【蛋白質組學與應用】

編輯推薦

適讀人群：本書適合從事生物工程的工作者及研究人員閱讀。

自“蛋白質組學”的概念發展以來，世界各國研究者對細胞網絡的深入瞭解獲得重要進展，但是蛋白質的豐度、動態性和相互作用等巨大的研究範圍提出了更深入的挑戰。 蛋白質組學研究領域的專家提供了詳細的科技，概述了蛋白質組學不同領域的挑戰和機會，以及成功的蛋白質組學分析實例的尖端方法。

本書從理論與實踐相結合的角度按蛋白質實際分析的時序重點介紹了當今蛋白質組學的思想、科技和原理。

內容簡介

本書從理論與實踐相結合的角度按蛋白質實際分析的時序重點介紹了當今蛋白質組學的思想、科技和原理。 以雙向電泳-質譜分析科技為基本技術路線，試圖展現出各種常用的蛋白質分離科技、蛋白質質譜鑒定科技、生物資訊學分析科技，同時對蛋白質結構、蛋白質間互作、蛋白質定量與修飾等重要的蛋白質組學範疇的科技進行描述。 此外，作者還總結了有代表性的最常用操作規程、注意事項、科技小貼士等。

本書適合從事生物工程的工作者及研究人員閱讀。

作者簡介

孟凡剛，中山大學環境科學與工程學院，教授，主要從事膜法水處理科技的研究，聚焦膜污染表徵與控制和新型汙水處理科技的研發與工程應用。 主持國家自然科學基金和國家重點研發計畫國際合作重點專案等10餘項課題。 在國際期刊發表論文100餘篇，其中在Environ. Sci. Technol. 和Water Res.發表論文20餘篇。 以第一/通訊作者所發表的論文被SCI他引3000餘次，2篇論文入選中國百篇具影響國際論文。 授權國家專利10餘項，並圍繞低碳氮比生活污水、高碳氮廢水開展示範研究和推廣應用。

目錄

1蛋白質組學導論1

1.1蛋白質組學定義及其研究目的、內容與重要性1

1.1.1蛋白質組學的誕生1

1.1.2蛋白質組學定義3

1.1.3蛋白質組學與傳統蛋白質研究4

1.1.4蛋白質組學的研究目的4

1.1.5蛋白質組學的研究內容5

1.1.6蛋白質組學的重要性7

1.2蛋白質組學發展的歷史沿革11

1.2.1現代生命科學的發展11

1.2.2蛋白質組學研究的歷程12

1.2.3蛋白質組學的發展特色13

1.2.4蛋白質組學的研究現狀15

1.2.5蛋白質組學發展的新趨勢17

1.3蛋白質組學研究的特點18

1.3.1科技的先進性18

1.3.2科技的實用性19

1.3.3學科的綜合性20

1.3.4學科的交叉性21

1.4蛋白質組學的局限性22

2蛋白質組學研究科技24

2.1比較蛋白質組學24

2.2表達蛋白質組學25

2.3功能蛋白質組學25

2.3.1功能蛋白質組學的研究途徑與重要性25

2.3.2功能蛋白質組學的科技發展26

2.3.3功能蛋白質組學的應用28

2.4結構蛋白質組學29

2.4.1結構蛋白質組學的重要性29

2.4.2結構蛋白質組學科技的發展30

2.5靶向蛋白質組學32

2.6關鍵技術的挑戰：减少樣品的複雜性33

3蛋白質樣品製備36

3.1樣品製備總則36

3.1.1主要目的38

3.1.2重要原則39

3.1.3諸要素的協調39

3.2樣品的破碎40

3.2.1根據破碎力度分類40

3.2.2根據工具不同分類42

3.2.3根據蛋白酶活性抑制劑的分類43

3.3蛋白質的分離和選取44

3.3.1蛋白質的一步選取法45

3.3.2蛋白質的分步順序選取法46

3.3.3亞細胞蛋白質樣品的預分級、選取與分離50

3.4蛋白質的純化54

3.4.1蛋白質純度的要求和目的55

3.4.2挑戰57

3.5蛋白質的裂解57

3.5.1裂解劑58

3.5.2裂解策略59

3.6蛋白質含量的測定方法59

3.6.1紫外吸收測定法60

3.6.2比色法62

3.6.3考馬斯亮藍法64

3.6.4其他測定方法64

3.6.5測定過程中應注意的一些問題65

3.7蛋白質製備過程中出現的問題和解決方法65

3.7.1裂解液的影響65

3.7.2鹽濃度的影響66

3.7.3高豐度蛋白質的去除66

3.7.4其他影響因素67

4聚丙烯醯胺凝膠電泳69

4.1概述69

4.2 PAGE的基本原理71

4.2.1連續或不連續的PAGE 72

4.2.2蛋白質分離分辯率的提高72

4.2.3凝膠基質的孔徑74

4.2.4决定蛋白質和多肽分辯率的主要因素75

4.3 SDS-PAGE電泳77

5固相化pH梯度雙向凝膠電泳80

5.1概述80

5.1.1電泳的基本原理82

5.1.2電泳的影響因素83

5.1.3電泳的分類84

5.1.4 PAGE 85

5.2第一向：固相pH梯度IEF電泳89

5.2.1蛋白質是兩性電解質90

5.2.2 pH梯度的形成91

5.2.3 IEF電泳94

5.2.4 IEF科技類型及其特點95

5.2.5固相pH梯度科技96

5.3第二向：根據分子量分離蛋白質98

5.3.1 SDS-PAGE概述98

5.3.2 2-DE科技的改進方法100

5.4雙向凝膠的染色101

5.5電泳過程中常出現的問題及解決方法102

5.5.1第一向IEF問題102

5.5.2第二向SDS-PAGE的問題102

5.5.3染色的問題103

5.6 2-DE影像的獲取與分析104

5.6.1影像的獲取104

5.6.2影像分析工具105

5.6.3影像分析流程107

5.6.4資料庫和線上比對112

6質譜在蛋白質組學中的應用114

6.1質譜發展概述114

6.2質譜儀的基本組成和工作原理116

6.2.1生物質譜儀的基本組成116

6.2.2質譜儀工作原理117

6.2.3質譜儀分類117

6.2.4進樣管道119

6.2.5離子形成的管道120

6.2.6離子質量的分析124

6.3質譜的類型130

6.3.1按應用分類130

6.3.2以質量分析器分類131

6.3.3按連接分類132

6.4質譜儀的作用135

6.4.1定性分析135

6.4.2定量分析138

6.5質譜分析的主要指標與圖譜139

6.5.1質量測定範圍139

6.5.2分辯率139

6.5.3靈敏度140

6.5.4質譜圖及其判讀140

6.6生物質譜分析科技142

6.6.1生物質譜的類型142

6.6.2基質輔助雷射解吸電離化——飛行時間質譜分析科技143

6.6.3 HPLC-ESI-MS/MS科技148

6.7串聯質譜儀的意義156

6.7.1串聯質譜數據鑒定蛋白質科技156

6.7.2串聯質譜的優點及局限性158

6.8肽譜、指紋肽譜和序列梯子159

6.8.1質譜肽譜分析159

6.8.2指紋肽譜160

6.8.3序列梯子160

6.8.4對儀器的要求162

6.9生物質譜的應用164

6.9.1科學領域中的應用164

6.9.2納米材料的製備及應用165

6.9.3同位素測定的應用165

6.9.4生物大分子的表徵165

6.10質譜術語166

7蛋白質鑒定169

7.1概述169

7.1.1發展史170

7.1.2主要方法171

7.2樣品品質控制與製備概要173

7.2.1樣品製備的前控制173

7.2.2樣品製備要點176

7.3蛋白質鑒定的内容182

7.3.1來源種類182

7.3.2蛋白質pI 182

7.3.3蛋白質分子量182

7.3.4部分序列或序列標籤183

7.3.5蛋白質中胺基酸組成183

7.4 MALDI-MS的相關分析185

7.4.1原理與特點186

7.4.2 PMF分析186

7.4.3蛋白質鑒定的軟件算灋189

7.5 ESI-MS分析190

7.5.1特點190

7.5.2上樣190

7.5.3肽序列標籤分析法191

7.6質譜鑒定科技193

7.6.1用於蛋白質鑒定的Top-down和Bottom-up策略193

7.6.2基於PMF鑒定蛋白質195

7.6.3基於多組質譜的蛋白質鑒定196

7.7用質譜數據對肽段從頭測序198

7.7.1原理198

7.7.2種類199

7.7.3肽從頭測序軟件201

7.8胺基酸組成分析法202

7.8.1原理203

7.8.2方法203

7.9 N端和C端胺基酸序列測定203

7.9.1原理204

7.9.2降解反應的步驟205

7.9.3蛋白質序列測定應注意的問題207

7.10資料獲取208

8蛋白質翻譯後修飾209

8.1概述209

8.2磷酸化蛋白質鑒定211

8.2.1磷酸化蛋白質的檢測方法215

8.2.2磷酸化蛋白質的富集218

8.2.3磷酸化肽段的富集219

8.2.4用質譜或質譜聯用檢測分析磷酸化蛋白質的特性222

8.3糖基化蛋白質的鑒定229

8.3.1糖基化蛋白質的分離與富集科技234

8.3.2糖基化蛋白質的解析235

8.4若干挑戰性239

8.4.1關於質譜分析科技239

8.4.2關於磷酸化分析的困難239

8.4.3關於糖基化研究的複雜性240

9蛋白質組學的定量研究科技242

9.1概述242

9.1.1定量科技體系242

9.1.2定量法分類243

9.2螢光定量蛋白質分析科技244

9.2.1螢光染料染色科技244

9.2.2 2D-DIGE蛋白質組科技247

9.3基於質譜的蛋白質定量分析252

9.3.1同位素標記253

9.3.2非同位素標記定量分析267

9.3.3用內標肽絕對定量267

9.3.4串聯質譜標記268

9.4蛋白質晶片科技268

9.4.1蛋白質晶片的分類269

9.4.2蛋白質晶片的應用271

10蛋白質結構分析277

10.1蛋白質的一級結構278

10.2蛋白質的二級結構279

10.2.1蛋白質二級結構預測281

10.2.2不同二級結構預測方法評估286

10.2.3二級結構預測展望287

10.3蛋白質的三級結構288

10.3.1三級結構288

10.3.2蛋白質三級結構預測290

10.4蛋白質四級結構294

10.5蛋白質的結構生物學295

10.5.1蛋白質結構的實驗測定295

10.5.2蛋白質結構分類296

10.5.3蛋白質結構與功能的關係298

10.6蛋白質結構比對300

10.6.1蛋白質結構比對原理300

10.6.2常見蛋白質結構比對方法301

10.7蛋白質結構預測的一般性304

10.7.1蛋白質預測總體流程304

10.7.2不同預測方法的評估305

11互作蛋白質組研究科技306

11.1蛋白質間互作的離體研究科技307

11.1.1蛋白質親和色譜307

11.1.2 SPR科技308

11.1.3蛋白質晶片309

11.1.4免疫共沉澱科技309

11.1.5藍色非變性膠科技310

11.2蛋白質間互作的在體研究科技312

11.2.1酵母雙雜交系統概述313

11.2.2酵母雙雜交原理314

11.2.3試驗流程315

11.2.4酵母雙雜交科技的優缺點316

11.2.5雙雜交科技的發展317

11.2.6酵母雙雜交科技的應用322

11.3未來發展方向323

12蛋白質組信息學324

12.1概述324

12.1.1蛋白質組信息學的產生與發展325

12.1.2蛋白質組信息學的研究內容325

12.1.3蛋白質組信息學的展望326

12.2蛋白質組學分析相關的生物資訊學資源327

12.2.1蛋白質生物資訊中心328

12.2.2國家蛋白質組學研究實驗室簡介330

12.2.3蛋白質資料庫332

12.2.4核酸資料庫356

12.2.5基因組資料庫358

12.2.6蛋白質通用軟件359

12.3蛋白質組信息學科技的應用366

12.3.1序列比對366

12.3.2資料庫蒐索367

12.3.3結構預測372

12.3.4藥物篩選及設計373

12.4其他生物資訊學網站373

13蛋白質組學的應用376

13.1蛋白質組學在植物上的應用376

13.1.1植物種群間蛋白質遺傳差异研究376

13.1.2植物發育相關蛋白質組研究377

13.1.3植物組織器官蛋白質組學377

13.1.4植物亞細胞蛋白質組學378

13.1.5植物環境訊號應答和適應機制蛋白質組學379

13.1.6蛋白質組學在植物病害防治機理研究中的應用380

13.1.7蛋白質組學對植物生理活動的研究383

13.1.8觀賞植物花色素苷降解研究383

13.1.9蛋白質標記遺傳作圖與候選蛋白質383

13.2蛋白質組學在動物科學中的應用385

13.2.1動物細胞蛋白質表達圖譜385

13.2.2動物遺傳與進化385

13.2.3動物生長發育規律385

13.2.4寄生蟲生活史研究386

13.2.5乳製品中的應用387

13.3蛋白質組學在微生物學研究中的應用387

13.3.1模式微生物研究387

13.3.2人類疾病病原微生物蛋白質組學研究388

13.3.3人體微生物蛋白質組389

13.3.4植物病原微生物致病機理390

13.3.5特殊生境微生物蛋白質組學390

13.3.6動物亞細胞蛋白質組392

13.4蛋白質組學在醫學中的應用392

13.4.1基於體液的疾病診斷393

13.4.2蛋白質組學在血管疾病的應用393

13.4.3神經退行性疾病394

13.4.4蛋白質組學與腫瘤394

13.5蛋白質組學現時和未來應用的方向395

14蛋白質組學的未來396

14.1組學與生物學的相關性397

14.2蛋白質組學科技的發展趨勢398

14.2.1蛋白翻譯後修飾的挑戰398

14.2.2蛋白質組學檢測的發展399

14.3蛋白質組學的下一個階段400

14.3.1臨床醫學400

14.3.2藥物靶標的識別與鑒定400

14.3.3多種科技手段交叉401

14.3.4加快我國蛋白質組學研究的發展403

14.4結語403

參考文獻404

縮略語409