N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ) V o l .35,N o .1 J a n .,2011 h t t p ://w w w .n l d x b .c o m [d o i :10.3969/j .i s s n .1000-2006.2011.01.024] 收稿日期:2009-12-31 修回日期:2010-10-26 基金项目:国家自然科学基金项目(31000287);江苏省高校自然科学基础研究项目(10K J B 220002) 作者简介:甄艳(1976—),副教授,博士。＊施季森(通信作者),教授。E -m a i l :j s h i @n j f u .e d u .c n 。 引文格式:甄艳,施季森.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用[J ].南京林业大学学报:自然科学版,2011,35(1):103-108. 质谱技术在蛋白质组学研究中的应用 甄 艳,施季森 ＊ (南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏 南京 210037) 摘要:随着蛋白质组学研究的迅速发展,质谱技术已成为应用于蛋白质组学研究中的强有力工具和核心技术。质谱技术的先进性在于为蛋白质组学研究提供的通量和分子信息。笔者重点概述了基于质谱路线的蛋白质组学研究,介绍了基于质谱的定量蛋白质组学﹑翻译后修饰蛋白质组学、定向蛋白质组学、功能蛋白质组学以及基于串联质谱技术的蛋白质组学数据解析的研究 进展。 关键词:质谱;蛋白质组学;定量蛋白质组学;翻译后修饰;定向蛋白质组学;功能蛋白质组学中图分类号:Q 81 文献标志码:A 文章编号:1000-2006(2011)01-0103-06 A p p l i c a t i o n o f m a s s s p e c t r o m e t r y i n p r o t e o m i c s s t u d i e s Z H E NY a n ,S H I J i s e n ＊ (K e y L a b o r a t o r y o f F o r e s t G e n e t i c s a n d B i o t e c h n o l o g y M i n i s t r y o f E d u c a t i o n , N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210037,C h i n a ) A b s t r a c t :W i t ht h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f p r o t e o m i c s ,m a s s s p e c t r o m e t r y i s m a t u r i n g t o b e a p o w e r f u l t o o l a n dc o r e t e c h -n o l o g y f o r p r o t e o m i c s s t u d i e s d u r i n g t h e r e c e n t y e a r s .T h e s u p e r i o r i t y o f m a s s s p e c t r o m e t r y l i e s i n p r o v i d i n g t h e t h r o u g h -p u t a n d t h e m o l e c u l a r i n f o r m a t i o n ,w h i c hn o o t h e r t e c h n o l o g y c a n b e m a t c h e di np r o t e o m i c s .I nt h i s r e v i e w ,w e m a d e a g l a n c e o n t h e o u t l i n e o f m a s s s p e c t r o m e t r y -b a s e d p r o t e o m i c s .A n dt h e nw e a d d r e s s e d o n t h e a d v a n c e s o f d a t a a n a l y s i s o f m a s s s p e c t r o m e t r y -b a s e dp r o t e o m i c s ,q u a n t i t a t i v em a s ss p e c t r o m e t r y -b a s e dp r o t e o m i c s ,p o s t -t r a n s l a t i o n a l m o d i f i c a t i o n s b a s e d m a s s s p e c t r o m e t r y ,t a r g e t e d p r o t e o m i c s a n df u n c t i o n a l p r o t e o m i c s b a s e d -m a s s s p e c t r o m e t r y . K e yw o r d s :m a s ss p e c t r o m e t r y ;p r o t e o m i c s ;q u a n t i t a t i v ep r o t e o m i c s ;p o s t -t r a n s l a t i o n m o d i f i c a t i o n ;t a r g e t e d p r o -t e o m i c s ;f u n c t i o n a l p r o t e o m i c s 蛋白质组学(P r o t e o m i c s )是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成、活动规律及蛋白质与蛋白质的相互作用,是功能基因组学时代一门新的学科。目前蛋白质组学的研究主要有两条路线:一是基于双向电泳的蛋白质组学;二是基于质谱的蛋白质组学,其中基于双向电泳的蛋白质组学研究路线最终也离不开质谱技术的应用。自20世纪80年代末,两种质谱软电离方式即电喷雾电离(e l e c t r o s p r a y i o n i z a t i o n ,E S I )和基质辅助激光解析离子化(m a -t r i x a s s i s t e d l a s e r d e s o r p t i o n i o n i z a t i o n ,M A L D I )的发明和发展解决了极性大、热不稳定蛋白质和多肽分 析的离子化和分子质量大的测定问题[1] ,蛋白质组学研究中常用的质谱分析仪包括离子阱(i o n t r a p ,I T ),飞行时间(t i m e o f f l i g h t ,T O F ),串联飞行时间(T O F -T O F ),四级杆/飞行时间(q u a d r u p o l e /T O F h y b r i d s ),离子阱/轨道阱(I T /o r b i t r a ph y b r i d ) 和离子阱/傅里叶变换串联质谱分析仪(I T /F o u r i e r t r a n s f o r m i o n c y c l o t r o nr e s o n a n c em a s s s p e c t r o m e t e r s h y b r i d s ,I T /F T M S ),这些质谱仪具有不同的灵敏度、分辨率、质量精确度和产生不同质量的M S /M S 谱[2] 。质谱作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具日趋成熟,并作为样品制备及数据分析的信息学工具被广泛地应用。因此,有学者指出质谱技术 已在蛋白质组学研究中处于核心地位[3] 。目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化