蛋白质表达水平

人类基因组计划的顺利实施，使生命科学研究的重心正逐渐转到生物功能的整体研究。基因组学由于自身的局限性，它不能回答诸如：蛋白质的表达水平和表达时间，翻译后修饰以及蛋白质与蛋白质或与其他生物分子的相互作用等问题。作为基因研究的重要补充，蛋白质组学在蛋白质的水平上定量的、动态的、整体的研究生物体。蛋白质组(Proteome)概念是最早是由澳大利亚学者Wilkins和Williams于1994年提出的，即基因所能表达的全部蛋白质，更为清楚的表达是细胞或组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质。具体说它是对不同时间和空间上发挥功能的特定的蛋白质组群进行研究，进而在蛋白质的水平上探索其作模式、功能机理、调节调控以及蛋白质组群内的相互作用，从而为临床诊断、病理研究、药物筛选、新药开发、新陈代谢途径研究等提供理论依据和基础。 详情请见：[url=http://www.instrument.com.cn/hot/HA_56.htm]热点应用：蛋白质组学研究[/url]

人类基因组计划的顺利实施，使生命科学研究的重心正逐渐转到生物功能的整体研究。基因组学由于自身的局限性，它不能回答诸如：蛋白质的表达水平和表达时间，翻译后修饰以及蛋白质与蛋白质或与其他生物分子的相互作用等问题。作为基因研究的重要补充，蛋白质组学在蛋白质的水平上定量的、动态的、整体的研究生物体。蛋白质组(Proteome)概念是最早是由澳大利亚学者Wilkins和Williams于1994年提出的，即基因所能表达的全部蛋白质，更为清楚的表达是细胞或组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质。具体说它是对不同时间和空间上发挥功能的特定的蛋白质组群进行研究，进而在蛋白质的水平上探索其作模式、功能机理、调节调控以及蛋白质组群内的相互作用，从而为临床诊断、病理研究、药物筛选、新药开发、新陈代谢途径研究等提供理论依据和基础。 详情请见：[url=http://www.instrument.com.cn/hot/HA_56.htm]热点应用：蛋白质组学研究[/url]

基因组(genome)包含的遗传信息经转录产生mRNA，一个细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的mRNA称为转录子组(transcriptome)。很显然，不同细胞在不同生理或病理状态下转录子组包含的mRNA的种类不尽相同。mRNA经翻译产生蛋白质，一个细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的蛋白质称为蛋白质组(proteome)。同理，不同细胞在不同生理或病理状态下所表达的蛋白质的种类也不尽相同。蛋白质是基因功能的实施者，因此对蛋白质结构，定位和蛋白质-蛋白质相互作用的研究将为阐明生命现象的本质提供直接的基础。生命科学是实验科学，因此生命科学的发展极大地依赖于实验技术的发展。以DNA序列分析技术为核心的基因组研究技术推动了基因组研究的日新月异，而以基因芯片技术为代表的基因表达研究技术为科学家了解基因表达规律立下汗马功劳。在蛋白质组研究中，二维电泳和质谱技术的黄金组合又为科学家掌握蛋白质表达规律再铸辉煌。蛋白质组学(proteomics)就是指研究蛋白质组的技术及这些研究得到的结果。蛋白质组学的研究试图比较细胞在不同生理或病理条件下蛋白质表达的异同，对相关蛋白质进行分类和鉴定。更重要的是蛋白质组学的研究要分析蛋白质间相互作用和蛋白质的功能。蛋白质组学的研究内容包括：1.蛋白质鉴定：可以利用一维电泳和二维电泳并结合Western等技术，利用蛋白质芯片和抗体芯片及免疫共沉淀等技术对蛋白质进行鉴定研究。2.翻译后修饰：很多mRNA表达产生的蛋白质要经历翻译后修饰如磷酸化，糖基化，酶原激活等。翻译后修饰是蛋白质调节功能的重要方式，因此对蛋白质翻译后修饰的研究对阐明蛋白质的功能具有重要作用。3.蛋白质功能确定：如分析酶活性和确定酶底物，细胞因子的生物分析/配基-受体结合分析。可以利用基因敲除和反义技术分析基因表达产物-蛋白质的功能。另外对蛋白质表达出来后在细胞内的定位研究也在一定程度上有助于蛋白质功能的了解。Clontech的荧光蛋白表达系统就是研究蛋白质在细胞内定位的一个很好的工具。4.对人类而言，蛋白质组学的研究最终要服务于人类的健康，主要指促进分子医学的发展。如寻找药物的靶分子。很多药物本身就是蛋白质，而很多药物的靶分子也是蛋白质。药物也可以干预蛋白质-蛋白质相互作用。在基础医学和疾病机理研究中，了解人不同发育、生长期和不同生理、病理条件下及不同细胞类型的基因表达的特点具有特别重要的意义。这些研究可能找到直接与特定生理或病理状态相关的分子，进一步为设计作用于特定靶分子的药物奠定基础。不同发育、生长期和不同生理、病理条件下不同的细胞类型的基因表达是不一致的，因此对蛋白质表达的研究应该精确到细胞甚至亚细胞水平。可以利用免疫组织化学技术达到这个目的，但该技术的致命缺点是通量低。LCM技术可以精确地从组织切片中取出研究者感兴趣的细胞类型，因此LCM技术实际上是一种原位技术。取出的细胞用于蛋白质样品的制备，结合抗体芯片或二维电泳-质谱的技术路线，可以对蛋白质的表达进行原位的高通量的研究。很多研究采用匀浆组织制备蛋白质样品的技术路线，其研究结论值得怀疑，因为组织匀浆后不同细胞类型的蛋白质混杂在一起，最后得到的研究数据根本无法解释蛋白质在每类细胞中的表达情况。虽然培养细胞可以得到单一类型细胞，但体外培养的细胞很难模拟体内细胞的环境，因此这样研究得出的结论也很难用于解释在体实际情况。因此在研究中首先应该将不同细胞类型分离，分离出来的不同类型细胞可以用于基因表达研究，包括mRNA和蛋白质的表达。LCM技术获得的细胞可以用于蛋白质样品的制备。可以根据需要制备总蛋白，或膜蛋白，或核蛋白等，也可以富集糖蛋白，或通过去除白蛋白来减少蛋白质类型的复杂程度。相关试剂盒均有厂商提供。蛋白质样品中的不同类型的蛋白质可以通过二维电泳进行分离。二维电泳可以将不同种类的蛋白质按照等电点和分子量差异进行高分辨率的分离。成功的二维电泳可以将2000到3000种蛋白质进行分离。电泳后对胶进行高灵敏度的染色如银染和荧光染色。如果是比较两种样品之间蛋白质表达的异同，可以在同样条件下分别制备二者的蛋白质样品，然后在同样条件下进行二维电泳，染色后比较两块胶。也可以将二者的蛋白质样品分别用不同的荧光染料标记，然后两种蛋白质样品在一块胶上进行二维电泳的分离，最后通过荧光扫描技术分析结果。胶染色后可以利用凝胶图象分析系统成像，然后通过分析软件对蛋白质点进行定量分析，并且对感兴趣的蛋白质点进行定位。通过专门的蛋白质点切割系统，可以将蛋白质点所在的胶区域进行精确切割。接着对胶中蛋白质进行酶切消化，酶切后的消化物经脱盐/浓缩处理后就可以通过点样系统将蛋白质点样到特定的材料的表面（MALDI-TOF）。最后这些蛋白质就可以在质谱系统中进行分析，从而得到蛋白质的定性数据;这些数据可以用于构建数据库或和已有的数据库进行比较分析。实际上像人类的血浆，尿液，脑脊液，乳腺，心脏，膀胱癌和磷状细胞癌及多种病原微生物的蛋白质样品的二维电泳数据库已经建立起来，研究者可以登录www.expasy.ch/www/tools.html等网站进行查询，并和自己的同类研究进行对比分析。Genomic Solution可以为研究者提供除质谱外的所有蛋白质组学研究工具，包括二维电泳系统，成像系统及分析软件，胶切割系统，蛋白质消化浓缩工作站，点样工作站等；同时还可以提供相关试剂和消耗品。LCM-二维电泳-质谱的技术路线是典型的一条蛋白质组学研究的技术路线，除此以外，LCM-抗体芯片也是一条重要的蛋白质组学研究的技术路线。即通过LCM技术获得感兴趣的细胞类型，制备细胞蛋白质样品，蛋白质经荧光染料标记后和抗体芯片杂交，从而可以比较两种样品蛋白质表达的异同。Clontech最近开发了一张抗体芯片，可以对378种膜蛋白和胞浆蛋白进行分析。该芯片同时配合了抗体芯片的全部操作过程的重要试剂，包括蛋白质制备试剂，蛋白质的荧光染料标记试剂，标记体系的纯化试剂，杂交试剂等。对于蛋白质相互作用的研究，酵母双杂交和噬菌体展示技术无疑是很好的研究方法。Clontech开发的酵母双杂交系统和NEB公司开发的噬菌体展示技术可供研究者选用。关于蛋白质组的研究，也可以将蛋白质组的部分或全部种类的蛋白质制作成蛋白质芯片，这样的蛋白质芯片可以用于蛋白质相互作用研究，蛋白表达研究和小分子蛋白结合研究。Science，Vol.293，Issue 5537，2101-2105，September 14，2001发表了一篇关于酵母蛋白质组芯片的论文。该文主要研究内容为：将酵母的5800个ORF表达成蛋白质并进行纯化点样制作芯片，然后用该芯片筛选钙调素和磷脂分子的相互作用分子。最后有必要指出的是，传统的蛋白质研究注重研究单一蛋白质，而蛋白质组学注重研究参与特定生理或病理状态的所有的蛋白质种类及其与周围环境(分子)的关系。因此蛋白质组学的研究通常是高通量的。适应这个要求，蛋白质组学相关研究工具通常都是高度自动化的系统，通量高而速度快，配合相应分析软件和数据库，研究者可以在最短的时间内处理最多的数据。

如果靶基因亚克隆在含有T7启动子的表达载体（如质粒载体pET-22b和pET-15b等）上，那么重组质粒应转化入λDE3溶源菌菌株 中，以进行靶基因的表达。 （一） 溶菌酶-DNase I-反复冻融裂解菌体法1. 单菌落接入4ml LB培养液中，过夜培养。再以1:20转接至2管4 ml LB培养液中，当OD600为0.6-0.8时，一管加IPTG诱导，另一管不加IPTG作对照。2. 离心收集菌体，每管加Binding buffer 100 μl，DNase I (2,000 u/ml) 10 μl，溶菌酶 (2 mg/ml) 5 μl。菌体充分悬浮后，在-20℃放置20分钟，室温融化，如此反复冻融8-10次。3. 吸取20 μl加入一洁净的EP管中，12,000 rpm离心10分钟，上清和沉淀分别进行SDS-PAGE电泳，以判断靶蛋白质主要以溶解形式还是以包涵体形式存在。 （二） 超声波裂解菌体法1. 单菌落接入4 ml LB培养液中，过夜培养。其中2 ml过夜培养物用于菌种保存和DNA测序，另

[font=宋体][font=宋体]无细胞蛋白表达是一种体外重组蛋白质表达技术也称为无细胞蛋白质合成技术（[/font][font=Calibri]CFPS[/font][font=宋体]：[/font][font=Calibri]Cell-free protein synthesis[/font][font=宋体]），是指用含有蛋白合成必需的组分（核糖体，转运[/font][font=Calibri]RNA[/font][font=宋体]，氨酰合成酶，启动[/font][font=Calibri]/[/font][font=宋体]延伸[/font][font=Calibri]/[/font][font=宋体]终止因子，三磷酸鸟苷，[/font][font=Calibri]ATP[/font][font=宋体]，[/font][font=Calibri]Mg2+[/font][font=宋体]和[/font][font=Calibri]K+[/font][font=宋体]）的细胞裂解物在体外进行蛋白合成。无细胞蛋白表达技术适用于制备各种类型的蛋白质，包括难表达蛋白质、毒性蛋白质、复杂蛋白质等。在药物研究、生物制造和生命科学等领域中得到广泛关注和应用，无论是研究、开发还是商业化应用过程。目前无细胞蛋白表达主要应用于药物研发领域，例如抗体制备和生物药物生产等。随着人工智能技术的不断发展，无细胞蛋白表达技术可以与人工智能算法结合，构建计算机辅助的高通量生产系统，实现个性化、精准的生物医学治疗。除此之外，还能够应用于其他领域，例如基因工程、环境保护和农业生产等。随着无细胞蛋白表达技术的不断发展和人工智能技术的不断进步，我们可以看到更多的新领域和新应用出现，给生物科技行业带来更多的机遇和挑战。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][b][font=宋体]相较于传统的活细胞蛋白表达技术，无细胞蛋白表达技术具有以下几个显著的优势：[/font][/b][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]1. [/font][font=宋体]更高的蛋白质表达量：传统的活细胞蛋白表达技术受限于细胞本身的多方面因素，其表达的蛋白质数量往往受到限制。而无细胞蛋白表达技术通过在体外底物浓度高的环境中进行合成反应，不但避免了传统活细胞表达所面临的方方面面的限制，还能够很好地控制反应体系，从而获得表达量更高的蛋白质。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]2. [/font][font=宋体]更快的表达速度：传统活细胞蛋白表达需要细胞生长并达到最佳密度才能进行蛋白质表达，这个过程往往需要数天时间。而无细胞蛋白表达技术通常只需要数小时就能够完成蛋白质的表达，这个速度明显快于传统活细胞表达技术。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]3. [/font][font=宋体]更精准的蛋白质合成：无细胞蛋白表达技术在体外进行蛋白质合成，能够精确控制底物浓度、反应温度、反应剂比例等参数，因此可以更加精准地合成定制的蛋白质，这对于研究和应用来讲具有重要意义。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]4. [/font][font=宋体]更灵活控制：在无细胞蛋白表达技术中，可以使用分离的组分体系进行蛋白质的合成，可以控制底物和反应剂的比例，也可以在适当的反应条件下进行自定义的修饰，如蛋白质标记、药效分析等。这些优点使得无细胞蛋白表达技术更加灵活、可控，适用于更广泛的应用领域。[/font][/font][font=宋体] [/font][b][font=宋体] [/font][font=宋体]无细胞蛋白表达应用[/font][/b][font=宋体] [/font][font=宋体]无细胞蛋白表达技术是一种飞速发展的新型生物技术，具有广阔的应用前景和潜力。该技术可以快速、高效、经济地合成蛋白质，可广泛应用于医疗、制药、农业、生物材料等多个领域。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]1. [/font][font=宋体]医疗领域：无细胞蛋白表达技术在医疗领域应用广泛，可以用于生产多种蛋白质药品，如单克隆抗体等。其中，单克隆抗体是一种重要的治疗药物，具有高度特异性和亲和力，可用于肿瘤、心血管疾病、自身免疫性疾病等疾病的治疗。传统单克隆抗体生产方法需要花费大量时间和成本，而无细胞蛋白表达技术则可以在短时间内大规模合成单克隆抗体，从而大大缩短生产周期，并且可以降低成本。此外，无细胞蛋白表达技术也可以用于疫苗研发。比如疟疾疫苗研究开发昂贵又耗时，目前利用[/font][font=Calibri]WGE[/font][font=宋体]系统可加速疫苗研发，并建立高通量疟原虫抗体筛查系统。[/font][font=Calibri]Stark[/font][font=宋体]等利用大肠杆菌的便携式冻干裂解物再水化，[/font][font=Calibri]1h[/font][font=宋体]内合成高致病性病原体土拉弗朗西斯菌亚种的生物偶联疫苗，与工程菌生产的疫苗相比，其可引发更高水平的病原体特异性抗体。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]2. [/font][font=宋体]制药领域：是无细胞蛋白表达技术的一个重要应用领域。药物开发的成功率取决于药物分子对目标蛋白的亲和力，而目标蛋白对于专一的细胞表达系统和分类的组织或器官非常敏感。通过无细胞蛋白表达技术，研究人员可以在不依赖于细胞的情况下直接生产大量需要的蛋白质，为药物研发提供了更快更便捷的方法。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]3. [/font][font=宋体]基础研究领域：利用无细胞蛋白质合成系统可以直接对表达产物进行核磁共振分析，目前已确定了数千个蛋白质的结构。可以通过合成蛋白质建立蛋白质阵列，解开基因产物的功能；应用核糖体展示和 [/font][font=Calibri]mRNA [/font][font=宋体]展示技术，更有利于实现高通量筛选，全面深入研究基因特征和功能。通过无细胞蛋白表达技术可以实现对大型蛋白质的生产和分析，同时也为基础研究打开了新的研究领域。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]目前义翘神州无细胞合成服务正在活动中，活动时间[/font][font=Calibri]2023[/font][font=宋体]年[/font][font=Calibri]10[/font][font=宋体]月[/font][font=Calibri]23[/font][font=宋体]日[/font][font=Calibri]-12[/font][font=宋体]月[/font][font=Calibri]31[/font][font=宋体]日。有需求的可以咨询或者进入义翘神州网进行查看。更多详情可以关注[/font][font=Calibri]https://cn.sinobiological.com/services/cell-free-protein-synthesis-service[/font][/font]

蛋白质组学研究的一般工具与方法随着人类基因组计划取得巨大的成功和许多物种基因组测序的完成，仅仅靠基因组的序列来试图阐明生命现象是远远不够的，因此，研究重心已经开始从揭示生命的所有遗传信息转移到在分子整体水平对功能的研究上，生命科学已实质性地跨入了后基因组时代。 　　尽管现在已经有多个物种的基因组被测序，但这些基因组中通常有一半以上基因的功能是未知的。目前功能基因组研究中所采用的策略，如微阵列法（microarray）（Wodicka et al., 1997）、基因芯片（gene chips）（Ramsay et al., 1998）、基因表达序列分析（SAGE）（Velculescu et al., 1995）等，都是从细胞中mRNA的角度来考虑的。但事实上，从DNA、mRNA到蛋白质存在三个层次的调控，mRNA自身也存在着贮存、转运和降解等问题，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。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-蛋白质相互作用则几乎无法从mRNA水平来判断（曾嵘，夏其昌，2002）。新生肽链合成后存在多种加工、修饰过程，蛋白质间也存在类似于mRNA分子内的剪切、拼接，研究证明基本元件“intein”广泛存在于蛋白质中（Perler et al., 1997）。基因与其编码产物蛋白的线性对应关系只存在于新生肽链而不是最终的功能蛋白质中。 　　蛋白质是生理功能的执行者和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。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（钱小红，贺福初，2003）。 　　 　　蛋白质组学研究中常用的技术体系 　　方法学上，二维凝胶电泳－质谱仍然是目前最流行和可靠的技术平台（Rabilloud et al., 2000）。其一般过程是：细胞或组织样品——样品制备——二维凝胶电泳（2D－PAGE）分离蛋白质——计算机辅助分析2D－PAGE图象——对感兴趣的蛋白质进行酶解——质谱分析——数据库检索——蛋白质鉴定——分析蛋白质在细胞与组织中的表达情况。 　　2-D PAGE 　　样品制备 　　2D－PAGE 的操作流程基本上实现了程序化。但是，样品制备是一个非常关键与复杂的过程。成功的2D－PAGE取决于对样品中蛋白质有效的抽提和它的溶解性。与核酸不同，目前没有一种通用的方法适用于所有的蛋白质，来源不同的蛋白质都受到自身蛋白质制备方法的挑战。 　　正确的样品制备方法从收集样品开始时就要防止样品的裂解和被蛋白水解酶降解（Rabilloud et al., 2000）。要尽可能溶解更多的蛋白，并且在2D－PAGE过程中保持它的溶解性，阻止蛋白质的人为修饰。在样品制备过程中，各个实验室也通过实验建立了更为可行的方法。目前通过建立分步提取方法可以有效地提取出更多的蛋白质（兰彦等，2001）。另一种对蛋白质采用预分离的方法称为“多间隔电解法(multi-compartment-electrolyser)”，采用这种方法后，分辨率和胶的质量均明显改善（Herbert et al., 2000）。 　　但是，由于生物样品的多样性和复杂性，目前所采用的样品制备方法具有局限性。其它物质对蛋白质样品制备存在干扰。核酸通过与蛋白质结合，增加样品黏度而干扰等点聚焦（IEF）分离的效果。当然，通过实验探索，采取一些措施可以减轻它的干扰。例如，在样品制备过程中加入非特异性的核酸酶或RNase与DNase的混合物，在等电聚焦时将每个胶条的电流限制在50mA以内通常可以消除其影响。脂类物质的影响可以通过利用有机溶剂的方法将其去除，但是这常常会导致蛋白质的不可逆沉淀。除了蛋白质的降解之外，糖基化是蛋白质的最重要的人工修饰，样品中的尿素在这一过程中起着非常重要的作用。样品中的尿素在降解的过程中会形成能够与蛋白质的氨基反应的氰酸盐，这种结果会导致蛋白质带有更多的正电荷。所以，在2D－PAGE中要用新鲜的尿素溶液，在等电聚焦过程中要控制温度不能太高（Beranova-Giorgianni, 2003）。但是，目前还没有一种简单有效的方法来去除样品中的多糖。 　　样品分离和分析 　　样品制备完成后运用IEF和SDS-PAGE电泳对它进行分离，常采用银染和考马斯亮兰染色即可观察到具有许多蛋白质斑点的凝胶图像。等电聚焦电泳与SDS-PAGE的具体操作步骤已经实现了程序化，均有详细操作流程参考，但是由于样品的不同，不同样品的具体条件还需要试验探索。第二相SDS-PAGE运行结束，染色完毕后，利用计算机软件对凝胶图像进行分析，如PD-QUEST软件，LIPS，HERMES，GEMINI等，对凝胶图像上的蛋白质斑点进行匹配，对图像进行数字化处理等分析（贾宇峰等，2001），对感兴趣的蛋白质采用质谱分析。 　　低丰度蛋白质的检测 　　低丰度蛋白在蛋白质组学研究中常常是人们非常感兴趣的，因为细胞或组织中的一些生物活性物质，如细胞分泌的一些活性物质，受体等表达量都非常低。按照一般电泳的上样量，这些小分子是根本看不到的，但如果单纯地增加上样量，细胞或组织中的大量表达的蛋白就会将其覆盖，而且上样量过大也会影响电泳结果。所以对这些低丰度的样品可以进行富集，富集的方法可以通过层析，如亲和层析，离子交换层析等方法，还可以通过利用样品等电点性质等方法将pH范围相近的蛋白质富集（Santoni et al., 2000; Beranova-Giorgianni, 2003）。

一、 前言基因工程已令人难以置信的扩展了我们关于有机体DNA序列的认识。但是仍有许多新识别的基因的功能还不知道，也不知道基因产物是如何相互作用从而产生活的有机体的。功能基因组试图通过大规模实验方法来回答这些问题。但由于仅从DNA序列尚不能回答某基因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰的情况、以及它们的亚细胞分布等等，因此在整体水平上研究蛋白质表达及其功能变得日益显得重要。这些在基因组中不能解决的问题可望在蛋白质组研究中找到答案。蛋白质组研究的数据与基因组数据的整合，将会在后基因组研究中发挥重要作用。目前蛋白质组研究采用的主要技术是双向凝胶电泳和质谱方法。双向凝胶电泳的基本原理是蛋白质首先根据其等电点，第一向在pH梯度胶内等电聚焦，然后转90度按他们的分子量大小进行第二向的SDS-PAGE分离。质谱在90年代得到了长足的发展，生物质谱当上了主角，蛋白质组学又为生物质谱提供了一个大舞台。他们中首选的是MALDI-TOF，其分析容量大，单电荷为主的测定分子量高达30万，干扰因素少，适合蛋白质组的大规模分析。其次ESI为主的LC-MS联机适于精细的研究。本文将简介几种常用的生物质谱技术，并着重介绍生物质谱技术在蛋白质组学各领域的应用。此贴与http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20081130/1613156/重复，请版友在发帖前先搜索一下，以免重复发帖，谢谢！

一、 前言[1，2]基因工程已令人难以置信的扩展了我们关于有机体DNA序列的认识。但是仍有许多新识别的基因的功能还不知道，也不知道基因产物是如何相互作用从而产生活的有机体的。功能基因组试图通过大规模实验方法来回答这些问题。但由于仅从DNA序列尚不能回答某基因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰的情况、以及它们的亚细胞分布等等，因此在整体水平上研究蛋白质表达及其功能变得日益显得重要。这些在基因组中不能解决的问题可望在蛋白质组研究中找到答案。蛋白质组研究的数据与基因组数据的整合，将会在后基因组研究中发挥重要作用。目前蛋白质组研究采用的主要技术是双向凝胶电泳和质谱方法。双向凝胶电泳的基本原理是蛋白质首先根据其等电点，第一向在pH梯度胶内等电聚焦，然后转90度按他们的分子量大小进行第二向的SDS-PAGE分离。质谱在90年代得到了长足的发展，生物质谱当上了主角，蛋白质组学又为生物质谱提供了一个大舞台。他们中首选的是MALDI-TOF，其分析容量大，单电荷为主的测定分子量高达30万，干扰因素少，适合蛋白质组的大规模分析。其次ESI为主的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]联机适于精细的研究。本文将简介几种常用的生物质谱技术，并着重介绍生物质谱技术在蛋白质组学各领域的应用。

[font=Arial, 'Microsoft Yahei'][size=16px] 蛋白质组学是近年医药和生命科学领域研究的热点之一。蛋白质组学的含义是一个基因组、一种生物或一种细胞/组织所表达的全套蛋白。蛋白质组学的核心在于大规模地对蛋白质进行综合分析，通过对某种物种、个体、器官、组织或细胞的全部蛋白质性质(包括表达水平、结构、翻译后修饰、细胞内定位、蛋白质相互作用等)的研究，对蛋白质所执行的生理性、病理性生命活动做出最精细、最准确、最本质的阐述。 中药治疗的蛋白质组学研究的基本研究思路是，首先造模，确定造模成功后提取总蛋白质，2-DE 电泳技术分离总蛋白建立蛋白质组图谱，用图像分析软件寻找模型组、对照组及中药治疗组各组间差异蛋白点，MALDI-TOF/MS 分析差异蛋白点，并结合蛋白质生物信息库，初步鉴定差异蛋白质。在此方面国内学者进行了一些探索，有学者研究了单体人参皂苷对人肺巨细胞癌高转移细胞株蛋白质组的表达的影响，还有报道研究松果菊苷对小鼠帕金森病模型黑质纹状体组织蛋白表达的影响，再如研究中药复方强骨宝1号对去卵巢骨质疏松大鼠皮质骨蛋白质组表达的影响等。以上研究结果找到一些差异蛋白，为中药作用机制的研究提供了依据。[/size] [/font]

大肠杆菌表达蛋白以可溶和不溶两种形式存在，需要不同的纯化策略。现在，许多蛋白质正在被发现而事先并不知道它们的功能，这些自然需要将蛋白质纯化出来后，进行进一步的研究来获得。分析蛋白质的方法学现已极大的简化和改进。必须承认，表达蛋白纯化比起DNA克隆和操作来是更具有艺术性的，尽管DNA序列具有异乎寻常的多样性(因而它是唯一适合遗传物质的)，但它却有标准的物理化学性质，而每一种蛋白质则有它自己的由氨基酸序列决定的物理化学性质(因而它具有执行众多生物学功能的用途)。正是蛋白质间的这些物理性质上的差异使它们得以能进行纯化但这也意味着需要对每一种待纯化的蛋白质研发一套新的方法。所幸的是，尽管存在这种固有的困难，但现已有多种方法可以利用，蛋白质纯化策略也已实际可行。目前，待研究蛋白或酶的基因的获得已是相当普遍的事。可诱导表达系统特别是Studier等发展的以噬菌体T7RNA聚合酶为基础的表达系统的出现使人们能近乎常规地获得过表达(overexpression)，表达水平可达细胞蛋白的2%以上，有些甚至高达50%.(一)试剂准备采用T7· Tag Affinity Purification Kit1. T7·Tag抗体琼脂。2. B/W缓冲液：4.29mM Na2HPO4，1.47 mM KH2PO4，2.7 mM KCl，3. 0.137mM NaCl，1%吐温-20，pH7.3。4. 洗脱缓冲液： 0.1M柠檬酸，pH2.2。5. 中和缓冲液：2M Tris,pH10.4.6. PEG 20000.(二)操作步骤1.100ml 含重组表达质粒的菌体诱导后，离心5000g×5min，弃上清，收获菌体，用10ml预冷的B/W缓冲液重悬。2. 重悬液于冰上超声处理，直至样品不再粘稠，4℃离心 14000g×30min，取上清液，0.45μm膜抽滤后作为样品液。3. 将结合T7·Tag抗体的琼脂充分悬起，平衡至室温，装入层析柱中。4. B/W缓冲液平衡后样品液过柱。5. 10ml B/W缓冲液过柱，洗去未结合蛋白。6. 用5ml洗脱缓冲液过柱，每次1ml,洗脱液用含150μl中和缓冲液的离心管收集，混匀后置于冰上，直接SDS-PAGE分析。7. 将洗脱下来的蛋白放入透析袋中，双蒸水透析24hr,中间换液数次。8. 用PEG 20000浓缩蛋白。(三)注意事项蛋白在过层析柱前，要0.45μm膜抽滤，否则几次纯化后，柱子中会有不溶物。

一、 前言　　基因工程已令人难以置信的扩展了我们关于有机体DNA序列的认识。但是仍有许多新识别的基因的功能还不知道，也不知道基因产物是如何相互作用从而产生活的有机体的。功能基因组试图通过大规模实验方法来回答这些问题。但由于仅从DNA序列尚不能回答某基因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰的情况、以及它们的亚细胞分布等等，因此在整体水平上研究蛋白质表达及其功能变得日益显得重要。这些在基因组中不能解决的问题可望在蛋白质组研究中找到答案。蛋白质组研究的数据与基因组数据的整合，将会在后基因组研究中发挥重要作用。　　目前蛋白质组研究采用的主要技术是双向凝胶电泳和质谱方法。双向凝胶电泳的基本原理是蛋白质首先根据其等电点，第一向在pH梯度胶内等电聚焦，然后转90度按他们的分子量大小进行第二向的SDS-PAGE分离。质谱在90年代得到了长足的发展，生物质谱当上了主角，蛋白质组学又为生物质谱提供了一个大舞台。他们中首选的是MALDI-TOF，其分析容量大，单电荷为主的测定分子量高达30万，干扰因素少，适合蛋白质组的大规模分析。其次ESI为主的 LC-MS联机适于精细的研究。本文将简介几种常用的生物质谱技术，并着重介绍生物质谱技术在蛋白质组学各领域的应用。　　二、 生物质谱技术　　1.电喷雾质谱技术(ESI)　　电喷雾质谱技术( Electrospray Ionization Mass Spectrometry , ESI - MS) 是在毛细管的出口处施加一高电压,所产生的高电场使从毛细管流出的液体雾化成细小的带电液滴,随着溶剂蒸发,液滴表面的电荷强度逐渐增大,最后液滴崩解为大量带一个或多个电荷的离子,致使分析物以单电荷或多电荷离子的形式进入气相。电喷雾离子化的特点是产生高电荷离子而不是碎片离子, 使质量电荷比(m/ z) 降低到多数质量分析仪器都可以检测的范围,因而大大扩展了分子量的分析范围,离子的真实分子质量也可以根据质荷比及电荷数算出。本帖与http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20081130/1613156/重复，故锁帖！请版友在发帖前先搜索一下，以免出现重复贴。谢谢！斑竹您给的重复贴链接有误，并且我写贴前已经搜索了标题。SORRY，请LZ检索一下这个网址，开始那个是弄错了。

蛋白质与多肽蛋白质粉 人类的营养物质有许多种类，最为重要的为蛋白质，碳水化合物和脂肪，其它则是微量营养物质，如维生素、电解质和微量元素等。虽然每一种营养物质对人体来说都是不可或缺的，但绝大多数的营养学家都会有充分的理由认为，真正最重要的营养物质是蛋白质。一、蛋白质是构成人体的基本物质。 蛋白质是由氨基酸通过肽链相连而构成的，它是人体包括骨骼、肌肉、皮肤和脑的重要物质基础，同时氨基酸也是生成核酸的基本物质。我们知道，核酸既形成遗传密码，也是体内储存能量的基本物质。因而从根本上说，人体是由蛋白质组成的。构成人体蛋白质的生理功能概括有如下三个方面：1）人体组织的主要构成成份：如肌肉、骨骼、血液、皮肤、神经、肝、心等等。2）具有特殊生理功能：可以这样说，人类的一切生理活动都与蛋白质有关。如酶蛋白能催化机体的一切化学反应，包括蛋白质、脂肪、碳水化合物的消化等；载脂蛋白运送脂肪；血红蛋白运送氧；激素蛋白调节代谢与生理活动包括情感；血浆白蛋白调节渗透压、运输金属离子、胆红素和抗生素等。3）供给机体能量：成年人每日约需要更新400g蛋白质，每克蛋白质彻底分解能释放出约4 Kcal的热量。4）为机体提供氮原料：人体内所必需的嘧啶、嘌呤、肌酸、胆碱、肾上腺素、肉碱、牛磺酸等，都是以多肽、氨基酸为原料的。表1. 世界粮食组织（FAD）和世界卫生组织（WHO）根据中国人的体质和膳食结构推荐的中国人蛋白质的摄入量（RNLs）。年 龄蛋白质RNL（g/d） 初生—6个月 1.5-3 1岁 35 3岁 45 5岁 55 7岁 60 9岁 65 10-16岁 75-85 成年女性 65 成年男性 75 妊娠 +15 乳母 +20 根据统计资料：由于贫困、工作紧张、精神压力、减肥节食、以及肠胃疾病、癌症、贫血、肾病、各种结核病、肝硬化、腹水、烧伤、失血等，以及老龄人均不同程度地存在着蛋白质的摄入不足。 上世纪80年代以来，我国营养学家对7个省18个贫困地区，1万名学龄前儿童进行了为期4年的连续调查，发现营养不良现象非常严重，其中蛋白质的摄入量不足WHO规定的60%。近年社会医学工作调查，在发达地区由于生活节奏加快，精神压力异常增加，以及办公室白领阶层的减肥节食，也导致蛋白质摄入不足，代谢异常的人群增加。二、蛋白质缺乏的体征和临床症状 单纯的蛋白质营养不良又叫加西长病，这或许是来源于非洲的单词，单纯的能量不足时叫消瘦；临床上通常把这两种现象叫单纯性蛋白质能量营养不良症或PEM。单纯的PEM症在临床上较少见到，但在慢性消耗性疾病患者中则常见，尤其是在癌症患者和艾滋病的患者中几乎占到90%以上。 现代都市和贫困地区存在着相当数量的蛋白质营养不良族群，他们的临床表现主要是能量损失或不足，如体力不支、睡眠不安、怕冷、怕热、性冷淡、无法进行正常的体力劳动和运动，其次为肌肉组织萎缩、皮肤松驰；腿部、脸部易水肿、脂肪肝、无名皮疹、伤口愈合不良、记忆力下降、视力减弱等。再者免疫力低下易感冒、感染。在做血检时通常会发现这些族群的血浆蛋白处于正常值的下限，其中白蛋白、转铁蛋白、甲状腺素结合前体蛋白和视轴蛋白（retinol-binding protein）均处于低水平时，患者易于感染各种疾病并且出现早衰症状，如果是儿童则感染后死亡率增加30%-40%，对于这类人群WHO的专家最好的建议就是迅速补充优质（或全价）的蛋白质。三、优质蛋白质和劣质蛋白质的区别。 要弄清楚何为优质蛋白质？何为劣质蛋白质？我们要引入什么是必需氨基酸的概念。营养生理学家、生化学家发现构成人体蛋白质的氨基酸共有21种，而这些氨基酸中其中有4种是可以由体内含碳和含氮底物自己合成的，被称为非必需氨基酸，还有10个必需的氨基酸，是人类机体无法制造需要从饮食中摄取的，另有7个是介于这两者之间的被称为条件必需氨基酸。表2. 必需、条件必需和非必需氨基酸 必需氨基酸条件必需氨基酸 非必需氨基酸 亮氨酸牛黄酸 丙氨酸 异亮氨酸酪氨酸 谷氨酸 缬氨酸甘氨酸 天冬氨酸 赖氨酸丝氨酸 天冬酰胺 苯丙氨酸（酪氨酸）脯氨酸 蛋氨酸（半胱氨酸）谷氨酰酸 苏氨酸 胱氨酸 色氨酸 组氨酸 精氨酸 虽然蛋白质广泛存在于许多动物性和植物性食物中，但是必需氨基酸的构成异差很大，WHO把“蛋白质其组成恰好符合人体需要”的蛋白质称为理想蛋白质，在自然界这种理想的蛋白质普遍认为是鸡蛋蛋白，因此就把鸡蛋蛋白作为衡量蛋白质优劣的参照蛋白，科学家把它作为一把尺子来衡量各种蛋白质，并制定出标准，以4种必需氨基酸为最低限来决定其优劣，即色氨酸、苏氨酸、赖氨酸或者蛋氨酸（半胱氨酸）。 通过比较科学发现，肉、鱼、蛋、牛奶、乳酪含有优质蛋白，大豆、花生、豌豆也含有较多的高质量蛋白。进一步研究发现它们都不够完美，因而要求大家对优质的动物性蛋白和植物性蛋白进行了科学搭配才是最完美的全价蛋白质（complete protein）。表3. 部分高质量蛋白

质谱与蛋白质组学蛋白质组学对一个细胞或组织所表达的蛋白质进行的系统分析，而质谱是它的关键性分析工具。在过去的两年中，标准蛋白质组技术中的进展增进了更高水平自动化和敏感性的蛋白质识别技术。另外，新的技术促成了鉴定蛋白质功能相关特性的里程碑性的进展，包括它们的定量和在蛋白质复合物中复杂情况。缩写2DE two-dimensional gel electrophoresis双向凝胶电泳CID collision-induced dissociation碰撞诱导的解离ESI electrospray ionization电喷雾离子化FT-ICR Fourier-transform ion cyclotron resonance傅里叶-变换离子回旋加速器共振ICAT isotope-coded affinity tagsIEF isoelectric focusing等电聚焦MALDI matrix-assisted laser desorption ionization基质辅助的激光解析离子化Q-TOF quadrupole-TOFRP reversed phase反向TOF time-of-flight飞行时间简介蛋白质组学的核心组成是系统识别一个细胞或组织中表达的每一个蛋白质，以及确定每个蛋白质的突出特征(比如，丰度、修饰状态以及在多蛋白质复合体中的复杂状态)。这些分析的技术包括分离蛋白质和肽的分离科学、识别和定量分析物的分析科学和数据管理和分析的生物信息学。它的初步工具包括使用IEF(等电点聚焦)/SDS-PAGE凝胶的高分辨率的双向凝胶电泳(2DE)，结合质谱和数据库搜索来分离、识别和定量在一个复合样本中存在的个体蛋白质，最终识别被分离的蛋白质。一个常用的方法用在Fig1中用图解说明。此技术以及由此而来的变化(综述见[1])已经被用来识别和分类在复杂样本中存在的大量蛋白质，并在蛋白质组数据库中呈现它们，该过程我们这里称之为"描述蛋白质组学"比如，Shevchenko等[2]从2D凝胶上系统地鉴定了150个蛋白质。数目庞大的这样的数据库现在可以找到。同样的技术现在已经被作为普遍的发现工具来动态检测一个细胞或组织对外来或内部干扰反应而在蛋白质组中的改变。因为检测动态改变需要精确定量每个被检测成分，我们使用"定量蛋白质组学"来定义。在此报告中，我们总结了自1999年1月至2000年4月来报道的与蛋白质组学和质谱相关的最重要的进展。在核心质谱技术中的进展已经导致2DE为基础的蛋白质组学技术的进一步改进。它们同时又促进了传统凝胶为基础的方法的替代方法，诸如引入以同位素稀释理论为基础的精确蛋白质定量技术和蛋白质复合物的系统分析。蛋白质组分析的MS技术进展在此部分，我们总结了在MS设备、它们的控制和操作中的进展，以及比较质谱数据和序列数据库识别蛋白质所用的搜索工具的进展。随着新型质谱仪的引入，蛋白质组学研究现存类型的质谱仪性能已经显著改进了。在此综述期间最普遍使用的仪器是可以分为两类：单一阶段的质谱仪和串联质谱为基础的系统。单一阶段的质谱仪，最显著的是基质辅助的激光解吸电离(MALDI)飞行时间(TOF)仪器，被用于无数通过肽质谱图谱技术大规模蛋白质识别的项目中。此方法在鉴别表达自小一些的和完全测序的基因组的蛋白质特别成功[3,4]。串联质谱仪器诸如triple quadrpole、离子捕获(ion-trap)和近来引进的混合quadrupole飞行时间(Q-TOF)被常规应用于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]/MS或用电喷雾电离(ESI)来生成肽片段离子谱，以便通过搜寻序列数据库进行蛋白质鉴定。使用仪器控制程序来自动选择肽离子进行碰撞诱导的解离(CID)(数据依赖CID)的不断增多是这些MS/MS仪器的一个明显的趋势。一些新的构造的具有高潜能的质谱仪被引入到蛋白质组学研究中产生深刻影响。两个研究组近来一个MALDI离子源和一个混合Q-TOF耦联了起来[5,6]。Q-TOF提供的质量准确性和敏感性提升了数据库搜寻结果并同时使它成为MS/MS从头测序的当然仪器选择。MALDI Q-TOF构造提供了激动人心的机会进行自动化和高通量应用以及在一个样品盘上存档样品进行日后研究的可能。Medzihradszky等[7]描述了一个不同的混合仪器称之为MALDI TOF TOF。此设备享有许多MALDI Q-TOF的优点，另外能够进行高能量CID和非常快速的扫描速率。傅里叶-变换离子回旋加速器共振(FT-ICR)质谱对于蛋白质组学来说相对陌生。这些设备具有非常高的敏感性和分辨率，质量精确性可以达到1ppm。这些特征被用来在一次分析中测量和定量几百种蛋白质的完整的分子质量[8]。Goodlett等[9]表明FT-MS测量的一个肽的准确质量以及可以容易获得的限制因素能够通过序列数据库搜索被用来识别蛋白质。蛋白质组学如果没有软件工具来进行质谱数据和序列数据库的关联将变得几无可能。现存的数据库搜索程序已经变得越来越成熟和可以(从网络)可获得。另外，引入了新的算法。主要相关程序是Sequest[10]，MASCOT[11]，PeptedeSearch[12]，PROWL[13]和Protein Prospector[14]。在它们中间，Sequest使用CID谱设置了蛋白质识别的实验室标准(benchmark)，因为它与边界MS/MS数据工作得最好，并高度可信，可以从整个[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]/MS实验中自动分析数据，并不需要任何使用者的破译工作。在所提的程序中，然而，只有Sequest不能在网络上搜索。MASCOT是一个新的、快速、网络可进入和多功能的程序，具有进行肽指纹分析、用部分破译或未破译的CID谱进行数据库搜索的功能。

[font=宋体][font=宋体]无细胞蛋白表达系统（[/font][font=Calibri]Cell-Free Protein Expression System[/font][font=宋体]）是一种基于原核和真核细胞提取物构建的体外蛋白表达系统。它具有许多优点，例如可以在短时间内生产大量的蛋白质，同时避免了细胞内的复杂调控机制和翻译后修饰等繁琐过程。因此，无细胞蛋白表达系统在生物制药、生物材料、生物燃料等领域具有广泛的应用前景。本文将详细介绍无细胞蛋白表达系统的优缺点。[/font][/font][font=宋体][b]一、无细胞蛋白表达系统的优点[/b][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]1.[/font][font=宋体]高效性：无细胞蛋白表达系统具有高表达效率的优点，这是由于体外体系中不存在靶蛋白累积所需的细胞分裂和细胞复杂代谢反应。此外，由于无细胞蛋白表达系统不受到细胞毒性和免疫反应的限制，可以实现大规模的蛋白质表达。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]2.[/font][font=宋体]灵活性：无细胞蛋白表达系统可以使用一系列不同的原核和真核细胞提取物作为反应体系，例如[/font][font=Calibri]E.coli[/font][font=宋体]、小麦胚芽和人类细胞等。这意味着可以根据不同的实验目的和需求进行合理的选择，以适应多样化的研究需要。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]3.[/font][font=宋体]易操作性：无细胞蛋白表达系统非常容易操作。与传统的细胞表达系统相比，无细胞蛋白表达系统不需要细胞培养、生长和繁殖。此外，无细胞蛋白表达系统可以快速进行，通常只需要数小时至几天即可完成目标蛋白的表达。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]4.[/font][font=宋体]简单纯化：由于无细胞蛋白表达系统可以避免有机溶剂和离子交换剂等复杂的步骤，从而使目标蛋白的纯化工作更加简便和迅速。例如，可以使用亲和柱、凝胶过滤和电泳分析等方法来快速分离和纯化蛋白质。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][b]二、无细胞蛋白表达系统的缺点[/b][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]1.[/font][font=宋体]成本较高：尽管无细胞蛋白表达系统可以大规模进行蛋白质表达，但是所需的原核和真核细胞提取物通常需要较高的成本。此外，涉及到的一些试剂和设备也比较昂贵，使得无细胞蛋白表达系统在应用过程中存在一定的经济压力。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]2.[/font][font=宋体]表达限制：由于无细胞蛋白表达系统缺乏复杂的代谢反应和细胞分化机制，因此它不适用于某些特定类型的蛋白。例如，它无法表达复杂的膜蛋白和困难的药物蛋白等。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]3.[/font][font=宋体]不稳定性：无细胞蛋白表达系统通常具有一定的稳定性问题。由于缺乏细胞膜的保护，无细胞蛋白表达体系会更容易受到外部条件的影响，如温度、[/font][font=Calibri]pH[/font][font=宋体]、离子浓度等，从而导致蛋白质的不稳定性、聚集和降解等现象。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]4.[/font][font=宋体]不适合复杂蛋白结构：无细胞蛋白表达系统对于复杂蛋白结构的模拟效果不佳。例如，膜蛋白、多肽和糖蛋白等复杂蛋白质可能会被无细胞蛋白表达系统无法很好地复制，从而限制了其应用范围。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]无细胞蛋白表达系统具有高效、灵活、易操作、简单纯化等优点，但同时也存在着成本较高、表达限制、不稳定性和不适合复杂蛋白结构等缺点。在实际应用中，需要根据具体的研究目的和需求进行选择，并结合其他技术手段来弥补其不足之处。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]义翘神州提供[url=https://cn.sinobiological.com/services/cell-free-protein-synthesis-service][b]无细胞蛋白表达服务[/b][/url]，服务优势：[/font][font=宋体]①快速、高效 ②高成功率 ③一致性 ④高难度抗体表达[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]详情可以咨询，具体[/font][font=Calibri]https://cn.sinobiological.com/services/cell-free-protein-synthesis-service[/font][/font]

蛋白质在分子生物学中的分类，大体上可分为天然蛋白和重组蛋白。提取天然蛋白和构建重组蛋白都需要先确定生物原材料，如植物材料主要以植物的叶，胚，果实和根茎等为主；动物通常是选用实验动物的器官和组织；而微生物则是微生物菌体本身或发酵液。从原则上讲，任何一种自然界中存在或不存在的蛋白质都可以被外源表达出来，像原核蛋白表达就是以大肠杆菌（E.coli）为宿主菌表达克隆基因，在原核表达体系中，重组蛋白的含量比杂蛋白的含量高的多，所以选择和设计合适的分离纯化方案对于重组蛋白表达纯化的下游实验就显得尤为重要。本文介绍了在蛋白表达纯化试验中，对不同来源的材料的预处理。主要从植物，动物和微生物三种源材料的特点和注意事项进行描述，并附有原核蛋白表达的案例。

[font=宋体][font=宋体]原核表达（这里是指[/font] [font=宋体]大肠杆菌表达系统[/font] [font=宋体]）是目前常用的重组蛋白表达方式之一，操作相对简便，要求较低。相对哺乳动物表达系统更加经济节约。但是也常常遇到一些问题，比如原核表达蛋白表达量低？蛋白不表达？蛋白表达不在上清易形成包涵体等情况。本文主要根据实验经验总结[/font] [font=宋体]原核蛋白表达[/font] [font=宋体]的两个问题蛋白为什么不表达和蛋白表达为什么不在上清，并提出针对性的解决方案，帮助我们提高实验的成功率。原核表达[/font][font=Calibri]FAQ[/font][font=宋体]主要内容如下：[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]一、蛋白表达为什么不在上清？[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]蛋白在大肠杆菌中的表达部位：细胞质中、细胞周质中、细胞外。[/font] [/font][font=宋体]蛋白在细胞周质中表达：细胞周质是指革兰氏阴性菌中、位于内膜和外膜之间的结构部分。周质中表达的蛋白质，分离纯化简单，而且周质中的氧化环境有利于蛋白质的正确折叠，但是蛋白产量很低。[/font][font=宋体]蛋白在胞外表达：胞外分泌是使大肠杆菌中的外源蛋白分泌到培养基中。[/font][font=宋体]途径：[/font][font=宋体]①用大肠杆菌细胞固有的途径，使真正属于分泌的蛋白直接分泌到胞外培养基中。大肠杆菌在正常情况下只有极少的蛋白可以分泌到胞外，且不是特别有效。[/font][font=宋体]②诱导大肠杆菌细胞的外膜发生有限的渗漏，从而使细胞内的蛋白向胞外培养基中分泌。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]二、蛋白的分泌表达优点[/font][font=宋体][font=Calibri]1[/font][font=宋体]、一些可被细胞内蛋白酶所降解的蛋白质分泌到周质或培养基中可增加其稳定性；[/font][/font][font=宋体][font=Calibri]2[/font][font=宋体]、有些在细胞内表达时无活性的蛋白分泌表达时能够按适当的方式进行准确折叠，增加到蛋白的活性；[/font][/font][font=宋体][font=Calibri]3[/font][font=宋体]、 由于蛋白质信号肽和编码序列间被切割，所以分泌蛋白产物不含氨基酸起始密码子[/font][font=Calibri]ATG[/font][font=宋体]所编码的甲硫氨酸，而甲硫氨酸会影响许多蛋白的活性。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]三、如何提高蛋白的可溶性？[/font][font=宋体]重组蛋白在大肠杆菌中大量表达时，很容易在胞内形成不可溶的包涵体，为后期的纯化、复性带来麻烦，而且复性所得到的蛋白活性很低甚至没有活性。因此，提高重组蛋白在大肠杆菌中的可溶性表达是十分必要的。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]四、蛋白为什么不表达？[/font][font=宋体]真核基因在原核细胞中的的特点[/font][font=宋体]①使用原核启动子[/font][font=宋体][font=宋体]原核细胞[/font][font=Calibri]RNA[/font][font=宋体]聚合酶能识别真核基因启动子。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]②真核基因要置于原核载体[/font][font=Calibri]SD[/font][font=宋体]序列后[/font][/font][font=宋体][font=宋体]从真核[/font][font=Calibri]DNA[/font][font=宋体]转录的[/font][font=Calibri]mRNA[/font][font=宋体]缺乏结合原核核糖体的[/font][font=Calibri]SD[/font][font=宋体]序列，不能启动翻译过程。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]③使用[/font][font=Calibri]cDNA[/font][/font][font=宋体][font=宋体]真核基因中含有内含子，而原核细胞缺乏转录后加工体系，[/font][font=Calibri]mRNA[/font][font=宋体]中内含子不能切除，不能形成成熟的[/font][font=Calibri]mRNA[/font][font=宋体]，也就不能表达真核蛋白。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]④表达无需糖基化等修饰的蛋白[/font][font=宋体]原核细胞缺乏真核细胞所特有的蛋白翻译后的修饰系统，不利于表达需要糖基化、磷酸化修饰才有活性的真核蛋白。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]⑤真核基因必须切除信号肽序列[/font][font=宋体]蛋白具有信号肽序列的真核基因在真核细胞内先表达成蛋白前体，在其穿越细胞膜向外分泌时，会被细胞膜上信号肽识别序列切除而分泌到细胞外。但是在原核细胞内表达时，不但影响蛋白的表达，同时由于大肠杆菌缺乏加工处理体系，不能正确切除信号肽，而表达的分泌蛋白的前体没有实物活性，常聚集在胞内。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]五、影响原核表达的因素[/font][font=宋体][font=Calibri]1[/font][font=宋体]、翻译起始位点[/font][/font][font=宋体]现在大部分的表达载体都提供起始位点，所以它已经把起始密码子与核糖体结合位点的距离进行了优化，一般情况下不需要自己再添加，不过还是要留意载体图谱上是否注明有起始密码子和终止密码子。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]2[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]GC[/font][font=宋体]含量[/font][/font][font=宋体][font=宋体]表达序列中的[/font][font=Calibri]GC[/font][font=宋体]含量超过[/font][font=Calibri]70%[/font][font=宋体]的时候可能会降低蛋白在大肠杆菌中的表达水平。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]3[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]mRNA[/font][font=宋体]二级结构[/font][/font][font=宋体][font=宋体]在起始密码子附近的[/font][font=Calibri]mRNA[/font][font=宋体]二级结构可能会抑制翻译的起始或者造成翻译暂停从而产生不完全的蛋白。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]4[/font][font=宋体]、密码子的偏爱性[/font][/font][font=宋体]如果外源基因密码子的使用频率和宿主菌高效表达的基因密码子的使用频率差异较大，翻译时核糖体在稀有密码子处就会产生停顿，这不仅降低蛋白质的合成效率，导致新生肽链的错误折叠而影响延伸，甚至会停止翻译。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]5[/font][font=宋体]、质粒载体的选择[/font][/font][font=宋体]构建质粒载体时，要考虑质粒上的元件包括启动子，多克隆位点，终止密码子，融合标签，复制子，筛选标记基因等因素。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]6[/font][font=宋体]、基因或者蛋白的大小[/font][/font][font=宋体][font=宋体]一般来说小于[/font][font=Calibri]10kd[/font][font=宋体]和大于[/font][font=Calibri]100kd[/font][font=宋体]的蛋白都是难以表达的。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]7[/font][font=宋体]、外源基因对宿主有毒性[/font][/font][font=宋体]外源基因在宿主内会抑制宿主菌的生长甚至导致宿主死亡，表观的现象：宿主菌在诱导后菌体量上升缓慢或不在生长。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]8[/font][font=宋体]、基因突变（移筐突变）[/font][/font][font=宋体]碱基的突变、插入或缺失对阅读框的影响，可能会导致表达的蛋白质结构改变，或蛋白质合成过早终止。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]9[/font][font=宋体]、培养诱导条件[/font][/font][font=宋体][font=宋体]培养基成分（[/font][font=Calibri]C/N[/font][font=宋体]）及培养条件（温度、诱导时机、诱导剂，浓度、诱导时间）也是影响蛋白表达的。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]更多关于[url=https://cn.sinobiological.com/resource/protein-review/protein-expression][b]蛋白表达[/b][/url]详情可以关注：[/font][font=Calibri]https://cn.sinobiological.com/resource/protein-review/protein-expression[/font][/font][font=Calibri] [/font]

蛋白质标签是为了提纯吗？提纯的时候要去掉标签吧？原核表达必须加标签吗？常用的几个标签按照使用率排名有哪些？hplc主要作用是什么，也可以提纯吧。hplc和原核表达什么关系。标签提纯和色谱法有关系吗？色谱也是提纯的吗？如果用了标签，还用hplc吗？不太明白之间的关系，求明确和详细的解释，谢谢帮忙！！ [b]问题补充：[/b]亲和色谱和蛋白质标签什么关系？

[font=宋体][font=Calibri]E. coli[/font][font=宋体]具有遗传背景清楚、细胞增殖快、表达量高、稳定性好和抗污染能力强等特点，适用于多种属蛋白的表达，尤其对小分子蛋白的生产具有极大的优势，但也存在一些问题，如易形成包涵体和含有内毒素等。义翘神州提供从密码子优化到重组蛋白表达[/font][font=Calibri]/[/font][font=宋体]纯化的一站式服务以及内毒素去除等附加服务，以满足不同的定制需求。我们拥有丰富的[/font][font=Calibri]E. coli [/font][font=宋体]可溶性蛋白表达[/font][font=Calibri]/[/font][font=宋体]纯化及蛋白复性经验，拥有多种[/font][font=Calibri]E. coli[/font][font=宋体]细胞株和表达载体，可为客户提供优质的[url=https://cn.sinobiological.com/services/e-coli-protein-expression-service][b]原核蛋白表达服务[/b][/url]。下面是在原核蛋白表达实验中常遇见的几大问题，为大家一一讲解：详情关注：[/font][font=Calibri]https://cn.sinobiological.com/services/e-coli-protein-expression-service[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]1[/font][font=宋体]、我不知道我的蛋白它有什么特性及其结构？[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]首先，你要确定一件事，那就是这几个蛋白质有人研究过没有？还是最新发现的蛋白质？如果没有人研究过，那就得用先测部分氨基酸，然后设计引物克隆了。如果有人研究过，那就好了可以根据软件来预测。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]如有[/font][font=Calibri]swiss[/font][font=宋体]—[/font][font=Calibri]pdb[/font][font=宋体]软件，但这个是要有氨基酸序列，知道基因序列，可以在[/font][font=Calibri]ncbi[/font][font=宋体]上进行[/font][font=Calibri]blastx[/font][font=宋体]，得到蛋白。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]2[/font][font=宋体]、如何选择蛋白表达宿主菌？[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]原核系统和真核细胞偏爱的密码子有不同，因此，在用原核系统表达真核基因的时候，真核基因中的一些密码子对于原核细胞来说可能是稀有密码子，从而导致表达效率和表达水平很低。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]原核表达现象：[/font][font=宋体]一、蛋白不表达[/font][font=宋体]①蛋白为毒蛋白[/font][font=宋体]②序列含有稀有密码子[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]二、蛋白表达不理想[/font][font=宋体]①蛋白明显降解[/font][font=宋体]②蛋白表达为包涵体[/font][font=宋体]③二硫键错误折叠[/font][font=宋体]④过高的本底表达[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]3[/font][font=宋体]、质粒测序正确，蛋白无法表达怎么办？[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]①分析一下稀有密码子，如果比较多，可以尝试[/font][font=Calibri]rosetta[/font][font=宋体]（[/font][font=Calibri]DE3[/font][font=宋体]）；[/font][/font][font=宋体][font=宋体]②可能是基因本身的问题。[/font][font=Calibri]RNA3[/font][font=宋体]’的特殊结构可能导致转录出现问题，这种情况可以尝试融合表达，譬如[/font][font=Calibri]pET-32a[/font][font=宋体]。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]③也许是表达量太低，也可以试一下[/font][font=Calibri]westernblot[/font][font=宋体]，定性的检测一下。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]4[/font][font=宋体]、如果[/font][font=Calibri]IPTG[/font][font=宋体]诱导后细胞停止了生长，是不是表示细胞死了？[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]T7RNA[/font][font=宋体]聚合酶非常活跃，[/font][font=Calibri]T7[/font][font=宋体]转录和翻译信号极强，因此，一旦诱导，细胞的主要生理活动都向着目的蛋白表达的方面转化。在通常情况下，细胞将停止生长，形成克隆的能力大大降低，但并未死亡。菌落形成试验可以用来检测表达系统的性能。也有一些例外情况，例如特别的目的基因以及一些极为严紧的载体[/font][font=Calibri]/[/font][font=宋体]宿主菌组合（比如含有[/font][font=Calibri]pLysE[/font][font=宋体]的宿主菌）等，这时在诱导后菌落还是会继续生长。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]5[/font][font=宋体]、如何提高重组蛋白在原核细胞里的表达水平，特别是可溶性表达？[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]这个问题是最困扰做原核蛋白表达纯化的人的。比如大肠杆菌表达蛋白本身表达量就大，但是表达的大都是包涵体，想要获得可溶性蛋白，就需要做复性，或是再设计实验时就想办法让其在上清中表达。一般就要通过基因优化，载体宿主优化筛选，表达条件优化，诱导条件优化等等。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]①降低重组蛋白合成的速率[/font][font=宋体]可溶性蛋白的产率取决于蛋白的合成速率，蛋白的折叠速率，以及聚集的速率。高水平表达时，肽链聚集的速率一旦超过折叠速率，就会形成包涵体。因此，降低重组蛋白合成的速率有利于提高重组蛋白的可溶性表达。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]②密码子优化[/font][font=宋体][font=宋体]密码子优化就是根据表达系统对密码子的偏好性进行优化筛选。经过优化的基因序列往往能提高[/font][font=Calibri]mRNA[/font][font=宋体]二级结构的稳定性，有利于新生肽段的正确折叠，提高外源活性蛋白的表达。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]③表达温度的选择大肠杆菌的最适生长温度在[/font][font=Calibri]37[/font][font=宋体]～[/font][font=Calibri]39[/font][font=宋体]℃之间，但此温度下极易生成包涵体蛋白，降低可溶性蛋白的表达，而低温培养条件下表达外源蛋白能有效地增加可溶蛋白的比例。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]④诱导条件优化[/font][font=宋体]摇瓶培养时，应选用低菌体浓度诱导，因为在低菌浓度下菌体处于对数生长期，生长活跃，有利于表达可溶性蛋白。然而，如果能保证合理的补料与充分的通气，在较高菌浓度下诱导也同样可能获得可溶蛋白的高效表达。在某些情况下，诱导剂的流加能显著提高可溶蛋白的表达水平。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]6[/font][font=宋体]、义翘神州提供标签去除服务吗？[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]是的。我们构建载体时可以在标签蛋白和目的蛋白之间加上蛋白酶的酶切位点，这样纯化后就可以利用蛋白酶去除标签，得到完整的目的蛋白。蛋白酶的切割效率受目的蛋白的影响，具体由实验结果而定。[/font][font=Calibri] [/font]

现在，在实验研究基础上，借助多方面的生物信息学方法，可以快速高通量的预测和进行蛋白质鉴定蛋白翻译后修饰。分泌蛋白和膜相关蛋白附着于细胞膜上的或将被排泄出去的蛋白质是由细胞内质网膜上附着的核糖体合成。附着有核糖体的内质网被称为糙面型内质网。这类蛋白质都含有一个N-末端（或氨基端），我们称之为信号序列或信号肽。这个信号肽通常情况下含有13-36个主要疏水性残基，同时它含有多蛋白复合物，我们称之为信号识别粒子(SRP)。这种信号肽在通过内质网膜之后会被去除。信号肽的去除过程是在信号肽酶催化作用下完成的。含有一个信号肽的蛋白质被称为前蛋白，有别于原蛋白。然而，某些用于分泌的蛋白在分泌之后会进一步被蛋白水解，因此包含有原蛋白的序列。这类蛋白质被称为前原蛋白。蛋白水解性裂解许多蛋白质在翻译之后会经历水解性裂解过程。其中最为简单的形式是去除起始蛋氨酸。许多蛋白质合成了不活跃的前体细胞，这些细胞只能在合适的生理条件下通过限制性蛋白水解过程产生活性。在凝血过程中使用到的胰腺酶和酶类就是后者的例证。多肽去除时产生活性的不活跃的前体蛋白，我们称之为原蛋白。前原蛋白的翻译后加工过程的一个复杂的例子就是脑垂体分泌合成的前阿黑皮素原的裂解过程（有关前阿黑皮素原的讨论，见肽类激素页）。这类前原蛋白经过复杂的裂解，根据合成的前阿黑皮素原的细胞定位而不同，其路径也有所不同。另一个前原蛋白的例子就是胰岛素。由于胰岛素是由胰腺分泌的，因此它有一个前肽。随着含24个氨基酸的信号肽的裂解，这类蛋白也折叠成了胰岛素原。胰岛素原进一步分裂，产生活跃的胰岛素，它包含两个肽链，由二硫键进行连接。但仍有其他的蛋白（酶类）被合成为非活跃的前体细胞，被称为酶原。酶原在蛋白水解性裂解时会产生活性，在凝血串联蛋白质链的若干蛋白质中都会发生这种现象。甲基化作用蛋白翻译后的甲基化过程主要发生在氮原子和氧原子上。活性甲基供体是活性腺苷甲硫胺酸(SAM)。最常见的甲基化作用发生在赖氨酸残基的ε-amine上。脱氧核糖核酸组蛋白中赖氨酸残基的甲基化作用可调节核染色质结构，因此可调节其转录活性。赖氨酸原本被认为是一种常设共价标记，可提供长期信号，甚至包括转录记忆时的组蛋白依赖机制。然而，最近的临床研究表明赖氨酸甲基化作用与其他共价修饰体相似，作用时间短，并能通过反脱甲基化活动进行动态调节。最近的组学研究发现表明，赖氨酸残基的甲基化作用不仅发生在核染色质层面，而且还通过修订转录因子影响基因表达。组氨酸的咪唑环，精氨酸的胍基部分以及谷氨酸盐和天冬氨酸盐的R组酰胺（R-group amides ）上，都发现了额外的氮甲基化作用。谷氨酸盐和天冬氨酸盐的R组羧化物也会发生氧甲基化作用并形成甲基酯。蛋白可能在半胱氨酸的R[

人类的营养物质有许多种类，最为重要的为蛋白质，碳水化合物和脂肪，其它则是微量营养物质，如维生素、电解质和微量元素等。虽然每一种营养物质对人体来说都是不可或缺的，但绝大多数的营养学家都会有充分的理由认为，真正最重要的营养物质是蛋白质。一、蛋白质是构成人体的基本物质。蛋白质是由氨基酸通过肽链相连而构成的，它是人体包括骨骼、肌肉、皮肤和脑的重要物质基础，同时氨基酸也是生成核酸的基本物质。我们知道，核酸既形成遗传密码，也是体内储存能量的基本物质。因而从根本上说，人体是由蛋白质组成的。构成人体蛋白质的生理功能概括有如下三个方面：1）人体组织的主要构成成份：如肌肉、骨骼、血液、皮肤、神经、肝、心等等。2）具有特殊生理功能：可以这样说，人类的一切生理活动都与蛋白质有关。如酶蛋白能催化机体的一切化学反应，包括蛋白质、脂肪、碳水化合物的消化等；载脂蛋白运送脂肪；血红蛋白运送氧；激素蛋白调节代谢与生理活动包括情感；血浆白蛋白调节渗透压、运输金属离子、胆红素和抗生素等。3）供给机体能量：成年人每日约需要更新400g蛋白质，每克蛋白质彻底分解能释放出约4 Kcal的热量。4）为机体提供氮原料：人体内所必需的嘧啶、嘌呤、肌酸、胆碱、肾上腺素、肉碱、牛磺酸等，都是以多肽、氨基酸为原料的。表1. 世界粮食组织（FAD）和世界卫生组织（WHO）根据中国人的体质和膳食结构推荐的中国人蛋白质的摄入量（RNLs）。年 龄 蛋白质RNL（g/d）初生—6个月 1.5-31岁 353岁 455岁 557岁 609岁 6510-16岁 75-85成年女性 65成年男性 75妊娠 +15乳母 +20根据统计资料：由于贫困、工作紧张、精神压力、减肥节食、以及肠胃疾病、癌症、贫血、肾病、各种结核病、肝硬化、腹水、烧伤、失血等，以及老龄人均不同程度地存在着蛋白质的摄入不足。上世纪80年代以来，我国营养学家对7个省18个贫困地区，1万名学龄前儿童进行了为期4年的连续调查，发现营养不良现象非常严重，其中蛋白质的摄入量不足WHO规定的60%。近年社会医学工作调查，在发达地区由于生活节奏加快，精神压力异常增加，以及办公室白领阶层的减肥节食，也导致蛋白质摄入不足，代谢异常的人群增加。二、蛋白质缺乏的体征和临床症状单纯的蛋白质营养不良又叫加西长病，这或许是来源于非洲的单词，单纯的能量不足时叫消瘦；临床上通常把这两种现象叫单纯性蛋白质能量营养不良症或PEM。单纯的PEM症在临床上较少见到，但在慢性消耗性疾病患者中则常见，尤其是在癌症患者和艾滋病的患者中几乎占到90%以上。现代都市和贫困地区存在着相当数量的蛋白质营养不良族群，他们的临床表现主要是能量损失或不足，如体力不支、睡眠不安、怕冷、怕热、性冷淡、无法进行正常的体力劳动和运动，其次为肌肉组织萎缩、皮肤松驰；腿部、脸部易水肿、脂肪肝、无名皮疹、伤口愈合不良、记忆力下降、视力减弱等。再者免疫力低下易感冒、感染。在做血检时通常会发现这些族群的血浆蛋白处于正常值的下限，其中白蛋白、转铁蛋白、甲状腺素结合前体蛋白和视轴蛋白（retinol-binding protein）均处于低水平时，患者易于感染各种疾病并且出现早衰症状，如果是儿童则感染后死亡率增加30%-40%，对于这类人群WHO的专家最好的建议就是迅速补充优质（或全价）的蛋白质。

为探究生物进程的分子机制，需要确定介导这个过程的蛋白质-蛋白质间的相互作用。研究蛋白质间相互作用的主要技术总结如下：一、酵母双杂交系统酵母双杂交系统是当前广泛用于蛋白质相互作用组学研究的一种重要方法。其原理是当靶蛋白和诱饵蛋白特异结合后，诱饵蛋白结合于报道基因的启动子，启动报道基因在酵母细胞内的表达，如果检测到报道基因的表达产物，则说明两者之间有相互作用，反之则两者之间没有相互作用。将这种技术微量化、阵列化后则可用于大规模蛋白质之间相互作用的研究。在实际工作中，人们根据需要发展了单杂交系统、三杂交系统和反向杂交系统等。Angermayr等设计了一个SOS蛋白介导的双杂交系统。可以研究膜蛋白的功能，丰富了酵母双杂交系统的功能。此外，酵母双杂交系统的作用也已扩展至对蛋白质的鉴定。二、噬茵体展示技术在编码噬菌体外壳蛋白基因上连接一单克隆抗体的DNA序列，当噬菌体生长时，表面就表达出相应的单抗，再将噬菌体过柱，柱上若含目的蛋白，就会与相应抗体特异性结合，这被称为噬菌体展示技术。此技术也主要用于研究蛋白质之间的相互作用，不仅有高通量及简便的特点，还具有直接得到基因、高选择性的筛选复杂混合物、在筛选过程中通过适当改变条件可以直接评价相互结合的特异性等优点。目前，用优化的噬菌体展示技术，已经展示了人和鼠的两种特殊细胞系的cDNA文库，并分离出了人上皮生长因子信号传导途径中的信号分子。三、等离子共振技术表面等离子共振技术（SurfacePlasmonResonance，SPR）已成为蛋白质相互作用研究中的新手段。它的原理是利用一种纳米级的薄膜吸附上“诱饵蛋白”，当待测蛋白与诱饵蛋白结合后，薄膜的共振性质会发生改变，通过检测便可知这两种蛋白的结合情况。SPR技术的优点是不需标记物或染料，反应过程可实时监控。测定快速且安全，还可用于检测蛋白一核酸及其它生物大分子之间的相互作用。四、荧光能量转移技术荧光共振能量转移（FRET）广泛用于研究分子间的距离及其相互作用;与荧光显微镜结合，可定量获取有关生物活体内蛋白质、脂类、DNA和RNA的时空信息。随着绿色荧光蛋白（GFP）的发展，FRET荧光显微镜有可能实时测量活体细胞内分子的动态性质。提出了一种定量测量FRET效率以及供体与受体间距离的简单方法，仅需使用一组滤光片和测量一个比值，利用供体和受体的发射谱消除光谱间的串扰。该方法简单快速，可实时定量测量FRET的效率和供体与受体间的距离，尤其适用于基于GFP的供体受体对。五、抗体与蛋白质阵列技术蛋白芯片技术的出现给蛋白质组学研究带来新的思路。蛋白质组学研究中一个主要的内容就是研究在不同生理状态下蛋白水平的量变，微型化，集成化，高通量化的抗体芯片就是一个非常好的研究工具，他也是芯片中发展最快的芯片，而且在技术上已经日益成熟。这些抗体芯片有的已经在向临床应用上发展，比如肿瘤标志物抗体芯片等，还有很多已经应用再眼就的各个领域里。六、免疫共沉淀技术免疫共沉淀主要是用来研究蛋白质与蛋白质相互作用的一种技术，其基本原理是，在细胞裂解液中加入抗兴趣蛋白的抗体，孵育后再加入与抗体特异结合的结合于Pansobin珠上的金黄色葡萄球菌蛋白A(SPA)，若细胞中有正与兴趣蛋白结合的目的蛋白，就可以形成这样一种复合物：“目的蛋白—兴趣蛋白—抗兴趣蛋白抗体—SPA\|Pansobin”，因为SPA\|Pansobin比较大，这样复合物在离心时就被分离出来。经变性聚丙烯酰胺凝胶电泳，复合物四组分又被分开。然后经Westernblotting法，用抗体检测目的蛋白是什么，是否为预测蛋白。这种方法得到的目的蛋白是在细胞内天然与兴趣蛋白结合的，符合体内实际情况，得到的蛋白可信度高。但这种方法有两个缺陷：一是两种蛋白质的结合可能不是直接结合，而可能有第三者在中间起桥梁作用；二是必须在实验前预测目的蛋白是什么，以选择最后检测的抗体，所以，若预测不正确，实验就得不到结果，方法本身具有冒险性。七、pull-down技术蛋白质相互作用的类型有牢固型相互作用和暂时型相互作用两种。牢固型相互作用以多亚基蛋白复合体常见，最好通过免疫共沉淀（Co-IP）、Pull-down技术或Far-western法研究。Pull-down技术用固相化的、已标记的饵蛋白或标签蛋白（生物素-、PolyHis-或GST-），从细胞裂解液中钓出与之相互作用的蛋白。通过Pull-down技术可以确定已知的蛋白与钓出蛋白或已纯化的相关蛋白间的相互作用关系，从体外传路或翻译体系中检测出蛋白相互作用关系。

如果目前分离蛋白质组的最好技术是2-DE，那么随之而来的挑战是数百数千个蛋白如何被鉴定。在这里，我们不考虑传统的蛋白鉴定方法，如免疫印迹法、内肽的化学测序、已知或未知蛋白的comigration分析，或者在一个有机体中有意义的基因的过表达。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分分析和与质谱相关的技术。(1) 图象分析技术(Image analysis)。“满天星”式的2-DE图谱分析不能依靠本能的直觉，每一个图象上斑点的上调、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)的前提下，图象分析包括斑点检测、背景消减、斑点配比和数据库构建。首先，采集图象通常所用的系统是电荷耦合CCD(charge coupled device)照相机；激光密度仪(laser densitometers)和Phospho或Fluoro?imagers，对图象进行数字化。并成为以象素(pixels)为基础的空间和网格。其次，在图象灰度水平上过滤和变形，进行图象加工，以进行斑点检测。利用Laplacian，Gaussian，DOG(difference of Gaussians) opreator使有意义的区域与背景分离，精确限定斑点的强度、面积、周长和方向。图象分析检测的斑点须与肉眼观测的斑点一致。在这一原则下，多数系统以控制斑点的重心或最高峰来分析，边缘检测的软件可精确描述斑点外观，并进行边缘检测和邻近分析，以增加精确度。通过阈值分析、边缘检测、销蚀和扩大斑点检测的基本工具还可恢复共迁移的斑点边界。以PC机为基础的软件Phoretix-2D正挑战古老的Unix为基础的2-D分析软件包。第三，一旦2-DE图象上的斑点被检测，许多图象需要分析比较、增加、消减或均值化。由于在2-DE中出现100%的重复性是很困难的，由此凝胶间的蛋白质的配比对于图象分析系统是一个挑战。IPG技术的出现已使斑点配比变得容易。因此，较大程度的相似性可通过斑点配比向量算法在长度和平行度观测。用来配比的著名软件系统包括Quest，Lips，Hermes，Gemini等，计算机方法如相似性、聚类分析、等级分类和主要因素分析已被采用，而神经网络、子波变换和实用分析在未来可被采用。配比通常由一个人操作，其手工设定大约50个突出的斑点作为“路标”，进行交叉配比。之后，扩展至整个胶。例如：精确的PI和MW(分子量)的估计通过参考图上20个或更多的已知蛋白所组成的标准曲线来计算未知蛋白的PI和MW。在凝胶图象分析系统依据已知蛋白质的pI值产生PI网络，使得凝胶上其它蛋白的PI按此分配。所估计的精确度大大依赖于所建网格的结构及标本的类型。已知的未被修饰的大蛋白应该作为标志，变性的修饰的蛋白的PI估计约在±0.25个单位。同理，已知蛋白的理论分子量可以从数据库中计算，利用产生的表观分子量的网格来估计蛋白的分子量。未被修饰的小蛋白的错误率大约30%，而翻译后蛋白的出入更大。故需联合其他的技术完成鉴定?(2) 微量测序(microsequencing)。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。尽管氨基酸组分分析和肽质指纹谱(PMF)可鉴定由2-DE分离的蛋白，但最普通的N-末端Edman降解仍然是进行鉴定的主要技术。目前已实现蛋白质微量测序的自动化。首先使经凝胶分离的蛋白质直接印迹在PVDF膜或玻璃纤维膜上，染色、切割，然后直接置于测序仪中，可用于subpicomole水平的蛋白质的鉴定。但有几点需注意：Edman降解很缓慢，序列以每40 min 1个氨基酸的速率产生；与质谱相比，Edman降解消耗大；试剂昂贵，每个氨基酸花费3～4$。这都说明泛化的Edman降解蛋白质不适合分析成百上千的蛋白质。然而，如果在一个凝胶上仅有几个有意义的蛋白质，或者如果其他技术无法测定而克隆其基因是必需的，则需要进行泛化的Edman降解测序。近来，应用自动化的Edman降解可产生短的N-末端序列标签，这是将质谱的序列标签概念用于Edman降解，业已成为一种强有力的蛋白质鉴定。当对Edman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/d，序列检签将适于在较小的蛋白质组中进行鉴定.若联合其他的蛋白质属性，如氨基酸组分分析、肽质质量、表现蛋白质分子量、等电点，可以更加可信地鉴定蛋白质。选择BLAST程序，可与数据库相配比。目前，采用一种Tagldent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。(3) 与质谱(mass spectrometry)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鉴定之门。用来分析蛋白质或多肽的质谱有两个主要的部分，1)样品入机的离子源，2)测量被介入离子的分子量的装置。首先是基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱(MALDI-TOF)为一脉冲式的离子化技术。它从固相标本中产生离子，并在飞行管中测其分子量。其次是电喷雾质谱(ESI-MS)，是一连续离子化的方法，从液相中产生离子,联合四极质谱或在飞行时间检测器中测其分子量。近年来，质谱的装置和技术有了长足的进展。在MALDI-TOF中，最重要的进步是离子反射器(ion reflectron)和延迟提取(delayed ion extraction)，可达相当精确的分子量。在ESI-MS中，纳米级电雾源(nano-electrospray source)的出现使得微升级的样品在30～40 min内分析成为可能。将反相液相色谱和串联质谱(tandem MS)联用，可在数十个picomole的水平检测；若利用毛细管色谱与串联质谱联用，则可在低picomole到高femtomole水平检测；当利用毛细管电泳与串联质谱连用时，可在小于femtomole的水平检测。甚至可在attomole水平进行。目前多为酶解、液相色谱分离、串联质谱及计算机算法的联合应用鉴定蛋白质。下面以肽质指纹术和肽片段的测序来说明怎样通过质谱来鉴定蛋白质。1)肽质指纹术(peptide mass fingerprint, PMF)是由Henzel等人于1993年提出。用酶(最常用的是胰酶)对由2-DE分离的蛋白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(MALDI-TOF-MS，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段数目作一排行榜，“冠军”肽片段可能代表一个未知蛋白.若冠亚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。2)肽片段(peptide fragment)的部分测序。肽质指纹术对其自身而言，不能揭示所衍生的肽片段或蛋白质。为进一步鉴定蛋白质，出现了一系列的质谱方法用来描述肽片段。用酶或化学方法从N-或C-末端按顺序除去氨基酸，形成梯形肽片段(ladder peptide)。首先以一种可控制的化学模式从N-末端降解，可产生大小不同的一系列的梯形肽片段，所得一定数目的肽质量由MALDI-TOF-MS测量。另一种方法涉及羧基肽酶的应用，从C-末端除去不同数目的氨基酸形成肽片段。化学法和酶法可产生相对较长的序列，其分子量精确至以区别赖氨酸(128.09)和谷氨酰胺(128.06)。或者，在质谱仪内应用源后衰变(post-source decay, PSD)和碰撞诱导解离(collision-induced dissociation, CID)，目的是产生包含有仅异于一个氨基酸残基质量的一系列肽峰的质谱。因此，允许推断肽片段序列。肽片段PSD的分析在MALDI反应器上能产生部分序列信息。首先进行肽质指纹鉴定。之后，一个有意义的肽片段在质谱仪被选作“母离子”，在飞行至离子反应器的过程中降解为“子离子”。在反应器中，用逐渐降低的电压可测量至检测器的不同大小的片段。但经常产生不完全的片段。现在用肽片段来测序的方法始于70年代末的CID，可以一个三联四极质谱ESI-MS或MALDI-TOF-MS联合碰撞器内来完成。在ESI-MS中，由电雾源产生的肽离子在质谱仪的第一个四极质谱中测量，有意义的肽片段被送至第二个四极质谱中，惰性气体轰击使其成为碎片，所得产物在第三个四极质谱中测量。与MALDI-PSD相比，CID稳定、强健、普遍，肽离子片段基本沿着酰胺键的主架被轰击产生梯形序列。连续的片段间差异决定此序列在那一点的氨基酸的质量。由此，序列可被推测。由CID图谱还可获得的几个序列的残基，叫做“肽序列标签”。这样，联合肽片段母离子的分子量和肽片段距N-、C?端的距离将足以鉴定一个蛋白质。(4) 氨基酸组分分析。1977年首次作为鉴定蛋白质的一种工具，是一种独特的“脚印”技术。利用蛋白质异质性的氨基酸组分特征，成为一种独立于序列的属性，不同于肽质量或序列标签。Latter首次表明氨基酸组分的数据能用于从2-DE凝胶上鉴定蛋白质。通过放射标记的氨基酸来测定蛋白质的组分，或者将蛋白质印迹到PVDF膜上，在155℃进行酸性水解1 h，通过这

蛋白质纯化及复性 重组蛋白在大肠杆菌（E. coli）高效表达时，往往以不溶的、无活性的蛋白聚集体，即包涵体(inclusion body)的形式存在于细胞内。必须从细胞内分离出包涵体，采用高浓度变性剂（如7.0mol/L盐酸胍、8.0mol/L脲）溶解包涵体，然后除去变性剂或降低变性剂的浓度，使包涵体蛋白得以复性，最后再用色谱法使目标蛋白质得到纯化。其中包涵体蛋白的复性和纯化是整个过程中的核心。 目前重组蛋白生产中普遍存在的问题是：（1）复性效率低。传统的复性方法稀释法和透析法。稀释复性法对样品几十倍，甚至上百倍的稀释会使样品的体积急剧增大，给后续的分离纯化带来很大的困难，而且复性过程中需要较大的复性容器。透析法耗时较长，而且要多次更换透析溶液。这两种方法的共同缺点是蛋白质在复性过程中会发生聚集而产生大量沉淀，复性效率低，通常蛋白质的活性回收率只有5~20%，而且复性后的蛋白质溶液中含有大量的杂蛋白，需要进行进一步的分离纯化。（2）工艺路线烦琐，生产周期长。在传统的重组蛋白质分离纯化工艺中，大多采用经典的软凝胶分离介质，由于这种介质的颗粒较大，分离效率较差，因此常常需要采用多种不同模式的色谱操作联用对目标蛋白质进行纯化，才能得到纯度符合一定标准的目标蛋白质。另外，这种色谱介质的耐压性很差，只能在流速较低的情况下进行操作，分离纯化时间较长。分离纯化步骤多和分离时间长使得蛋白质的质量回收率和活性回收率很低。而且在传统的重组蛋白质生产工艺中，蛋白质的复性和纯化是生产过程中两个独立的单元操作，也在很大程度上制约着生产效率。（3）生产成本高，设备投资大。由于复性和分离纯化分别单独进行，而且分离纯化步骤多，每一步都需要有与之配套的设备，致使设备投资大，生产成本高。随着生产规模的增加，这种弊端会愈来愈严重。 1991年耿信笃教授首先将高效疏水相互作用色谱(HPHIC)用于变性蛋白的复性，很好的解决了上述问题，现已成功用于重组人干扰素-g(rhIFN-g)、重组人干扰素-a(rhIFN-a)、人粒细胞集落刺激因子(rhG-CSF)、重组人胰岛素原(proinsulin)、重组牛朊病毒(prion)等重组蛋白以及溶菌酶和核搪核酸酶等标准模型蛋白的复性与同时纯化中。目前，排阻色谱法、离子交换色谱法和亲合色谱法也已用于蛋白质的复性和同时纯化中。与传统的稀释法及透析法比较，用色谱法进行蛋白复性的优点是：①在进样后可很快除去变性剂；②由于色谱固定相对变性蛋白质的吸附，可明显地减少、甚至完全消除复性过程中蛋白质聚集体和沉淀的产生，从而提高蛋白质复性的质量和活性回收率；③在蛋白质复性的同时可使目标蛋白质与杂蛋白分离以达到纯化的目的，使复性和纯化同时进行；④便于回收变性剂，以降低废水处理成本。简言之，色谱法复性可以提高蛋白质的活性和质量回收率，将蛋白复性和纯化集成在一步操作完成，缩短了操作步骤和生产时间，减少了设备投资，使生产成本大大降低，已经引起了全世界范围内许多生化研究者和重组蛋白药物生产厂家的关注。由于高效液相色谱（HPLC）分离效率高，往往在一步操作中便可得到纯度符合要求的蛋白质，而且分离速度快，在应用方面具有更大的优势。

20世纪基因组学研究取得的巨大成就为蛋白质组学的发展奠定了基础。蛋白质组学是从整体水平上分析生命体、组织或细胞的蛋白质组成及其活动规律的科学，以基因表达产物为研究对象，延伸了基因组学研究深度，更深层次地揭示了生命活动规律。蛋白质组学的研究内容主要包括蛋白质表达存在方式(修饰形式)的鉴定、结构与功能分析、蛋白质定位、蛋白质差异表达以及蛋白质间相互作用分析等[1]。目前蛋白质组学研究技术主要包括：二维电泳技术、蛋白质芯片技术、质谱技术等[2]。其中，二维电泳技术是早期蛋白质组学的重要技术之一，但是由于实验步骤多，耗时长，重复性差等特点，已经逐步被新型技术所取代。蛋白质芯片技术是将多种蛋白质纯品点于芯片表面，形成蛋白质矩阵进行免疫等标记反应，主要受限于很多蛋白质无法获得纯品而不能用于芯片制备。质谱技术由于灵敏度高、特异性强、分析范围宽等优点逐渐成为蛋白质组学的主要研究手段，可以对特定生命过程中的功能性蛋白质分子进行定性和定量检测，因此在基础科研和临床研究中得到了广泛的应用[3,4]。一、基于质谱的蛋白质组学技术1．基于质谱的蛋白质组学定性技术：蛋白质定性鉴定的基本原理在于：蛋白质组的基本序列已经通过基因组学信息获得，可以用来鉴定多肽的氨基酸序列，并且获得多肽与蛋白质的对应关系[1]，即质谱提供的多肽碎片数据可以与蛋白质数据库自动匹配来确定多肽序列与蛋白质归属。基本技术策略分为：(1)自上而下(Top–down)策略[5]，即完整蛋白质在质谱中进行分析，可以提供完整蛋白质的质量数，但是由于质谱仪受到质量分析范围的限制，此方法在常规实验室不易实现。(2)自下而上(Bottom–up)策略[6]，即蛋白质被蛋白酶水解成多肽，然后对多肽进行质谱分析和碎裂。基于这条策略的大致步骤为：蛋白质样品首先经过酶解降解为多肽，然后对多肽进行色谱–质谱分离与鉴定，最后通过搜索引擎(MASCOT：http：//www.matrixscience.com/server.html, SEQUEST：http：//fields.scripps.edu/sequest等)在公共蛋白质组学数据库(SWISS–PORT: http：//web.expasy.org/groups/swissprot, NCBI：http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed等)中自动完成质谱数据的解析，确定多肽序列与蛋白质种类。该技术灵敏度高，特异性好，仪器自动化程度高，可以鉴定出生物样品中成千上万种蛋白质，被认为是大规模、高通量蛋白质定性检测的首选方法。2．基于质谱的蛋白质组学相对定量技术：对于大多数生命科学和医学研究来说，仅完成样品中蛋白质组的定性研究是远远不够的，还需要对蛋白质组进行定量分析。由于组学的研究对象是多个蛋白质，单次检测很难实现所有蛋白质的绝对定量，因此蛋白质组学定量多为相对定量检测。蛋白质组学定量的质谱技术包括谱图计数、质谱峰强度定量、同位素定量技术等。其中使用同位素作为内标定量的方法是目前质谱定量的最佳手段，即对整体蛋白质组进行同位素标记，并使用每一种天然蛋白质与同位素蛋白质的比值进行相对定量分析。主要分为细胞层面标记和蛋白质层面标记两种技术路线：(1)细胞层面标记的细胞培养氨基酸稳定同位素标记(stable isotope labeling with amino acids in cell culture，SILAC)方法[7]：即在两种细胞样品中分别加入轻重同位素标记的培养基，经过传代培养后，两种细胞样品中的全部蛋白质中分别嵌合了轻重同位素，可以在质谱上根据同位素的不同质荷比直接判断样品来源并进行定量比对。(2)蛋白质层面标记：使用含有同位素的小分子与样品全部蛋白质直接标记，如同位素标记相对和绝对定量技术(isobaric tags for relative and absolute quantification，iTRAQ)[8]、同位素编码亲和标记(isotope–coded affinity tag，iCAT) [9]、18O标记[10]等方法，此类方法使用带有稳定同位素的小分子与特定氨基酸侧链反应，使得多个样品可以分别连接含有不同同位素个数(多至8个)的小分子，从而产生一级数据相同但是二级数据不同的质谱谱图，通过二级谱图强度比对进行多个样品的定量分析。3．基于质谱的目标蛋白质绝对定量技术：质谱技术对目标蛋白质的绝对定量检测主要通过质谱多反应监控技术与同位素多肽内标技术联用来实现[11]。该方法首先选定目标蛋白质的一个或多个多肽，合成序列相同但含有稳定同位素的多肽作为内标，定量加入样品中，通过监测特定多肽及其同位素多肽的质谱峰强度进行比对和计算获得目标蛋白质的定量值。质谱多反应监控技术通过进行母离子筛选与子离子筛选等二次选择过程，筛选出目标蛋白质，而非目标蛋白质由于无法通过筛选达到检测器，极大降低了噪音干扰。因此，此方法针对性强，本底噪音低，是目前质谱技术中定量能力最好的一种，可以控制变异系数小于15%，检测限低至纳克每毫升，适合血液、组织等临床样品的定量检测[11]。二、质谱技术发现肿瘤蛋白质标志物质谱技术作为一项强有力的研究工具在科学研究中发挥着巨大的作用，特别在肿瘤相关研究中，目前已经获得美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration，FDA)批准的肿瘤标志物包括多种蛋白质前列腺特异性抗原(prostate–specific antigen, PSA), 癌胚抗原(carcinoembryonic antigen CEA), 人类表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2，Her–2), 人绒毛膜促性腺激素(human chorionic gonadotropin, HCG), 糖类抗原CA125等，均揭示了蛋白质与肿瘤发生发展密切相关。这些已有成果极大促进了质谱技术在肿瘤蛋白质标志物研究中的应用，并取得了标志性进展。例如：美国约翰霍普金斯大学的Chan课题组发现了新型卵巢癌蛋白质标志物，他们使用表面增强激光解析电离质谱技术(surface enhanced laser desorption and ionization time–of–flight mass spectrometry, SELDI–TOF MS)技术对503个妇女的血清进行了蛋白质组学的分析[12]，在随后的大量临床验证中最终确定CA125、β2微球蛋白，转铁蛋白，甲状腺运载蛋白和载脂蛋白A1的联合检测可以作为卵巢癌的新型临床诊断指标。2009年9月该试剂盒OVA1(商品名称：http：//ova–1.com)获得了美国FDA的认证，进入临床使用，被认为是国际肿瘤蛋白质标志物研究的重要标志性成果。同时，肿瘤仍然是国际上致死率最高的疾病之一，缺乏早期检测技术和有效治疗方案，临床中还存在着大量问题需要解决，新型标志物的研发迫在眉睫。由于肿瘤蛋白质标志物研究的难度大，风险高，因此近十年来仅有几例试剂盒获得了美国FDA批准，进入临床使用。大量标志物研究还停留在论文研究水平，其中临床问题、研究思路和技术方案的选择直接关系到研究的成功与否。1．临床问题选择：在肿瘤蛋白质标志物研究中，临床问题的选择是研究核心。在肿瘤研究中，需要解决的临床问题往往包括肿瘤早期检测、肿瘤分期检测、治疗方案与药物选择、疗效评估等多个方面。研究者需要根据不同肿瘤的临床情况，具体分析并凝练不同肿瘤的主要临床问题。例如，对于病程发展快、五年存活率低、没有有效手术或化疗手段的肿瘤，早期诊断是研究重点，如胰腺癌、卵巢癌、肺癌等；对于病程发展慢、手术效果明显的肿瘤，肿瘤的愈后与复发是需要关注的问题，如前列腺癌、肠癌等；还有一些肿瘤有特殊的检测需求，如乳腺癌虽然有临床有效的雌激素受体(estrogen receptor，ER)，孕激素受体(progesterone receptor，PR)，HER2等基因标志物，可以进行药物靶点治疗，但是三阴性乳腺癌的检测还缺乏有效的标志物与治疗方案。因此，在肿瘤蛋白质标志物研究实验开展之前，明确临床问题，并以此确定临床样品入组标准，是研究成功的核心基础。2．研究思路设计：不同于基础科学实验，临床实验需要在大量样本中进行实验结果的验证，因此肿瘤蛋白质标志物研究往往包括新型标志物发现和验证两部分。标志物发现实验是在疾病组和对照组之间进行蛋白质组学分析，鉴定样本中的未知蛋白质组并进行相对定量比较，分析数据选择出在两组样本中差异最大的一个或几个蛋白质作为新型标志物的候选物。随后，标志物验证实验在大量未知样本中进行蛋白质候选物的定量检测，使用发现实验中建立的区分标准进行判读，计算检测灵敏性(sensitivity)和特异性(specificity)。有效的蛋白质标志物研究往往需要发现与验证的两步设计思路来相互保证。3．技术方案选择：根据蛋白质标志物研究的两步设计思路，发现实验中使用基于质谱的蛋白质组学定性技术与相对定量技术对样本中的大量未知蛋白质进行分析，获得标志物候选物名单。验证实验中根据已有名单，进行目标蛋白质(非蛋白质组学)的精确定量检测。这几种质谱技术的配合使用，可以满足不同实验情况和目的，最终实现新型蛋白质标志物的成功研发。三、展望质谱技术是现阶段蛋白质组学研究的核心技术，具有灵敏度高、特异性强、分析通量大等优势，特别是其与同位素内标的联合使用，大大提高了质谱定量能力，因此在多种肿瘤标志物研究中取得了突破性进展并被广泛应用。目前，大量肿瘤蛋白质标志物候选物已经通过使用质谱技术被从血液、组织、体液中筛选出来，预计在完成大规模临床验证后可以作为新型标志物在临床使用，促进肿瘤检测水平的发展。同时值得注意的是，质谱技术还不具备进行蛋白质组的绝对定量能力。相对于免疫等传统蛋白质检测技术，仪器昂贵，操作复杂，自动化程度低，这些因素决定了质谱目前适用于蛋白质的临床研究，但不适用于蛋白质的临床检验，这是质谱技术面临的重要挑战之一。参考文献[1]何华勤. 简明蛋白质组学[M]. 北京:中国林业出版社, 2011:1,76,85-95,119,125-138.[2]RuediA, MatthiasM. 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国家蛋白质科学上海设施/国家蛋白质科学中心（上海）（筹）公开招聘自动化控制系统工程师国家蛋白质科学研究上海设施是国家重大科技基础设施，是国家级蛋白质科学研究平台；在设施建设基础上，依托中国科学院上海生命科学研究院，委托生物化学与细胞生物学研究所(简称SIBCB)负责筹建成立并管理国家蛋白质科学中心（上海）(筹)， 负责设施的运行管理。中心在筹建期间，办公地点设于生化与细胞所（上海市岳阳路320号）；中心在建成运行期间，办公地点设于浦东新区张江高科技园区中区西部（上海市海科路333号）。中心定位于：支撑国家蛋白质上海设施建设的建设，衔接该设施的运行；聚集培养生命科学与生物技术特别 是蛋白质研究的人才，提升国家蛋白质研究能力；进而促进我国蛋白质基础研究的飞跃发展。中心将立足于国家生命科学与生物技术及相关研究领域雄厚的研究基础和创新实力，成为兼具蛋白质科学研究、技术及成果的转化、集成和应用平台的国家级的重要科学研究单元。国家蛋白质科学中心（上海）（筹）现因工作扩展的需要，公开招聘自动化控制系统工程师一名。一、岗位职责：参与国家蛋白质科学中心（上海）（筹）在上海同步辐射光源5线6站的建设、运行和管理，充分理解同步辐射光束线站的工作内容和线站用户的实际需求，完成线站自动化控制程序的设计、开发和维护。二、任职条件：1、本科以上学历，有丰富的 Unix/Linux 平台下的工作经验，熟悉 Unix/Linux 工作环境，习惯于在 Unix/Linux 平台下工作。有大量的源代码的阅读经验。2、有丰富的 C/C++ 开发经验。熟悉 Socket 编程和多线程编程。3、良好的英文表达能力。能独立完成项目调研，设计和开发工作。4、有以下背景或经验者优先考虑：有大型系统开发经验者和硬件开发经验者；有软件界面开发经验者；有网络程序开发经验者；熟悉 Tcl/Tk 语言者；有 Unix/Linux 系统管理经验者。5、具有良好的人际关系和团队协作精神，工作努力，作风踏实，责任心强。6、身体健康，能长期稳定工作。 三、招聘方式及程序 1、应聘材料：（[back=whi

[b][font=宋体]前言[/font][/b][font=宋体]在当今的生物技术领域，高通量重组蛋白表达技术在基础研究和商业应用中扮演着非常重要的角色。随着后基因组时代的到来，研究人员对大规模蛋白表达和纯化的需求日益增长，大肠杆菌因其易于遗传操作、低成本、生长迅速成为生产重组蛋白的首选微生物宿主。本文将综述大肠杆菌中高通量重组蛋白表达的现状和未来展望，探讨从目的基因获取到蛋白表达和纯化的先进技术，并讨论如何克服[/font][url=https://cn.sinobiological.com/resource/protein-review/protein-expression][u][font=宋体][color=#0000ff]重组蛋白表达[/color][/font][/u][/url][font=宋体]过程中的挑战。[/font][font=Calibri] [/font][b][font=宋体]高通量重组蛋白表达技术[/font][/b][font=宋体][font=宋体]高通量研究是一种能够同时检测数千个生物分子，使大规模重复成为可能的研究。[/font][font=Calibri]20[/font][font=宋体]世纪[/font][font=Calibri]90[/font][font=宋体]年代初，第一台[/font][font=Calibri]DNA[/font][font=宋体]测序仪被开发出来，人类基因组计划随之开启，高通量技术在[/font][font=Calibri]DNA[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]RNA[/font][font=宋体]、蛋白质、脂质和代谢物检测的需求也急剧增加。自该技术提出以来，大肠杆菌中高通量重组蛋白表达和纯化已经得到了广泛的应用。[/font][/font][font=Calibri] [/font][font=Calibri]1. [/font][b][font=宋体]目的基因的制备[/font][/b][font=宋体][font=宋体]获取目的基因是重组蛋白表达的第一步。传统的方法是从[/font][font=Calibri]cDNA[/font][font=宋体]文库中直接克隆基因，但这种方法存在局限性，如从库中筛选基因较为费时以及难以添加融合标签等。高通量[/font][font=Calibri][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url][/font][font=宋体]技术是目前获取目的基因最常用的技术，设计引物并调整好参数后，即可在[/font][font=Calibri][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url][/font][font=宋体]仪中自动完成目的基因的制备。[/font][/font][font=Calibri] [/font][font=Calibri] [/font][font=Calibri]2. [/font][b][font=宋体]表达载体的高通量构建[/font][/b][font=宋体][font=宋体]研究人员开发了多种构建表达载体的克隆方法，包括基于限制性内切酶的克隆、重组克隆和不依赖于连接反应的克隆等。这些方法各有优势和局限性，但在近年来都有显著改进。例如，基于限制性内切酶的克隆因其简单、高效、通用和成本效益而备受关注。一个理想的大肠杆菌表达载体应具备选择标记、复制起点、转录启动子、[/font][font=Calibri]5'[/font][font=宋体]非翻译区（[/font][font=Calibri]5'UTR[/font][font=宋体]）和翻译起始位点。此外，融合标签的添加对于目的基因的转录和蛋白表达同样至关重要。[/font][/font][b][font=Calibri] [/font][/b][font=Calibri]3. [/font][b][font=宋体]大肠杆菌表达菌株的选择和细胞培养[/font][/b][font=宋体][font=宋体]为保证蛋白质表达成功及其表达质量，应选择合适的大肠杆菌菌株，如[/font][font=Calibri]BL21[/font][font=宋体]及其衍生菌株是较常用的重组蛋白生产菌株。培养大肠杆菌比较简单的方法是分批培养，但此方法对生长的控制比较有限。近年来，高通量培养技术使研究人员能够在一系列发酵条件下处理大量样品，大大加快了生产时间。[/font][/font][b][font=Calibri] [/font][/b][font=Calibri]4. [/font][b][font=宋体]高通量蛋白表达和纯化[/font][/b][font=宋体][font=宋体]高通量平台可以快速克隆基因、挑选菌落、分离质粒[/font][font=Calibri]DNA[/font][font=宋体]、转化细菌、表达和纯化蛋白质。这些平台虽然成本高昂，但为复杂的分子生物学实验操作提供了极大的便利。[/font][/font][font=Calibri] [/font][b][font=宋体]结论与展望[/font][/b][font=宋体]大肠杆菌中的[/font][url=https://cn.sinobiological.com/services/high-throughput-antibody-production-service][u][font=宋体][color=#0000ff]高通量重组蛋白表达技术[/color][/font][/u][/url][font=宋体][font=宋体]极大的推进了重组蛋白的表达进程。尽管存在挑战，但通过不断优化和创新，研究人员正在朝着更高效可靠的蛋白质生产系统改进。未来的发展方向包括进一步优化克隆方法、开发新的融合标签、改进表达载体和菌株，以及利用高通量技术实现从[/font][font=Calibri]DNA[/font][font=宋体]到大规模蛋白质生产的快速转变等。[/font][/font][font=Calibri] [/font][font=宋体]参考文献：[/font][font=Calibri]Jia B, Jeon CO. High-throughput recombinant protein expression in Escherichia coli: current status and future perspectives. Open Biol. 2016 6(8):160196. doi:10.1098/rsob.160196[/font]

一、 前言基因工程已令人难以置信的扩展了我们关于有机体DNA序列的认识。但是仍有许多新识别的基因的功能还不知道，也不知道基因产物是如何相互作用从而产生活的有机体的。功能基因组试图通过大规模实验方法来回答这些问题。但由于仅从DNA序列尚不能回答某基因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰的情况、以及它们的亚细胞分布等等，因此在整体水平上研究蛋白质表达及其功能变得日益显得重要。这些在基因组中不能解决的问题可望在蛋白质组研究中找到答案。蛋白质组研究的数据与基因组数据的整合，将会在后基因组研究中发挥重要作用。目前蛋白质组研究采用的主要技术是双向凝胶电泳和质谱方法。双向凝胶电泳的基本原理是蛋白质首先根据其等电点，第一向在pH梯度胶内等电聚焦，然后转90度按他们的分子量大小进行第二向的SDS-PAGE分离。质谱在90年代得到了长足的发展，生物质谱当上了主角，蛋白质组学又为生物质谱提供了一个大舞台。他们中首选的是MALDI-TOF，其分析容量大，单电荷为主的测定分子量高达30万，干扰因素少，适合蛋白质组的大规模分析。其次ESI为主的LC-MS联机适于精细的研究。本文将简介几种常用的生物质谱技术，并着重介绍生物质谱技术在蛋白质组学各领域的应用。二、 生物质谱技术1．电喷雾质谱技术（ESI）电喷雾质谱技术( Electrospray Ionization Mass Spectrometry , ESI - MS) 是在毛细管的出口处施加一高电压,所产生的高电场使从毛细管流出的液体雾化成细小的带电液滴,随着溶剂蒸发,液滴表面的电荷强度逐渐增大,最后液滴崩解为大量带一个或多个电荷的离子,致使分析物以单电荷或多电荷离子的形式进入气相。电喷雾离子化的特点是产生高电荷离子而不是碎片离子, 使质量电荷比(m/ z) 降低到多数质量分析仪器都可以检测的范围,因而大大扩展了分子量的分析范围,离子的真实分子质量也可以根据质荷比及电荷数算出。2．基质辅助激光解吸附质谱技术（MOLDI）基质辅助激光解析电离（MOLDI）是由德国科学家Karas和Hillenkamp发现的。将微量蛋白质与过量的小分子基体的混合液体点到样品靶上，经加热或风吹烘干形成共结晶，放入离子源内。当激光照射到靶点上时，基体吸收了激光的能力跃迁到激发态，导致蛋白质电离和汽化，电离的结果通常是基体的质子转移到蛋白质上。然后由高电压将电离的蛋白质从离子源转送到质量分析器内，再经离子检测器和数据处理得到质谱图。TOF质量分析器被认为是与MALDI的最佳搭配，因为二者都是脉冲工作方式，在质量分析过程中离子损失很少，可以获得很高的灵敏度。TOF质量分析器结果简单，容易换算，蛋白质离子在飞行管内的飞行速度仅与他的(m/z)-1/2成正比，因此容易通过计算蛋白质离子在飞行管内的飞行时间推算出蛋白质离子的m/z值。与传统质量分析器相比，更易得到高分辨率和高测量精度；速度快，离子飞行时间仅为几个μs和约100μs之间；质量范围宽，可以直接检测到几十万道尔顿的单电荷离子。飞行时间质量分析器被认为是21世纪最有应用前景的质量分析器。3．傅立叶变换－离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）傅立叶变换-离子回旋共振质谱法(FT-ICR MS)是离子回旋共振波谱法与现代计算机技术相结合的产物。傅立叶变换-离子回旋共振质谱法是基于离子在均匀磁场中的回旋运动, 离子的回旋频率、半径、速度和能量是离子质量和离子电荷及磁场强度的函数, 当对离子施加与其回旋频率相同的射频场作用时, 离子将同相位加速到一较大的半径回旋, 从而产生可被接受的类似电流的信号。傅立叶变换-离子回旋共振质谱法所采用的射频范围覆盖了欲测定的质量范围,所有离子同时被激发, 所检测的信号经过傅立叶变换, 转换为质谱图。其主要优点有：容易获得高分辨；便于实现串极质谱分析；便于使用外电离源并与色谱仪器联用。此外，他还有灵敏度高，质量范围宽，速度快，性能可靠等优点。4．快原子轰击质谱技术（FABMS）快原子轰击质谱技术( Fast Atom Bomebardment Mass Spectrometry , FABMS) 是一种软电离技术,是用快速惰性原子射击存在于底物中的样品,使样品离子溅出进入分析器,这种软电离技术适于极性强、热不稳定的化合物的分析,特别适用于多肽和蛋白质等的分析研究。FABMS能提供有关离子的精确质量,从而可以确定样品的元素组成和分子式。而FABMS -MS 串联技术的应用可以提供样品较为详细的分子结构信息,从而使其在生物医学分析中迅速发展起来。三、蛋白质的分析鉴定随着质谱技术的发展，分子量的测定已从传统的有机小分子扩展到了生物大分子。MALDI-MS技术以其极高的灵敏度、精确度在蛋白质分析中得到了广泛的应用。该技术不仅可测定各种疏水性、亲水性和糖蛋白的分子量，还可直接测定蛋白质混合物的分子量。这可认为是蛋白质分析领域的一项重大突破。蛋白质组的研究是从整体水平上研究细胞或有机体内蛋白质的组成及其活动规律。质谱技术作为蛋白质组研究的三大支撑技术之一，除了用于多肽，蛋白质的分子量测定外，还广泛的应用于肽指纹图谱测定及氨基酸序列测定。肽指纹图谱(Peptide Mass Fingerprinting, PMF)测定是对蛋白酶解或降解后所得多肽混合物进行质谱分析的方法。质谱分析所得肽断与多肽蛋白数据库中蛋白质的理论肽断进行比较，判断出所测蛋白是已知还是未知。由于不同的蛋白质具有不同的氨基酸序列，不同蛋白质所得肽断具有指纹特征。采用肽指纹谱的方法已对酵母、大肠杆菌、人心肌等多种蛋白质组进行了研究。对肽序列的测定往往要应用串连质谱技术，采用不同的技术选择特定质核比的离子，并对其进行碰撞诱导解离，通过分析肽段的断裂情况推导出肽序列。四、后转录修饰的蛋白质的检测和识别在蛋白质组的研究中，蛋白质和多肽的序列分析已不局限于阐明蛋白质的一级结构，对翻译后的修饰的进一步分析也是蛋白质化学的一项重要任务。这种修饰对于蛋白质的功能非常重要，如：细胞识别中的蛋白质相互作用，信号传导和蛋白质定位。1． 蛋白质的糖基化糖蛋白在细胞内部，细胞膜和细胞外均有发现，实际上大部分蛋白质是糖蛋白。对糖蛋白的检测和分析发现，糖蛋白中糖组分的结构和功能具有多样性。糖蛋白中的糖通常是不同种类的，而且是由一些可控数量的单糖组成。糖基化的多样性与细胞周期，细胞分化和发展的状态有关。在蛋白组时代中，蛋白质的修饰会引起其理化性质的改变，因此是不容忽视的。从1D或2D凝胶得到的糖基化蛋白的识别，一般是进行MALDI-MS指纹分析， 或是对MALDI-PAD或ESI-MS/MS得到的碎片谱进行分析。对完整的糖蛋白的研究是非常困难的，所有已知的离子化技术都有其局限性。目前，人们主要研究糖肽，其好处之一就是质量减小了，这就会得到更好的分辨率，而且糖肽仍保留了糖基化位点。将分离的糖蛋白用不同的蛋白酶消化后就可进行糖肽的研究。一旦糖肽被识别出，就可以用串连质谱(ESI-MS/MS)来阐明肽序列。当蛋白的序列已知时，计算质量差就可推出其上附着的寡糖的质量。要将糖部分从糖蛋白中释放出来，可用化学切割或酶切割（流程图见图1）。目前，连有结构专一性糖苷酶的质谱在提供序列，分支和链接数据方面是最有力的技术。对于N糖基化常用的糖苷内切酶有PNGase-F, PNGase-A, EndoF和EndoH。化学切割也可以用来释放O-连接和N-连接的多糖，但经常出现的缺点是他会完全破坏所有的肽键，因而丢失了关于糖附着位点的信息。而且这些切割不能从糖肽中连续释放单糖。用肼的化学切割可以除去两种类型的糖基化。在60℃可专一性的释放O-连接的糖，而在95℃能释放N-连接的糖。释放O-原子更常用的方法是用碱进行β消除。通常，糖基中加入金属离子在MALDI和ESI中离子化。用MALDI-MS分析糖类的一个好的选择是将之与其他一些化合物混合，这样可以进一步提高灵敏度和分辨率。不同的质谱方法可以产生多糖的源后裂解(PSD)和碰撞诱导解离 (CID)谱，这可以给出有关糖的序列，分支及糖间的连接等信息。2． 蛋白质的磷酸化蛋白质中氨基酸的磷酸化在生命系统中起重要的作用。磷酸化经常作为分子开关控制不同过程蛋白质的活性，如新陈代谢，信号传导，细胞分裂等过程。因此，蛋白质中磷酰氨基酸的识别在蛋白质分析中是一项重要的工作。已知的磷酰氨基酸的类型有四种：1．O-磷酸盐，通过羟氨酸的磷酸化形成的，如丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸。2．N-磷酸盐，通过精氨酸，赖氨酸或组氨酸中的氨基的磷酸化形成的。3．乙酰磷酸盐，通过天冬氨酸或谷氨酸的磷酸化形成的。4．S-磷酸酯，通过半胱氨酸的磷酸化形成的。