蛋白质分选研究进程

蛋白质分选研究进程

摘要：蛋白质一般在位于细胞质中的核糖体内合成, 但是它们发挥生理功能的地点却分布在细胞的不同区域, 这些区域通常由蛋白质所不能自由透过的脂膜所包裹。因此, 细胞质中新合成的蛋白质必须进行准确的定向运输才能保证各项生命活动的正常运行。研究发现, 一般情况下, 新生蛋白通常在位于其N端的信号肽的指引下到达细胞特定区域, 并由其介导跨膜转运。本文重点介绍信号肽的结构、功能及作用机制等的研究成果。

关键词:蛋白质分选; 信号假说; 信号识别颗粒；信号肽; 核定位信号

Abstract: the protein in the cytoplasm general of the body synthetic DNA, but they play the location of the physiological function but distribution in different areas of the cells, these areas by protein can usually free of fat membrane through the parcel. Therefore, the new synthesis of protein in the cytoplasm of the directional transportation must be accurate to guarantee the normal operation of the various life activities. Study found that, in general, usually located in its new protein in N the signal peptide under the guidance of the cells to specific area, and the mediated transport through membrane. This article introduced the signal peptide structure, function and function mechanism research achievements.

Keywords:protein separation; The signal hypothesis; Signal recognition particle; The signal peptide; Approved a signal

目录

1 信号假说 3

2 蛋白质分选及蛋白质分选信号 3

3 信号识别颗粒 4

3.1 SRP介导途径 4

3.2 SRP结构和组成 4

4 蛋白质分选的基本途径与类型 4

4.1 蛋白质的跨膜转运 4

4.2 膜泡运输 5

4.3 选择性的门控转运 6

5 线粒体蛋白质分选 6

6 叶绿体蛋白质分选7

1、信号假说

1972年，https://www.wendangku.net/doc/351379464.html,stein等发现在骨髓瘤细胞中提取的免疫球蛋白分子的N端要比分泌到细胞外的免疫球蛋白分子的N端氨基酸序列多出一截。

1975年，Gunter Blobel和David Sabatini提出信号假说：分泌性蛋白N端序列做完信号肽，指导分泌蛋白到内质网膜上合成，然后在信号肽引导下蛋白质边合成边通过易位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束之前信号肽被切除。

2、蛋白质分选

细胞利用蛋白质N端的信号序列分选数以千计的蛋白质，把它们运送到特定的位置。信号假说的提出解释了分泌腺蛋白从细胞质内的合成位点穿过内质网（ER）到达细胞外面的过程。信号序列指导蛋白质首先到达内质网膜，这一过程准确来说是一个共翻译过程。

分选的基础是核糖体与大分子复合物，即信号识别颗粒（SRP）的相互作用。SRP能够识别核糖体中输出的新生多肽链中的信号肽序列，并通过暂时的结合而中断蛋白质的合成过程。整个合成装置暂停直至SRP-核糖复合物与分布在ER 膜上的受体（SRP受体）结合。此时多肽链的延长过程才能继续下去，而不断延长的多肽链则朝着内质网的内腔移动。

通过SRP识别的含信号序列的蛋白质分布范围较窄，包括膜蛋白直接嵌入双分子层，进入ER内腔并成为内质网中可溶性蛋白的一分子，穿过ER内腔并进入到高尔基体、溶酶体或者从细胞中分泌出去。定位到核、线粒体和叶绿体的蛋白质是不依赖SRP途径的。

3、信号识别颗粒

3.1 SRP介导途径

在新生肽链的N端出现的额外残基并不存在于成熟的蛋白质中，这就提供了一个信号序列存在的线索。

蛋白质合成大约80—100个残基后穿过大亚基的通道而暴露出信号肽，进而引发SRP的结合并中断进一步的延长过程，这种中断直至核糖体—mRNA—多肽—SRP复合物与ER膜上的特点受体结合才能解除。这种方式就称为共翻译定位，这一过程可分为两步：信号序列的识别和信号序列与靶膜的结合。

3.2 SRP的结构和组成

信号识别颗粒是一种核糖核蛋白复合体，由6种不同的蛋白和一个由300个核苷酸组成的7S RNA结合组成，SRP一般存在于细胞质中，当新合成多肽的信号肽从多聚核糖体上延伸暴露出来，SRP即可与新生肽信号序列和核糖体结合，又可与内质网的停泊信号肽停泊蛋白SRP受体结合。停泊蛋白相对分子质量为72x103，存在于内质网膜上，可特异地与信号识别颗粒结合。

其中SRP54在RNA和信号肽的过程中扮演重要角色。信号序列的多样性在决定结合模式中起显著作用，这是因为引入一个带电荷的残基就能够破坏信号序列与SRP54的相互作用，通俗一段疏水残基区对于结合也非常关键。

4、蛋白质分选的基本途径与类型

蛋白质的分选大体可分为两条途径：①翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白。人们最近在酵母细胞液发现有蛋白质早细胞质基质游离核糖体上合成，然后转运至内质网中。②共翻译转运途径：蛋白质合成游离核糖体上起始之后信号肽引导转移至糙面内质网，然后新生肽合成边转入糙面内质网中，再经高尔基体加工包装运至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。

目前发现真核细胞内合成的蛋白质的选择性转运主要以下面3种方式进行。

4.1蛋白质的跨膜转运

主要是指在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体（包括叶绿体）和过氧化物酶体等细胞器，但进入内质网与进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的机制又有所不同。与分泌蛋白N端信号肽引导序列定位于内质网不同，进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白质分选是一个多步过程，需要多个不同的寻靶序列，定位到叶绿体的前提蛋白N端具有40—50个氨基酸组成的转运肽，用以指引多肽定位到叶并进一步穿过叶绿体被膜进入基质中。转运到线粒体和过氧化物酶体的蛋白与此类似，但靠的是不同的引导序列，线粒体蛋白N端的导肽或过氧化物酶体蛋白C端的内在引导序号。至于这些细胞器蛋白最终是定位不同的膜上还是不同的基质空间，除与N端不同转运肽相关

外，还需要其他空间定位信号序列参与决定。此外，通过翻译后转运途径进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白质，也必须在分子伴侣的帮助下解折叠或维持非折叠状态，这有利于通过膜上的输入装置。蛋白质输入这些细胞器通常是需要能量的过程。

4.2膜泡运输

在内质网上合成的蛋白质一般要在高尔基体中进行加工,然后运送到其他部位,如溶酶体、胞内体、液泡、质膜、细胞外基质等,从内质网到高尔基体、高尔基体各层膜囊之间以及从高尔基体分泌出去的蛋白质都是以膜泡的形式被转运。膜泡的形成及转运是一个非常复杂的过程。首先,被转运蛋白识别供体膜上的相应受体,然后在其它一些蛋白的帮助下,供体膜以出芽的形式逐渐形成囊泡,脱离下来,将被转运蛋白及其受体包裹在其中转运到目的地,膜泡与靶细胞器的膜通过特异蛋白的识别融合,释放蛋白质。这些运输蛋白质的膜泡并不是裸露的,而是外面包围有蛋白质外衣,因此称为有被小泡。由于运输方向的不同,蛋白质外衣的种类也不同,估计1个细胞内约有十几种有被小泡。目前研究较深入的有3种。

4.2.1 网格蛋白有被小泡(笼形蛋白外衣膜泡)

这类膜泡负责转运从高尔基体的反面膜囊向质膜、细胞外、胞内体、溶酶体、液泡分泌的蛋白质。膜泡外被是以3个网格蛋白组成的三脚蛋白复合物为结构单位形成笼形外衣,因而得名。在膜泡形成过程中,接合素蛋白起着桥梁作用,它既能结合网格蛋白,又能识别跨膜受体胞质面的尾部信号肽,从而通过网格蛋白有被小泡介导跨膜受体及其结合配体的选择性运输。另外还需一种被称为dynamin的小分子GTP结合蛋白水解GTP释放能量,协助网格蛋白有被小泡从高尔基体膜上脱落下来。网格蛋白有被小泡形成后几秒钟,网格蛋白便脱离有被小泡返回质膜附近重新利用。脱去外被的膜泡上有一种嵌入蛋白v- SNARE,能与靶细胞器膜上相应的受体蛋白t - SNARE结合,继而实现膜的融合,释放所要转运的蛋白质分子。

4.2.2 COPI有被小泡

这类膜泡是在高尔基体顺面膜囊和高尔基体膜囊之间形成的,主要负责回收本该留在内质网内部但却不小心逃逸出来的内质网蛋白回到内质网。COPI有被小泡外被由7种蛋白质亚基α、β、β′、γ、δ、ε、δ组成。包被蛋白复合物的装配与去装配依赖一种被称为ARF的蛋白。COPI有被小泡从供体膜上脱落是在脂酰辅酶A的协助下完成的。和网格蛋白有被小泡一样,COPI有被小泡在形成后也要脱去包被,包被蛋白还可重新利用。脱被的小泡逆向运输,与内质网膜融合,释放内质网逃逸蛋白。

4.2.3 COPII有被小泡

COPII有被小泡是在内质网膜上形成,将在内质网上合成的蛋白质运往高尔基体进行加工。CO2PII有被小泡包被蛋白由5种蛋白质Sec23PSec24、Sec13PSe31复合体和Sec16组成。其运送蛋白质的机制与COPI有被小泡类似。

4.3选择性门控转运

真核细胞由于出现了核膜而将细胞质与细胞核隔离成2大部分。但细胞质与细胞核之间不断进行物质信息交流,尤其是蛋白质的进核与出核。细胞核中的蛋白质,如与DNA结合的组蛋白、DNA聚合酶、RNA聚合酶、进行转录调控的转录因子等都是在细胞质基质中合成后,通过位于核膜上的核孔复合体进入细胞核的。有的蛋白质如核糖体蛋白要经过进核和出核2次转运,甚至有的行使特殊功能的蛋白质要多次进出核。这些蛋白质的定向转运属于选择性的门控转运, “门”是指核孔复合体,它是由多种蛋白质组成的功能复杂、结构精巧的复合体,镶嵌在双层核膜上。关于细胞核蛋白的转运机制,目前研究较清楚的是组蛋白、核纤层蛋白等亲核蛋白这些蛋白质的氨基酸序列中有具定向、定位功能的“核定位信号(NLS)”,一般由4～8个氨基酸残基组成,可存在于蛋白质的不同部位,在引导亲核蛋白进入细胞核后,核定位信号不被切除。第1个被确定序列的NLS来自猴肾病毒(SV40)的T抗原,由7个氨基酸残基构成,具体为Pro- Lys - Lys - Lys - Arg- Lys- Vas,仅1个氨基酸残基的突变就会导致该蛋白在胞质中的不正常积累。蛋白质转运的第1步是NLS结合到核孔复合体的胞质面,随后进行转移。转移过程需要GTP提供能量,还需要一些胞质因子如importinα、importinβ、Ran、NTFZ 等的协助。这些因子在协助蛋白入核后,还要出核返回细胞质重新利用。

定位于细胞质基质中的蛋白,以及通过以上3种形式转运的蛋白质在细胞质基质中的转运机制还不是很清楚,估计和细胞质骨架密切相关。无论是通过哪种方式进行转运的蛋白质,蛋白质氨基酸序列中起信号作用的短肽是必不可少的,这些信号与相应的受体结合保证了蛋白质的精确转运与定位,它的作用很象我们信封上的地址,如果地址出错,蛋白质就不会被运送到正确的位置。

5、线粒体蛋白的转运

指导前体蛋白进入线粒体的信号肽是目前被研究的最多和相对最清楚的(Alberts等2007)。绝大多数线粒体定位的前体蛋白在其N端存在一段可以被剪切的信号序列, 称为前导序列(presequence)或前导肽(prepeptide)。它们一般是由10~80个氨基酸组成的带有一段疏水序列和一段正电荷序列(表面)的两亲多肽螺旋。研究表明, 不仅N端前导肽本身对线粒体前体蛋白的转运是必需的, 其所处的位置也至关重要。将前导肽从N端转移到C端之后, 虽然蛋白还可以转运至线粒体中, 但是蛋白在转运时C端与N端的方向却颠倒了(F?lsch等1998)。

蛋白质的转运涉及多种蛋白复合体，即转位因子（translocator，图7-28），由两部分构成的：受体和蛋白质通过的孔道。主要包括：①TOM复合体，负责通过外膜，进入膜间隙，在酵母中TOM70负责转运内部具有信号序列的蛋白，TOM20负责转运N端具有信号序列的蛋白，这两种蛋白的功能都相当于内质网上的SPR受体，在人类线粒体中hTom34的功能与TOM70相当。TOM复合体的通道被称为GIP（general import pore），就相当于内质网上的SEC61复合体，主要由Tom40构成，还包括Tom22，Tom7，Tom6和Tom5；②TIM复合体，其中TIM23负责将蛋白质转运到基质，也可将某些蛋白质安插在内膜；TIM22负责将线粒体的代谢物运输蛋白，如ADP／ATP和磷酸的转运蛋白插入内膜；

③OXA复合体：负责将线粒体自身合成的蛋白质插到内膜上，同样也可使经由TOM／TIM复合体进入基质的蛋白质插入内膜。

6、叶绿体的蛋白质转运

叶绿体大约含2000-2500 种蛋白，叶绿体基因组编码的不足100 种，因此大量的蛋白质也是由核基因编码，在细胞质中合成，然后定向转运到叶绿体。

叶绿体蛋白的转运机理与线粒体的相似。如：通常前体蛋白N端具有信号序列，完成转运后被信号肽酶切除，和线粒体一样发生后转译；每一种膜上有特定的转位因子；内外膜具有接触点（contact site）；需要能量，同样利用ATP和质子动力势。但是两者的蛋白质转运体系中除了某些hsp分子相同外，转位因子复合体是不同的。叶绿体外膜的转位因子被称为TOC复合体，内膜的转位因子被称为TIC复合体。

叶绿体有6个区隔：①外膜、②膜间隙、③内膜、④基质、⑤类囊体膜、⑥类囊体腔。因此叶绿体的蛋白转运途径更复杂一些。

叶绿体前体蛋白的N端信号序列长度为20－150 个氨基酸残基，同一植物不同前体蛋白的N端序列不具有同源性，分为3 个部分：N 端缺乏带正电荷的氨基酸，以及甘氨酸和脯氨酸；C 端形成两性β折叠；中间富含羟基化的氨基酸，如丝氨酸和苏氨酸。

转运到叶基质的前体蛋白具有典型的N端序列。转运到叶绿体内膜和类囊体的前体蛋白含有两个N端信号序列，第一个被切除后，暴露出第二个信号序列，将蛋白导向内膜或类囊体膜（图7-30）。转运到叶绿体外膜上的蛋白分两类：一类含内部信号序列；另一类蛋白的N 端序列被切除后，其后的停止转移序列使蛋白质定位在外膜。

参考文献：

[1] 彭佳师, 龚继明. 信号肽与蛋白质的分选转运. 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所, 植物分子遗传国家重点实验室, 上海200032

[2] 翟中和,王喜忠,丁明孝. 细胞生物学[M]. 北京:高等教育出版社,2000

[3]汪坤仁，薛绍白. 细胞生物学[M]. 北京师范大学出版社

[4] 时丽冉. 真核细胞内蛋白质的定向转运. 衡水师专学报

蛋白质组学研究方法选择及比较

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。

蛋白质分选

蛋白质分选信号及其识别机制 1. 蛋白质分选信号 1.1 核定位序列 1.2 导肽 2. 机制 2.1 共翻译转运途径 2.2 翻译后转运 2.2.1 线粒体基质蛋白的转运 2.2.2 线粒体膜定位蛋白 2.2.3 叶绿体外膜蛋白的定位 2.2.4 翻译后转运——蛋白质的入核转运 组长评分： 李思雨20126278 A 顾朝剑20126257 B 蒲擎宇20124302 B 王欢20126279 B 康莎莎20126268 C [1] Alimjan Idiris, Hideki Tohda1, Hiromichi Kumagai. Engineering of protein secretion in yeast: strategies and impact on protein production[J]. Applied Microbiology and Biotechnology,6 February 2010 [2]Chloroplast outer membrane protein targeting and insertion[J].TRENDS in Plant Sciencee V ol.10 No.9 September 2005. [3]周鸣,李小玲,李桂源,等. 蛋白质入核转运的机制和研究进展[J].中国生物化学与分子生物学报.22(10): 780~ 786 [4]王克夷.肤链的翻译后加工[J].生命的化学学报,1995年15卷第2期. [5]覃晓琳,刘朝奇,郑兰英.信号肽对酵母外源蛋白质分泌效率的影响[J].生物技术,2010,20(3)

蛋白质组学研究的完整解决方案

蛋白质组学研究的完整解决方案 人体内真正发挥作用的是蛋白质，蛋白质扮演着构筑生命大厦的“砖块”角色，随着破译生命密码的人类基因组计划进入尾声，一个以蛋白质和药物基因学为研究重点的后基因组时代已经拉开序幕，蛋白质将是今后的重点研究方向之一。然而，蛋白质的分离和鉴定非常费时，目前测定蛋白质的技术远远落后于破译基因组的工具，最好的实验室每天只能分离和识别出100种蛋白质。据估计，人体内可能有几十万种蛋白质，这大概需要10年时间进行识别。 为了加快蛋白质组学研究进程，以专业生产蛋白质组学研究设备而著称的美国Genomic Solution Inc.公司开发了完整的蛋白质组学解决方案，由一系列机械手臂与软件，并结合了二维电泳实验设备与质谱仪，可以进行高效、自动化且具重复性的试验分析。在Genomic solution值得信赖的技术平台上，你的研究工作将更富成效，重复性更好。在这一整套Investigator平台上，各仪器之间配合无隙，由于它的整合性及标准性，使得研究进程大大加快，原来需要9—12个月才能获得数据结果发表的时间减少到9—12周。这套完整的系统具备蛋白质组研究所需的众多功能：2-D电泳、图像获取、2-D胶分析、蛋白样品切割、蛋白消化、MALDI样品准备、消化及点样、数据分析整合，再加上制备好的胶、试剂及附件，使研究工作可以立即展开。此套设备为进行蛋白质组学研究的利器,大大加速了蛋白质分离和鉴定的速度。该系统主要由以下几部分组成： 一、2-D电泳系统（Investigator? 2-D Electophoresis System） 该系统主要进行2D PAGE第一向等电聚焦凝胶电泳和第二向SDS-PAGE电泳，设备包括2-D电泳系统所需的各种设备，如pHaser?（IPG胶条电泳）、管状制胶设备、二维电泳装置、电源设备、半导体冷却器及各种相关的蛋白纯化试剂盒。 产品特征： * 提供2D PAGE电泳所需的各种设备，使电泳更加简便，大大节约研究时间 * 高分辨率：有效的第一向等电聚焦凝胶电泳和23cm X 23cm第二向SDS-PAGE大面积板胶提供清晰的电泳图像，有效提高单体、磷酸化和糖基化蛋白的分离 * 大容量：可同时容纳15块1mm一维管状胶，或8块2-3mm管状胶；10块IPG胶条和10块二维电泳板胶 * 灵活性：该系统用于管状胶、IPG 胶条、预制胶、自制胶和SDS PAGE胶使用 * 恒温：高效的半导体制冷装置保证电泳体系温度恒定，温度变化< 0.5℃ * 专门为高分辨率2D PAGE而设计的电源系统 * 提供超纯的相关化学试剂和药品

蛋白质合成分选定位

细胞中蛋白质合成分选、定位的机制 一．蛋白质合成 定义：在核糖体的作用下，mRNA携带的遗传信息翻译成蛋白质。 蛋白质合成（多肽链合成）的基本过程： 1.氨基酸激活。a.将氨基酸的羧基激活成易于形成肽键的形式。b.每一个新氨基酸和 mRNA编码信息之间建立联系。从而使氨基酸和特定tRNA结合。 2.起始。 mRNA+核糖体小亚基+起始氨酰基-tRNA +核糖体大亚单位=起始复 合物 3.肽链延长。 tRNA和mRNA对应的密码子配对携带有一个氨基酸的tRNA 被安放到核糖体上此氨基酸和前一个氨基酸共价键合，肽链延长。该阶段的核心是形成肽键，将单个氨基酸连接成多肽链。 4.合成终止，肽链释放。 mRNA上的终止密码子即是终止信号，当携带新生肽链的 核糖体抵达终止密码子，多肽链合成终止，核糖体大小亚基分离，多肽链从核糖体上释放出来。 5.折叠和翻译后加工。包括多肽链的折叠剪接、化学修饰、空间组装。 二．蛋白质分选定位 定义：蛋白质从起始合成部位转运到其发挥功能发挥部位的过程。绝大多数蛋白质都是由核基因编码，或在游离核糖体上合成，或在糙面内质网膜结合核糖体上合成。但是蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各个区间或组分，所以需要不同的机制以确保蛋白质分选，转运至细胞的特定部位。 1.核基因编码的蛋白质的分选途径： ①.后翻译转运途径 在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋白。 ②.共翻译转运途径 蛋白质合成在游离核糖体上起始之后，由信号肽及其和之结合的SRP引导转移至糙面内质网，然后新生肽链边合成边转入糙面内质网腔或定位在ER膜上，经转运膜泡

质谱技术在蛋白质组学研究中的应用_甄艳

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

细胞蛋白分选机制整理

题目：1.用自己的语言复述课堂列出的四组关于信号肽的实验，分析其产物为何有所不同；根据这些实验结果构建的信号肽学说要点有哪些？ 2.请整理线粒体、质体、内膜系统、膜泡系统、细胞核等章节有关蛋白分选内容，详细描述细胞内蛋白分选机制。 1. 共四组实验，在第一组（对照组）中加入含编码信号序列的mRNA，第二组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，第三组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，DP，第四组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，DP，微粒体。 实验结果：第一组产生含信号肽的完整多肽，第二组合成70～100氨基酸残基后，肽链停止延伸，第三组产生含信号肽的完整多肽，第四组信号肽切除，多肽链进入微粒体中。 产物不同的原因： 组2：SRP 有Alu和S 两个结构域，它们同RNA 相互连接。其中Alu结构域由SRP9 和SRP14 组成，结合到7S RNA的5'端和3'端序列。SRP 能识别并结合在游离核糖体上新合成蛋白质的信号肽。当它与信号肽结合后，多肽合成就暂时中止，所以会只形成70~100氨基酸残基。 组3：DP与SRP结合后，解除了SRP 对核糖体肽链合成的抑制，新生链继续合成延长。 组3：微粒体中含有内质网和核糖体，加入之后，多肽链会进入其中被加工，信号肽则被信号肽酶水解。

信号肽学说要点： 分泌蛋白先在游离核糖体上开始合成-----当其N端的信号肽延伸出核糖体后，被胞质中的SRP识别并结合-----rER膜上的SR识别并结合SRP----信号肽的疏水核心与膜结合-----新形成的多肽链进入内质网----信号肽被信号肽酶水解-------新生肽链通过蛋白转运子进入内质网腔中--------核糖体移到mRNA的终止密码子，蛋白质合成结束，核糖体重新处于游离状态。 2． 线粒体： 线粒体中有1000 多种蛋白质，它本身的DNA 及核糖体只能合成其中少数蛋白质，其余的线粒体蛋白质都是由核DNA编码的，在胞质游离核糖体上合成后运输到线粒体中 由线粒体的核糖体合成的蛋白，以共翻译运输（co-translational transport）的方式插入到线粒体内膜， 在细胞质核糖体上合成的蛋白，以翻译后运输（post-translational transport）的方式转运到线粒体中。 （1）在胞质核糖体上合成的蛋白质，大都以前体形式存在。多由N端的一段导肽和成熟形式的蛋白质组成。（2）蛋白质通过膜时，在外膜上有专一性不很强的受体参与作用。（3）蛋白质通过膜需要水解ATP和利用质子动势的能量过程。（4）导肽引导蛋白质前体，在受体及转运子的作用下，通过内、外膜的接触点，运输到线粒体的基质中。（5）导肽对所牵引的蛋白质无特异性。（6）蛋白质运送时需要一些分子伴侣使蛋白进行折叠状态与解折叠状态的转变。（7）前体蛋白运入线粒体后，需要蛋白酶切除导肽，再折叠成成熟蛋白。 线粒体膜上存在前体蛋白转运子，外膜上的TOM、SAM，内膜上TIM23、TIM22、

蛋白质组学研究的基本步骤

请简述蛋白质组学研究的基本步骤 1.蛋白质样品的制备：蛋白质样品的制备是蛋白质组学研究的首要环节，也是最为重要的部分。蛋白质样品的质量直接影响到科学研究的真实性和可信度。 2.蛋白质的分离：双向凝胶电泳技术是目前最基础和常用的蛋白质分离方法，它能将数千种蛋白质同时分离与展示的分离技术。双向电泳分为等电聚焦电泳和SDS-PAGE两个步骤，即先进行等电聚焦电泳，按照pI的不同将蛋白分离，然后再进行SDS-PAGE按照分子量的大小不同对蛋白进行分离。IPG胶条的应用，大大提高了双向电泳的重复性。 3. 蛋白质双向电泳凝胶的染色。目前双向电泳凝胶的染色的方法有3种，分别为考马斯亮蓝染色法、银染法和荧光染色法。考马斯亮蓝染色法，操作简便，无毒性，染色后的背景及对比度良好，与下游的蛋白质鉴定方法兼容，但灵敏度较低，可以检测到30～100 ng蛋白质。银染法是一种较为流行的染色方法，银染成本较低，灵敏度高，可检测少到2～5ng的蛋白。荧光试剂显色对蛋白质无固定作用，与质谱兼容性好，而其灵敏度与银染相仿，但线性范围要远高于银染，这使二维电泳分离蛋白质的荧光检测受到普遍关注和应用。 4.双向电泳凝胶图像的采集与分析：图像采集系统通过投射扫描根据吸光度的大小获碍蛋白质点的光密度信息。一般来说，该光密度值与蛋白质点的表达丰度成正比，以便于软件分析时的定量比较。完成图像采集后采用ImageMaster等图像分析软件进行分析。分析步骤：蛋白质点检测、背景消减、归一化处理、蛋白质点匹配。 5.蛋白质鉴定：蛋白质鉴定是蛋白质组学研究中的核心内容。目前蛋白质鉴定技术主要有Edman 降解法测序、质谱。质谱是目前最常用的蛋白质鉴定方法。质谱技术的基本原理是带电粒子在磁场或电场中运动的轨迹和速度依粒子的质量与携带电荷之比质荷比( m/z) 的不同而变化，可以据此来判断粒子的质量和特性。质谱完成后利用蛋白质的各种属性参数如相对分子质量、等电点、序列、氨基酸组成、肽质量指纹谱等在蛋白质数据库中检索，寻找与这些参数相符的蛋白质。

细胞内蛋白质的分选和运输

细胞内蛋白质的分选和运输 蛋白质在细胞质基质中合成后，按其氨基酸序列中分选信号(sorting signal)的有无以 及分选信号的性质被选择性地送到细胞的不同部位，这一过程称为蛋白质分选(protein sorting)和蛋白质靶向运输(protein targeting)。另外，细胞外的蛋白质经胞吞作用进入 细胞内部，也经历分选和靶向运输过程。细胞中每一种蛋白质只有到达正确的位置才能行使 其功能，如 RNA和DNA聚合酶必须送到细胞核中才能参与核酸的合成；酸性水解酶必须送 到溶酶体才能进行大分子的降解作用。因此，细胞内蛋白质的分选和运输对于维持细胞的结 构与功能、完成各种细胞生命活动都是非常重要的。 细胞内蛋白质的分选信号以及运输途径和方式 号肽通常引导蛋白质从细胞质基质进入内质网、线粒体和细胞核，同时也引导蛋白质从 细胞核送回到细胞质基质以及从高尔基体送回到内质网；信号斑则引导一些其他分选过程， 如在内质网合成的溶酶体酶蛋白上存在一种信号斑，在高尔基体的CGN中可被N-乙酰氨基 葡萄糖磷酸转移酶所识别，从而使溶酶体酶蛋白上形成新的分选信号M-6-P，进一步在TGN 中被M-6-P受体识别,并分选进入运输小泡最终送到溶酶体（详见第十章）。 每一种信号序列引导蛋白质到达细胞内一个特定的目的地（表10-1）。要运送到内质网 的蛋白质，在其N-末端有一段信号肽，其中间部分有5-10个疏水氨基酸。带有这种信号肽 的蛋白质，都会被运送到内质网，并进一步被运送到高尔基体，其中一部分蛋白质在C-末 端还带有一个由4个氨基酸组成的信号肽，它们在高尔基体的CGN部位被识别并被送回内质 网，是内质网驻留蛋白质；要运送到线粒体的蛋白质，在其N-末端带有一种信号肽，其信 号序列中带阳电荷的氨基酸和疏水氨基酸呈交替排列；要运送到过氧化物酶体的蛋白质，在 其C-末端有一种由三个特征性氨基酸组成的信号肽；要运送到细胞核的蛋白质，其信号肽 中有一串带阳电荷的氨基酸，这一信号序列可位于蛋白质的任何部位。 表10-1 几种典型的信号序列 （引自Alberts等，2002） ________________________________________________________________________ 信号序列的功能信号序列 _________________________________________________________________________ 输入到细胞核 -Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- 从细胞核输出 -Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile- N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys- 输入到线粒体+H 3 Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu- 输入到过氧化物酶体 -Ser-Lys-Leu-COO- N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile- 输入到内质网+H 3 Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys- Glu-Val-Phe-Gln- 回输到内质网 -Lys-Asp-Glu-Leu-COO- _________________________________________________________________________ 一、细胞内蛋白质运输的途径

蛋白质组学及其研究方法与进展

蛋白质组学及其研究方法与进展 蛋白质是生命活动的体现者，基因的表达最后是通过蛋白质来体现的，在这个过程中，蛋白质起了连接基因与表现的功能。蛋白质是有氨基酸组成的，组成蛋白质的氨基酸的种类及排列顺序构成了蛋白质的一级结构，而在一级机构基础上的多肽链本身的折叠和盘绕方式构成了蛋白质的二级结构，考虑到多肽链上原子在空间的分布，由二级结构进一步形成了蛋白质的三级结构，对于有多个亚基的蛋白质还存在四级结构。 蛋白质的一级结构决定了高级结构，而高级结构则决定着蛋白质的生物学功能。如今对于蛋白质研究已经单独形成了一个活跃的生物学分支学科―――蛋白质组学，在蛋白质的研究中发挥着很重要的作用，下面将介绍蛋白质组学的一些基本内容及研究进展。 一.产生背景[1] 在20世纪中后期随着DNA双螺旋结构的提出和蛋白质空间结构的解析，生命科学研究进入了分子生物学时代，对遗传信息载体DNA和生命功能的体现者蛋白质的研究，成为了其主要内容。90年代初期启动的庞大的人类基因组计划．在经过各国科学家多年的努力下，已经取得了巨大的成就。10多种低等模式生物的基因组序列测定L三完成；第一个多细胞生物一线虫基因组的DNA全序列测定也在1998年年底完成；人类所有基因的部分序列测定(EST)已经完成；人类基因组的全序列测定有可能提前到2003年完成。生命科学已跨入了后基因组时代。在后基因组时代，研究重心将从揭示生命的所有遗传信息转移到在整体水平上对功能的研究。这种转向的第一个标志是产生了功能基因组学这一新学科，即从基因组整体水平上对基因的活动规律进行阐述。如在mRNA 水平上，通过DNA 芯片(DNA chips)和微阵列(Microarray)法等技术检测大量基因的表达模式，并取得了很好的进展。但是，mRNA的表达水平(包括mRNA的种类和含量)由于mRNA储存和翻译调控以及翻译后加工等的存在．并不能直接反映蛋白质的表达水平}蛋白质自身特有的活动规律，如蛋白质的修饰加工、转运定位结构形成、代谢、蛋白质与蛋白质及其他生物大分子的相互作用等．均无法从在基因组水平上的研究获知。因此，对生物功能的主要体现者或执行者一蛋白质的表达模式和功能模式的研究就成为生命科学发展的必然。在此背景下．80年代中期，国际上葫发了一门研究细胞内垒部蛋白质的组成及其活动规律的新兴学科- 蛋白质组学(Proteomic)。 蛋白质组(proteome)一词是马克.威尔金斯(Marc Wilkins)最先提出来的, 最早见诸于1995年7月的“Electrophoresis”杂志上它是指一个有机体的全部蛋白质组成及其活动方式。蛋白质组研究虽然尚处于初始阶段, 但已经取得了一些重要进展。当前蛋白质组学的主要内容是, 在建立和发展蛋白质组研究的技术方法的同时, 进行蛋白质组分析。对蛋白质组的分析工作大致有两个方面。一方面,通过二维凝胶电泳得到正常生理条件下的机体、组织或细胞的全部蛋白质的图谱, 相关数据将作为待检测机体、组织或细胞的二维参考图谱和数据库。一系列这样的二维参考图谱和数据库已经建立并且可通过联网检索。二维参考图谱

蛋白质组学的研究进展及应用

《蛋白质工程》 （课程论文）题目名称：蛋白质组学技术的研究进展及应用 所在学院：生命科学与技术学院 专业（班级）：生技131班 学生姓名：梁健 授课教师：韩晓菲

蛋白质组学技术的研究进展及应用 生技131班梁健13772025 摘要：随着人类基因组计划全部测序的初步完成，研究重点转到对基因功能的研究上。蛋白质作为基因功能的主要体现者，对其表达模式和功能的研究成为热点，出现了蛋白质组学。研究蛋白质组学有助于了解蛋白的结构、细胞的功能、生命的本质及活动规律，为疾病的诊断、治疗、疫苗及新药开发提供科学依据。关键词：蛋白质组学；进展；应用 蛋白质组学(proteomics)是产生于20世纪90年代中期的一门新兴学科，以 细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式为研究对象，是后基因组时代生命科学研究的核心内容。蛋白质组学的产生与发展经历了一个漫长的过程，在这个过程中，研究者不断修正蛋白质组学的发展方向和推进蛋白质组学相关支撑技术的快速 发展，进而拓展蛋白质组学在整个生命科学和生物医学研究中的应用，成为后基因组时代重要的研究新领域，并成功地应用到基础研究及医学研究等各个领域，推进其迅速发展。 1 蛋白质组学的概念及研究内容 1.1蛋白质组学的概念 蛋白质组(proteome)源于protein和genome两词的杂合，最早是由澳大利亚 的WILKINS等于1995年提出，其定义为“一种基因组所表达的全部蛋白质”。早期相对狭义的蛋白质组的概念是指在某一特定的时间和空间条件下，1个细胞的基因组所表达的蛋白质数目的总和。随着研究的深入，人们提出了广义的蛋白质组的概念，用来描述1个细胞、组织、器官或1个物种的生命个体，在其不同的生存及发育条件下所表达的各种蛋白数目的总和。所以蛋白质组所含的蛋白数目及其表达量是随着时间和空间的不同而不断发生变化的。蛋白质组学最有价值的优势是它可以观察在特定的时间下一个完整的蛋白质组或蛋白亚型在某种生理 或病理状态中，发生的相应的变化。 1.2 研究内容 根据研究内容的不同，蛋白质组学可分为差异蛋白质组学(或称表达蛋白质 组学)、结构蛋白质组学和功能蛋白质组学，其中差异蛋白质组学在蛋白质组学 研究中十分常用且应用广泛。差异蛋白质组学主要是研究比较在2种或多种不同条件下蛋白质组表达的差异变化。结构蛋白质组学主要是蛋白质表达模式的研究，包括蛋白质氨基酸序列分析及空间结构的解析。蛋白质表达模式的研究是蛋白质组学研究的基础内容，主要研究特定条件下某一细胞或组织的所有蛋白质的表征问题。功能蛋白质组学主要是蛋白质功能模式的研究，包括蛋白质的功能和蛋白

蛋白质组学主要研究技术

蛋白质组学主要研究技术 目前蛋白质组学的研究手段主要依靠分离技术、质谱技术和生物信息学的发展。分离技术要求达到高分辨率和高重复率，质谱技术主要包括MALDI-TOF、Q-TOF与MS/MS等质谱设备以及样品的预处理，生物信息学则利用算法的改进和数据库查询比对的完善提高数据结果的判断。 1. 蛋白质组学的分离技术 目前蛋白质组学研究广泛采用的是双向电泳技术。高通量性、对实验要求低、操作简便快速是双向电泳具有的最大优点，它特别适合大规模的蛋白质组学研究。尽管当前蛋白质的分离技术多种多样，但目前仍然没有一种可以彻底地取代双向电泳技术。 从1975年，O’Farrells[8]等将IEF与SDS-PAGE结合创立了2D-PAGE电泳技术以来。双向电泳技术在多个方面都得到了提高和改进：(1) IPG胶条的使用。传统的载体两性电解质等电聚焦存在上样量小、长时间电泳过程中pH梯度不稳定、阴极漂移现象及其导致的碱性蛋白损失、不同批次间重复性差等问题。IPG 胶条的使用使这些问题得到了极大的改善，这使蛋白质双向电泳数据库的建立成为现实；(2) 样品制备：蛋白质样品的质量好坏从根本上决定了电泳最终结果的好坏。双向电泳的样品制备有两个关键点，即如何使样品中蛋白质充分溶解以及尽可能减少影响等电点聚焦的杂质，特别是带电杂质。采用超声或核酸酶处理的方法可以去除核酸，超速离心可除去脂类和多糖，透析、凝胶过滤或沉淀/重悬法可以降低盐浓度。近来的研究发现磺基甘氨酸三甲内盐（ASB14-16）的裂解效果最好，而2mol/l的硫脲和4%的表面活性剂CHAPS的混合液能促使疏水蛋白从IPG到第二相胶的转换。以三丁基膦（TBP）取代β-巯基乙醇或DTT，可以完全溶解链间或链内的二硫键，增强了蛋白质的溶解度，并促进蛋白质向第二向的转移。 另外，双向电泳中对低丰度蛋白的分离识别比较困难，除了显色技术的局限外，还存在容易被高丰度蛋白掩盖的问题，这样得到的蛋白质图谱很不完整，经常会忽略那些在生命过程中发挥重要功能的微量活性分子。解决方案包括增加上样量、对样品进行分级纯化从而富集低丰度蛋白、采用更高灵敏度的显色方法，

蛋白质组学研究(完整版)

蛋白质组学 第一课概论 一、蛋白质组学（Proteomics） 90年代初期开始实施的人类基因组计划，在经过各国科学家近10年的努力下，已经取得了巨大的成就。不仅完成了十余种模式生物（从大肠杆菌、酿酒酵母到线虫）基因组全序列的测定工作，还有望在2003年提前完成人类所有基因的全序列测定。那么，知道了人类的全部遗传密码即基因组序列，就可以任意控制人的生老病死吗？其实并不是这么简单。基因组学（genomics）虽然在基因活性和疾病的相关性方面为人类提供了有力根据,但实际上大部分疾病并不是因为基因改变所造成。并且，基因的表达方式错综复杂，同样的一个基因在不同条件、不同时期可能会起到完全不同的作用。关于这些方面的问题，基因组学是无法回答的。所以，随着人类基因组计划的逐步完成，科学家们又进一步提出了后基因组计划，蛋白质组（proteome）研究是其中一个很重要的内容。 那么，基因组和蛋白质组到底有什么联系？我们可以这样理解生命，遗传信息从DNA（基因）转变为一种被称作mRNA的中间转载体，然后再合成各式各样的结构蛋白质和功能蛋白质，构成一种有机体，完成生命的功能。基因→ mRNA→蛋白质，三位一体，构成了遗传信息的流程图，这即是传统的中心法则。现在已经证明，一个基因并不只存在一个相应的蛋白质，可能会有几个，甚至几十个。什么情况下会有什么样的蛋白，这不仅决定于基因，还与机体所处的周围环境以及机体本身的生理状态有关。并且，基因也不能直接决定一个功能蛋白。实际上，往往是通过基因的转录、表达产生一个蛋白质前体，在此基础上再进行加工、修饰，才成为一个具生物活性的蛋白质。这样的蛋白质还通过一系列的运输过程，到组织细胞内适当的位置才能发挥正常的生理作用。基因不能完全决定这样的蛋白质后期加工、修饰以及转运定位的全过程。而且，这些过程中的任何一个步骤发生微细的差错即可导致机体的疾病。纽约Rockefeller大学的细胞和分子生物学家Günter Blobel博士就是因其“蛋白质内在的信号分子活性，调节自身的细胞内转运和定位”研究上的卓越成就，获得了1999年诺贝尔医学奖和生理学奖。

蛋白质组学研究进展与趋势综述

蛋白质组学研究进展与趋势 蛋白质组（proteome）一词，源于蛋白质（protein）与基因组（genome）两个词的杂合，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。1 994 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。2001 年的Science 杂志已把蛋白质组学列为六大研究热点之一，其“热度”仅次于干细胞研究，名列第二。蛋白质组学的受关注程度如今已令人刮目相看。本文就蛋白质组学研究相关技术与趋势等方面进行简要综述。 1．蛋白质组学研究的研究意义和背景 随着人类基因组计划的实施和推进，生命科学研究已进入了后基因组时代。在这个时代，生命科学的主要研究对象是功能基因组学，包括结构基因组研究和蛋白质组研究等。尽管现在已有多个物种的基因组被测序，但在这些基因组中通常有一半以上基因的功能是未知的。目前功能基因组中所采用的策略，如基因芯片、基因表达序列分析(Serial analysisof gene expression, SAGE)等，都是从细胞中mRNA 的角度来考虑的，其前提是细胞中mRNA 的水平反映了蛋白质表达的水平。但事实并不完全如此，从DNA mRNA 蛋白质，存在三个层次的调控，即转录水平调控(Transcriptional control )，翻译水平调控(Translational control)，翻译后水平调控(Posttranslationalcontrol )。从mRNA 角度考虑，实际上仅包括了转录水平调控，并不能全面代表蛋白质表达水平。实验也证明，组织中mRNA 丰度与蛋白质丰度的相关性并不好，尤其对于低丰度蛋白质来说，相关性更差。更重要的是，蛋白质复杂的翻译后修饰、蛋白质的亚细胞定位或迁移、蛋白质－蛋白质相互作用等则几乎无法从mRNA 水平来判断。毋庸置疑，蛋白质是生理功能的执行者，是生命现象的直接体现者，对蛋白质结构和功能的研究将直接阐明生命在生理或病理条件下的变化机制。蛋白质本身的存在形式和活动规律，如翻译后修饰、蛋白质间相互作用以及蛋白质构象等问题，仍依赖于直接对蛋白质的研究来解决。虽然蛋白质的可变性和多样性等特殊性质导致了蛋白质研究技术远远比核酸技术要复杂和困难得多，但正是这些特性参与和影响着整个生命过程。 传统的对单个蛋白质进行研究的方式已无法满足后基因组时代的要求。这是因为：(1)生命现象的发生往往是多因素影响的，必然涉及到多个蛋白质。(2) 多个蛋白质的参与是交织成网络的，或平行发生，或呈级联因果。(3) 在执行生理功能时蛋白质的表现是多样的、动态的，并不象基因组那样基本固定不变。因此要对生命的复杂活动有全面和深入的认识，必然要在整体、动态、网络的水平上对蛋白质进行研究。因此在上世纪90 年代中期，国际上产生了一门新兴学科－蛋白质组学（Proteomics），它是以细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式为研究对象。可以说蛋白质组研究的开展不仅是生命科学研究进入后基因组时代的里程碑，也是后基因组时代生命科学研究的核心内容之一。 虽然第一次提出蛋白质组概念是在1994 年，但相关研究可以追溯到上世纪90 年代中期甚至更早，尤其是80 年代初，在基因组计划提出之前，就有人提出过类似的蛋白质组计划，当时称为Human Protein Index 计划，旨在分析细胞内的所有蛋白质。但由于种种原因，这一计划被搁浅。90 年代初期，各种技术已比较成熟，在这样的背景下，经过各国科学家的讨论，才提出蛋白质组这一

蛋白质分选

四川师范大学生命科学学院 学科：细胞生物学 题目：蛋白质分选 班级：09级3班 姓名：王强 学号：2009090344

综述：蛋白质的分选 哺乳动物细胞含有上万种蛋白质，除线粒体和植物细胞叶绿体能合成少量蛋白外，绝大多数的蛋白质或者在细胞基质游离的核糖体上合成，或在糙面内质网膜结合核糖体上合成。由于蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种膜区和组分，因此必然存在不同的机制进行蛋白质的分选，将蛋白质转运到细胞特定的部位发挥其功能。只有当蛋白质各就各位并组装成结构和功能复合体，才能参与细胞的各种生命活动。这一过程称为蛋白质的定向转运或称为蛋白质的分选。蛋白质的分选是一个涉及多种信号调控的复杂而重要的细胞生物学问题。 信号假说是1975年，G.Blobel和D.Sabatini等根据实验依据提出的，即分泌蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌蛋白到内质网上合成，然后在信号肽的指导下蛋白质边合成边通过易位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束后信号肽被切除。 蛋白质分选主要是指膜结合核糖体上合成的蛋白质, 通过信号肽,在翻译的同时进入内质网, 然后经过各种加工和修饰,使不同去向的蛋白质带上不同的标记, 最后经过高尔基体反面网络进行分选,包装到不同类型的小泡,并运送到目的地, 包括内质网、高尔基体、溶酶体、细胞质膜、细胞外和核膜等。广义的蛋白质分选也包括在游离核糖体上合成的蛋白质的定位。蛋白质是由核糖体合成的，合成之后必须准确无误地运送到细胞的各个部位，此过程称为蛋白质的分选。

（一）蛋白质分选途径大体可分为两种： 1）翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白，通过该途径进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白质，必须在分子伴侣的帮助下解折叠或维持非折叠状态，这有利于通过膜上的输入装置。最近在酵母细胞也发现有些蛋白质在细胞质基质的游离核糖体上合成，然后再转运至内质网中，可见蛋白质的分选对细胞的生活有多么重要的意义啊。 2）共翻译转运途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始后由信号肽引导移至糙面内质网，然后新生肽边合成边转入糙面内质网中，在经高尔基体加工包装运输到溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。 （二）蛋白质分选的四种基本类型： 1、蛋白质的跨膜转运：主要指在细胞质基质合成的蛋白质转运至内质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器。（其中进入内质网与进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等的机制有所不同） 2、膜泡运输：蛋白质通过不同类型的转运小泡从其糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而分选运至细胞不同的部位。其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽和融合的过

蛋白质组学研究进展

基因组研究自从开展以来已经取得了举世瞩目的成就。在过去几年中, 已经陆续完成了包括大肠杆菌、酿酒酵母、拟南芥（T. Arabidopsis）等十多种结构比较简单的生物的基因组DNA的全序列分析。线虫(C.elegans)的基因组DNA测序工作已基本完成。规模更为庞大的人类基因组计划预期在本世纪初(2003～2005年)也将完成全部基因组DNA的序列分析。这些进展是非常令人振奋的。但是也随之产生了新问题。大量涌出的新基因数据迫使我们不得不考虑这些基因编码的蛋白质有什么功能这个问题。不仅如此, 蛋白质作为生物功能的主要载体，拥有自身特有的活动规律，在细胞合成蛋白质之后, 这些蛋白质往往还要经历翻译后的加工修饰、转运定位、结构变化、蛋白质与蛋白质间、蛋白质与其他生物大分子的相互作用等，也就是说, 一个基因对应的不是一种蛋白质而可能是几种甚至是数十种。包容了数千甚至数万种蛋白质的细胞是如何运转的？或者说这些蛋白质在细胞内是怎样工作、如何相互作用、相互协调的？这些问题远不是基因组研究所能回答得了的。因为基因组学有这样的局限性，促使人们从整体水平上探讨细胞蛋白质的组成及其活动规律。 为了充分了解和全面认识生命活动的奥秘，90年代中期，在人类基因组研究计划的基础上，萌发了一门新兴的学科¾蛋白质组学(proteomics)，即从蛋白质组的水平进一步认识生命活动的机理和疾病发生的分子机制。科学家们预测，随着人类基因组全部测序工作的完成，21世纪生命科学的研究重心将从基因组学转移到蛋白质且学，生命科学领域内一个崭新的时代¾蛋白质组时代即将开始。

1994年，澳大利亚Macquarie大学的Wilkins和Williams首先提出了蛋白质组（Proteome）的概念，最早见诸于1995年7月的“Electrophoresis”杂志上, 它是指一个有机体的全部蛋白质组成及其活动方式。早期定义为：微生物基因组表达的整套蛋白质，在多细胞微生物中，整套蛋白质指一种组织或细胞表达的蛋白质，后来定义为：一个基因组所表达的蛋白质。但是，从基因表达的角度来看，蛋白质组的蛋白质数目总是少于基因组的基因数目。从蛋白质修饰的角度来看，蛋白质组的蛋白质数却多于其相应的ORF数目，因为mRNA的剪切和编辑可使一个ORF产生数种蛋白质，蛋白质翻译后的修饰，如糖基化、磷酸化同样增加蛋白质的种类，氨基酸序列一致的一级结构在一定条件下可以形成功能完全不一样的具有不同空间结构的蛋白质，如朊病毒。故"蛋白质组内蛋白质数目要多于基因组内的基因数目"。 蛋白质组研究虽然尚处于初始阶段, 但已经取得了一些重要进展。当前蛋白质组学的主要内容是, 在建立和发展蛋白质组研究的技术方法的同时, 进行蛋白质组分析。对蛋白质组的分析工作大致有两个方面。一方面, 通过二维凝胶电泳得到正常生理条件下的机体、组织或细胞的全部蛋白质的图谱, 相关数据将作为待检测机体、组织或细胞的二维参考图谱和数据库。一系列这样的二维参考图谱和数据库已经建立并且可通过联网检索。二维参考图谱建立的意义在于为进一步的分析工作提供基础。蛋白质组分析的另一方面, 是比较分析在变化了的生理条件下蛋白质组所发生的变化。如蛋白质表达量的变化、翻译后修饰的变化, 或者可能的条件下分析蛋白质在亚细胞水平上的定位的改变等。