功能蛋白质组学 (functional proteomics)的提出

功能蛋白质组：细胞在一定阶段或与某
一生理现象相关的所有蛋白质。

介于对个别蛋白质的传统蛋白质化学研 究和以全部蛋白质为研究对象的蛋白质 组学之间。

从局部入手研究蛋白质组的各个功能亚
群体。

将多个亚群体组合起来，逐步描绘出接
（二）蛋白质组研究中的样品分离

双向凝胶电泳two-dimensional electrophoresis，2-DE)：利用蛋 白质的等电点和分子量，结合凝胶化 学特性，分离各种蛋白质的方法。
原理
第一向在高压电场下对蛋白质进行 等电聚焦(IEF), 再在第一向垂直方向上
进行第二向 SDS- 聚丙烯酰胺凝胶电泳
(SDS-PAGE)。
1975年首先由O’Farrell等创立。
特 点




可分离10～100 kD分子量的蛋白质 高灵敏度和高分辨率 便于计算机进行图像分析处理 与质谱分析匹配
第一向IEF电泳

传统O’Farrell系统双向电泳的缺陷。 Bjellgvist等发展并完善了固相pH梯 度等电聚焦技术，GÖrg等成功地将 之应用于双向电泳。 优点
各国政府支持，国际著名研究和商业机构 加盟： 1996年澳大利亚建立了世界上第一个蛋白 质组研究中心（Australia Proteome Analysis Facility，APAF）
美国国立癌症研究院（NCI）投资1 000万 美元建立肺、直肠、乳腺、卵巢肿瘤的蛋 白质组数据库。 NCI和FDA共同投资数百万美元建立癌症不 同阶段的蛋白质组数据库。 英国建立三个蛋白质组研究中心对已完成 或即将完成全基因组测序的生物体进行蛋 白质组研究。
当前主要任务
发展高通量、高灵敏度、高准 确性的研究技术平台是现在乃至相
当一段时间内蛋白质组学研究中的
主要任务。
一、蛋白质组表达模式的 研究方法
蛋白质组表达模式 （expression profile）：

研究蛋白质组的组成成分 支撑技术主要有双向凝胶电泳、 以质谱为代表的蛋白质鉴定技术
及生物信息学分析。
蛋白质组是：

对应于基因组的所有蛋白质构成的整 体，不是局限于一个或几个蛋白质。

同一基因组在不同细胞、不同组织中 的表达情况各不相同 。
在空间和时间上动态变化着的整体。

蛋白质组学(proteomics)
指应用各种技术手段来研究蛋白质组的一门
新兴科学，其目的是从整体的角度分析细胞
内动态变化的蛋白质组成成份、表达水平与
我国也于1998年启动了蛋白质组学研 究，在中科院上海生物化学研究所举办 了两次全国性的蛋白质组学研讨会
2003 成立了中国人类蛋白质组组 织（ CHHUPO ），并分别于 2003 年 9 月、 2004 年 8 月以及 2005 年 8 月召开 了中国蛋白质组学首届、第二届及第三 届学术大会，2004年10月在中国北京 召开了第三届国际蛋白质组学会议。
Celera公司投资上亿美元独自启动了全 面鉴定和分类汇总人类组织、细胞和体 液中的蛋白质及其异构体，构建新一代 的蛋白质表达数据库的工作。
1997年召开了第一次国际“蛋白质组学” 会议 1998年在美国旧金山召开了第二届国际 蛋白质组学会议 1999 年 1 月在英国伦敦举行了应用蛋白
质组会议
近于生命细胞的“全部蛋白质”的蛋白
质组图谱。
二、蛋白质组学的产生与发展
背景

基因组时代 →后基因组时代 研究重点的转移及其标志
功能基因组学的主要任务

mRNA水平的基因表达研究取得进 展，但mRNA与蛋白质间的相关系 数仅为0.4～0.5

蛋白质自身特点难以从DNA和mRNA
水平得到解答
进 展
科技部已将疾病蛋白质组研究列入我国“973”
计划项目和“863”计划项目；国家自然科学基
金委员会也将“蛋白质组研究”列为重点项目。
我国在鼻咽癌、白血病、肝癌和肺癌蛋白质组
研究方面取得了较大的进展。
第二节
蛋白质组学研究方法概述
蛋白质组研究更为复杂和困难：
蛋白质数目大大超过基因数目。
蛋白质随时间和空间而变化。
（一）白 质组分进行蛋白质组分析。 也可以进行样品预分级，即将细胞 或组织中的全体蛋白质分成不同部 分，分别进行研究。

样品预分级的主要方法
蛋白质溶解性：可溶性蛋白、非溶性 蛋白等



蛋白质定位：膜蛋白、核蛋白等
蛋白质细胞器定位：线粒体、高尔基 体、叶绿体等
样品预分级主要作用在于 提高低丰度蛋白质的上样量和 检测灵敏度。
组织水平上的蛋白质组样品制备
临床样本都是各种细胞或组织 混杂，而且状态不一，如肿瘤中癌 变的上皮类细胞总是与血管、基质 细胞等混杂。
激光捕获显微切割(laser capture microdissection，LCM) 可直接在显微镜下从组织切片 中精确分离特定的细胞或细胞群。
修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联 系，揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律。
主要研究内容
了解某种特定的细胞、组 织或器官制造的蛋白质种类； 明确各种蛋白质分子是如 何形成类似于电路的网络的； 描绘蛋白质的精确三维结构，揭 示其结构上的关键部位，如与药物结 合并且决定其活性的部位。
研究对象 基础技术 研究层次
第九章 蛋白质组学的研究方法和进展
背 景
基因数量有限性和基因结构的相对稳定性
vs 生命现象的复杂性和多变性
从genomic到proteome

对蛋白质的数量、结构、性质、相互关系
和生物学功能进行全面深入的研究已成为
生命科学研究的迫切需要和重要任务。
主要内容
第一节 蛋白质组学的概念及其发展史 第二节 蛋白质组学研究方法概述 第三节 蛋白质组学在疾病研究中的应用
第一节
蛋白质组学的概念及其发展史
一、蛋白质组学的概念

蛋白质组是澳大利亚学者Williams和 Wilkins于1994年首先提出，源于蛋白 质（protein）与基因组（genome）两 个词的杂合,意指proteins expressed by a genome，即“一个细胞或一个组 织基因组所表达的全部蛋白质”。