化学蛋白质组学

1、第五节第五节 化学蛋白质化学蛋白质 组学组学 人类基因组计划的顺利实施，使生命科学研究的重心逐渐转移到对人类基因组计划的顺利实施，使生命科学研究的重心逐渐转移到对 生物功能的整体研究上。对生物功能的主要体现者或执行者生物功能的整体研究上。对生物功能的主要体现者或执行者-蛋白蛋白 质的表达模式和功能模式的研究必然成为生命科学发展的趋势。质的表达模式和功能模式的研究必然成为生命科学发展的趋势。 在在2020世纪世纪9090年代中期，国际上萌发了一门研年代中期，国际上萌发了一门研 究细胞内各种蛋白质的组成及其活动规律的究细胞内各种蛋白质的组成及其活动规律的 新兴学科新兴学科-蛋白质组学蛋白质组学(p

2、roteomics)(proteomics)。 蛋白质组蛋白质组(proteome)(proteome)这一概念是这一概念是19951995年由澳年由澳 大利亚学者最先提出来的，源于蛋白质大利亚学者最先提出来的，源于蛋白质 （proteinprotein）与）与 基因组（基因组（genomegenome）两个词的）两个词的 杂合，指的在一个特定的时间和空间内，一杂合，指的在一个特定的时间和空间内，一 个基因组个基因组 一种细胞组织或一种生物体所表一种细胞组织或一种生物体所表 达的全部蛋白质。达的全部蛋白质。 对蛋白质组问题的研究称之为蛋白质组学对蛋白质组问题的研究称之为蛋白质组学 (prote

3、omics)(proteomics)，主要是在整体水平上研究细，主要是在整体水平上研究细 胞内蛋白质的组成及其活动规律。胞内蛋白质的组成及其活动规律。 而化学在这里再一次与生物学的最新发展融合，形成新而化学在这里再一次与生物学的最新发展融合，形成新 的交叉研究领域的交叉研究领域- -化学蛋白质组学化学蛋白质组学(chemical (chemical proteomics)proteomics)。化学蛋白质组学是一个目前仍在不断扩。化学蛋白质组学是一个目前仍在不断扩 展中的全新领域，学术界至今对其尚未有确切定义。一展中的全新领域，学术界至今对其尚未有确切定义。一 定程度上，化学蛋白质组学可以理解

4、为定程度上，化学蛋白质组学可以理解为“化学加蛋白质化学加蛋白质 组学组学”。 具体地说，由于大多数蛋白质的功能直接依赖于小分子具体地说，由于大多数蛋白质的功能直接依赖于小分子 配体与靶蛋白的结合步骤，因此，利用能够与靶蛋白质配体与靶蛋白的结合步骤，因此，利用能够与靶蛋白质 特异作用的化学小分子来扰动和探测蛋白质组，有可能特异作用的化学小分子来扰动和探测蛋白质组，有可能 在蛋白质组的整体水平上，揭示感兴趣的特定蛋白质的在蛋白质组的整体水平上，揭示感兴趣的特定蛋白质的 功能以及它们与化学小分子的相互作用功能以及它们与化学小分子的相互作用 化学蛋白质组学利用化学小分子直接从功能角度切入蛋化学蛋白质组

5、学利用化学小分子直接从功能角度切入蛋 白质组的研究，有别于以往的主要以蛋白质定性定量鉴白质组的研究，有别于以往的主要以蛋白质定性定量鉴 定为基础的蛋白质组学技术，因此，被认为是很有前途定为基础的蛋白质组学技术，因此，被认为是很有前途 的新一代功能蛋白质组学技术的新一代功能蛋白质组学技术(function-based (function-based proteomics)proteomics)。 一，化学蛋白质组学的研究方一，化学蛋白质组学的研究方 法法 蛋白质组学从整体上对体系内蛋白质进行研蛋白质组学从整体上对体系内蛋白质进行研 究，常见究，常见3 3种研究模式：种研究模式： 第第1 1种是检

6、测蛋白质组理化参数的种是检测蛋白质组理化参数的“完全蛋白完全蛋白 质组学质组学”； 第第2 2种是差异蛋白质组学，主要通过比较分析种是差异蛋白质组学，主要通过比较分析 不同状态下蛋白质表达图谱，实现对体系内不同状态下蛋白质表达图谱，实现对体系内 代谢调控的动态监测，从而更易于揭示机体代谢调控的动态监测，从而更易于揭示机体 对内外界环境变化产生反应的本质规律；对内外界环境变化产生反应的本质规律； 第第3 3种主要是蛋白质功能模式的研究，包括蛋种主要是蛋白质功能模式的研究，包括蛋 白质的功能及蛋白质间的相互作用。白质的功能及蛋白质间的相互作用。 化学蛋白质组学的主要任务在于，发展和应用化学蛋白质组

7、学的主要任务在于，发展和应用 具有生物活性的靶向探针，用于复杂的蛋白质具有生物活性的靶向探针，用于复杂的蛋白质 组中的特异性酶或蛋白质家族的功能研究。小组中的特异性酶或蛋白质家族的功能研究。小 分子与细胞内靶蛋白质的相互作用，是很多蛋分子与细胞内靶蛋白质的相互作用，是很多蛋 白质生物功能的基础。这种相互作用强弱不一，白质生物功能的基础。这种相互作用强弱不一， 既可以是可逆的，也可以是不可逆的；可以是既可以是可逆的，也可以是不可逆的；可以是 单靶点的，也可以是同时作用于多个靶蛋白的。单靶点的，也可以是同时作用于多个靶蛋白的。 生物体生物体( (细胞细胞 组织等组织等) )蛋白质组的所有蛋白质蛋白

8、质组的所有蛋白质 经化学小分子处理前后的差异蛋白质组展示经化学小分子处理前后的差异蛋白质组展示 (proteome profiling)(proteome profiling)，可以用来研究这种相，可以用来研究这种相 互作用。对化学学科而言，通过功能蛋白质组互作用。对化学学科而言，通过功能蛋白质组 学的研究服务于人类的健康，促进分子医学的学的研究服务于人类的健康，促进分子医学的 发展，如寻找先导药物以及药物的靶分子是其发展，如寻找先导药物以及药物的靶分子是其 重要的目标。重要的目标。 （一）蛋白质组学的基本技术流（一）蛋白质组学的基本技术流 程程 目前，蛋白质组目前，蛋白质组 学研究通常有三学

9、研究通常有三 个步骤：第一，个步骤：第一， 运用双向电泳技运用双向电泳技 术分离样品中的术分离样品中的 蛋白质；第二，蛋白质；第二， 应用质谱技术鉴应用质谱技术鉴 定通过双向电泳定通过双向电泳 分离出来的蛋白分离出来的蛋白 质；第三，应用质；第三，应用 生物信息学技术生物信息学技术 存储、处理、比存储、处理、比 较获得的数据。较获得的数据。 1，双向聚丙烯酰胺凝胶电，双向聚丙烯酰胺凝胶电 泳泳 19751975年年O Ofarrellfarrell和和KloseKlose首先在两个实验室分别建首先在两个实验室分别建 立了双向聚丙烯酰胺凝胶电泳技术立了双向聚丙烯酰胺凝胶电泳技术(two (two

10、 dimensional polyacrylamide gel dimensional polyacrylamide gel electrophoresiselectrophoresis，2-DE2-DE电泳电泳) )，其基本原理是利用，其基本原理是利用 不同蛋白质具有不同等电点不同蛋白质具有不同等电点(pI)(pI)和不同分子量大小和不同分子量大小 的特点将它们分离。的特点将它们分离。 他们将高分辨率的等电聚集电泳他们将高分辨率的等电聚集电泳(isoelectrofocusing， IEF)和和SDSSDS聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)(SDS-PAGE)联合组成联

11、合组成 双向电泳，第一向为双向电泳，第一向为IEFIEF，采用经典的两性电解质载，采用经典的两性电解质载 体在电流作用下形成体在电流作用下形成pHpH梯度，依据梯度，依据pIpI的不同进行分的不同进行分 离；第二向利用离；第二向利用SDS-PAGESDS-PAGE根据分子量大小进行分离。根据分子量大小进行分离。 2 2，基质辅助激光解吸电离，基质辅助激光解吸电离- -飞飞 行时间质谱技术行时间质谱技术 基质辅助激光解吸电离基质辅助激光解吸电离- -飞行时间质谱测量法飞行时间质谱测量法 以多肽质量以多肽质量/ /电荷比为依据同数据库资料进行电荷比为依据同数据库资料进行 比较比较, ,进而对蛋白质

12、进行鉴定。此法通常被称进而对蛋白质进行鉴定。此法通常被称 为肽质量指纹法。为肽质量指纹法。 3 3，色谱与质谱联用技术，色谱与质谱联用技术 将色谱技术与新型质谱技术相结合将色谱技术与新型质谱技术相结合, ,可有效地克服双可有效地克服双 向凝胶电泳向凝胶电泳/ /质谱的不足质谱的不足, ,确保了分析的准确性。确保了分析的准确性。 首先对蛋白质混合物进行酶切得到混合肽段首先对蛋白质混合物进行酶切得到混合肽段, ,然后通然后通 过强离子交换反相色谱柱进行多次分离过强离子交换反相色谱柱进行多次分离, ,并连用液相并连用液相 色谱色谱- -串联质谱分析肽段串联质谱分析肽段, ,而且通过核素标记肽段的技而

13、且通过核素标记肽段的技 术实现蛋白定量分析。分离后的产品离子得到完好地术实现蛋白定量分析。分离后的产品离子得到完好地 扫描扫描, ,连用分析肽段连用分析肽段, ,可以区分待测蛋白质和其他类似可以区分待测蛋白质和其他类似 物。物。 4 4，信息查询，信息查询 生物信息学生物信息学(Bioinformatics)(Bioinformatics)是生物与计算机以及应用数学相是生物与计算机以及应用数学相 互结合而形成的一门新兴学科。它通过对生物学实验数据的获互结合而形成的一门新兴学科。它通过对生物学实验数据的获 取、加工、存储、检索与分析取、加工、存储、检索与分析, ,达到解释数据所蕴含的生物学意达到

14、解释数据所蕴含的生物学意 义的目的。义的目的。 蛋白质组学研究任一物种的基因组编码的全套蛋白质蛋白质组学研究任一物种的基因组编码的全套蛋白质, ,它通常是它通常是 高通量的高通量的, ,在进行蛋白质功能预测和结构分析时在进行蛋白质功能预测和结构分析时, ,生物信息学就生物信息学就 成为蛋白质组学研究的核心技术之一。成为蛋白质组学研究的核心技术之一。 常用几种软件进行分析。常用几种软件进行分析。 PeptIdentPeptIdent是以肽质量指纹谱数据鉴定蛋白质的查询是以肽质量指纹谱数据鉴定蛋白质的查询 软件软件, ,是将数据库中的所有蛋白质用我们选定的酶进是将数据库中的所有蛋白质用我们选定的酶

15、进 行行“理论消化理论消化”形成肽片段形成肽片段, ,计算其理论肽段质量计算其理论肽段质量, , 建立索引建立索引, ,然后再与输入的实验数据进行对比然后再与输入的实验数据进行对比, ,按实按实 验数据匹配数的多少排列并输出匹配结果。蛋白质验数据匹配数的多少排列并输出匹配结果。蛋白质 的等电点、分子量和种属可以详细限制候选蛋白的等电点、分子量和种属可以详细限制候选蛋白, ,减减 少假阳性误差。少假阳性误差。 MS-FitMS-Fit和和MascotMascot软件利用了软件利用了MOWSEMOWSE得分法得分法, ,特别考虑特别考虑 数据库中肽段分布频率的问题。数据库中肽段分布频率的问题。Ma

16、scotMascot软件还把软件还把 MOWSEMOWSE得分转换为绝对概率得分转换为绝对概率, ,减少结果的不确定性。减少结果的不确定性。 蛋白质组学相关网站蛋白质组学相关网站 teomeworks.bio- 蛋白质组研蛋白质组研 究技术、信息等。究技术、信息等。 http:/ 从新药开发角度，从新药开发角度， 发现新蛋白及新作用。发现新蛋白及新作用。 可以找到蛋白可以找到蛋白 质组研究相关企业、各质组研究相关企业、各 种仪器来源、新闻等。种仪器来源、新闻等。 teome.c

17、o.uk 各种蛋白质组研究相关各种蛋白质组研究相关 信息信息 http:/www.micromass.co.uk 介绍蛋白质鉴定的先进介绍蛋白质鉴定的先进 仪器仪器 http:/www.expasy.ch 蛋白质鉴定专家系统，蛋白质鉴定专家系统，Swiss Institute of Bioinformatics .au 蛋白质鉴定专家系统，蛋白质鉴定专家系统， Australian Proteome Analysis Facility http:/expasy.cbr.nrc.ca 蛋白质鉴定专家系统，蛋白质鉴定专家系统， Canadian B

18、ioinformatics Resours 二、功能蛋白质组学技术二、功能蛋白质组学技术 功能蛋白质组学主要是研究蛋白质功能、蛋白质蛋白功能蛋白质组学主要是研究蛋白质功能、蛋白质蛋白 质相互作用、蛋白质小分子相互作用，其方法主要有质相互作用、蛋白质小分子相互作用，其方法主要有 蛋白质阵列技术蛋白质阵列技术(protein arrays)(protein arrays)、噬菌体展示技术、噬菌体展示技术 (phage display)(phage display)、基因芯片技术、基因芯片技术(cDNA micr-oarray)(cDNA micr-oarray)、 酵母双杂交技术等。酵母双杂交技术

19、等。 而通过筛选小分子配体来描述新蛋白的功能，是化学蛋而通过筛选小分子配体来描述新蛋白的功能，是化学蛋 白质组学的主要研究内容，化学蛋白质组筛选也将提供白质组学的主要研究内容，化学蛋白质组筛选也将提供 新药开发的先导化合物。共价结合于目标蛋白质、便于新药开发的先导化合物。共价结合于目标蛋白质、便于 纯化和鉴定的化学探针，无疑是该领域最为重要的工具。纯化和鉴定的化学探针，无疑是该领域最为重要的工具。 可利用化学探针在纯化的蛋白质、细胞裂解物、活细胞可利用化学探针在纯化的蛋白质、细胞裂解物、活细胞 和活动物等不同水平，评价药物作用强度和选择性。一和活动物等不同水平，评价药物作用强度和选择性。一 方

20、面，可鉴别与不同疾病相关的新型药物靶点；另一方方面，可鉴别与不同疾病相关的新型药物靶点；另一方 面可用于药物先导化合物的快速鉴定，从而加快候选化面可用于药物先导化合物的快速鉴定，从而加快候选化 合物应用于临床的进程。其中基于靶酶活性的特异化学合物应用于临床的进程。其中基于靶酶活性的特异化学 小分子探针小分子探针(activity-based probes(activity-based probes，ABPs)ABPs)是一种新是一种新 的化学蛋白质组学研究技术。的化学蛋白质组学研究技术。 activity-based probesactivity-based probes，ABPsABPs 该

21、技术的原理是：合成同时带有反应基团和标签基团该技术的原理是：合成同时带有反应基团和标签基团 的的ABPsABPs试剂与待研究的蛋白质组作用试剂与待研究的蛋白质组作用(ABPs(ABPs中的反应中的反应 基团能够特异性共价修饰蛋白质组中的某类酶蛋白而基团能够特异性共价修饰蛋白质组中的某类酶蛋白而 将化学小分子将化学小分子“挂挂”到感兴趣的靶酶上，然后，利用到感兴趣的靶酶上，然后，利用 ABPsABPs中的荧光或生物素标签基团又可将这些靶酶一个中的荧光或生物素标签基团又可将这些靶酶一个 个地从蛋白质组中个地从蛋白质组中“钓钓”出来出来) )。由于。由于ABPsABPs是针对待是针对待 研究靶酶的活

22、性而定向设计的化学小分子，因而能够研究靶酶的活性而定向设计的化学小分子，因而能够 直接检测蛋白质组中感兴趣的靶酶的活性。直接检测蛋白质组中感兴趣的靶酶的活性。 ABP ABP 的分子量通常在的分子量通常在 700-1000 D700-1000 D，这主要是由于报，这主要是由于报 告基团告基团( (荧光基团或生物素荧光基团或生物素) )造成的，这些报告基团还造成的，这些报告基团还 可能改变活性分子在体内的性质及其与靶蛋白的作用可能改变活性分子在体内的性质及其与靶蛋白的作用 模式，并因此限制了模式，并因此限制了ABPABP分子在体内细胞的吸收与分分子在体内细胞的吸收与分 布。布。ABPP ABPP

23、 实验一般都是在体外进行的，如细胞或组实验一般都是在体外进行的，如细胞或组 织匀浆液，这种实验方式可能会改变细胞或组织内活织匀浆液，这种实验方式可能会改变细胞或组织内活 性酶或非活性酶的浓度及它们各自的亚细胞分布。因性酶或非活性酶的浓度及它们各自的亚细胞分布。因 此，体外的功能蛋白质组学研究只能大致地揭示活细此，体外的功能蛋白质组学研究只能大致地揭示活细 胞或动物体内组织中蛋白质的功能状态。胞或动物体内组织中蛋白质的功能状态。 1 1，不可逆探针，不可逆探针 就其主要基础性结构而言，不可逆的化学探针具有三种就其主要基础性结构而言，不可逆的化学探针具有三种 特异的功能部位：与酶共价交联的反应基团

24、，调节反应特异的功能部位：与酶共价交联的反应基团，调节反应 基团反应特异性的链接区和一个便于鉴别和纯化目标酶基团反应特异性的链接区和一个便于鉴别和纯化目标酶 的标记物。的标记物。 （1 1）反应基团）反应基团 反应基团为靶蛋白质提供必要的共价修饰，其选择性的反应基团为靶蛋白质提供必要的共价修饰，其选择性的 高低是化学探针设计过程中的最大的挑战高低是化学探针设计过程中的最大的挑战 其难度在于其难度在于 功能基团的二元性，一方面具有特定蛋白质中氨基酸残功能基团的二元性，一方面具有特定蛋白质中氨基酸残 基的反应性，另一方面不识别细胞或细胞抽提物的其他基的反应性，另一方面不识别细胞或细胞抽提物的其他

25、活性片段。活性片段。 （2 2）链接区）链接区 通常采用长链烷或聚乙二醇作为化学探针的链接区，连通常采用长链烷或聚乙二醇作为化学探针的链接区，连 接反应基团和标记物。主要在反应基团和标记物之间提接反应基团和标记物。主要在反应基团和标记物之间提 供足够的空间以阻止空间障碍的形成，便于反应基团与供足够的空间以阻止空间障碍的形成，便于反应基团与 酶的结合以及对结合物的纯化。烷基链可调节探针的疏酶的结合以及对结合物的纯化。烷基链可调节探针的疏 水性，使其便于进入活细胞和组织；而聚乙二醇链可提水性，使其便于进入活细胞和组织；而聚乙二醇链可提 高疏水探针的溶解性，便于进入水溶液。高疏水探针的溶解性，便于进

26、入水溶液。 （3 3）标记物）标记物 一般选用生物一般选用生物 素、荧光物质素、荧光物质 和放射性物质和放射性物质 作为化学探针作为化学探针 的标记物，可的标记物，可 快速鉴别和纯快速鉴别和纯 化探针所修饰化探针所修饰 的蛋白质。蛋的蛋白质。蛋 白质凝胶电泳白质凝胶电泳 是最简单有效是最简单有效 的蛋白质分离的蛋白质分离 方法，因此用方法，因此用 于标记探针的于标记探针的 物质应兼容于物质应兼容于 SDS-PAGESDS-PAGE法。法。 目前目前, ,该方法已成功地分别用于针对丝氨酸蛋白酶，巯基蛋白酶，该方法已成功地分别用于针对丝氨酸蛋白酶，巯基蛋白酶， 去泛蛋白化酶等靶酶的功能蛋白质组研究

27、去泛蛋白化酶等靶酶的功能蛋白质组研究, ,并从中发现了一些化学并从中发现了一些化学 小分子体内作用的疾病相关新靶点。小分子体内作用的疾病相关新靶点。 2 2，可逆探针，可逆探针 由于不可逆探针的设计受到对蛋白质（酶）活性中心结构信息、由于不可逆探针的设计受到对蛋白质（酶）活性中心结构信息、 小分子化合物对酶抑制部位信息等缺乏的局限性，人们希望直小分子化合物对酶抑制部位信息等缺乏的局限性，人们希望直 接用可逆抑制剂作为化学探针，这种方法有望扩展于针对所有接用可逆抑制剂作为化学探针，这种方法有望扩展于针对所有 靶蛋白质的功能蛋白质组研究，并可用于新药筛选。靶蛋白质的功能蛋白质组研究，并可用于新药筛

28、选。 3 3，无标记探针，无标记探针 ABPPABPP实验一直是在细胞或组织匀浆液中进行的，一个主要的原实验一直是在细胞或组织匀浆液中进行的，一个主要的原 因是报告基团体积很大因是报告基团体积很大( (分子量通常在分子量通常在700700一一10o0Da)10o0Da)，限制了，限制了 探针分子的吸收、分布，甚至可能改变探针分子的作用模式探针分子的吸收、分布，甚至可能改变探针分子的作用模式) )。 近年来，近年来， ABPP ABPP 实验引入了实验引入了click-chemistryclick-chemistry，发展了没有，发展了没有 标签标签(tag-free)(tag-free)的探针

29、分子，报告基团的探针分子，报告基团( (荧光素或生物素荧光素或生物素) )是是 在探针分子共价标记了靶蛋白后，通过在探针分子共价标记了靶蛋白后，通过 Huisgen 1,3- Huisgen 1,3- 偶极偶极 环加成反应环加成反应( (炔基与叠氮基反应形成稳定的三氮唑结构炔基与叠氮基反应形成稳定的三氮唑结构) )连接到连接到 探针分子上。探针分子上。Sharpless Sharpless 等发现在等发现在 Cu(I)Cu(I)催化下炔基与叠氮催化下炔基与叠氮 基可以在温和的条件下高产率得到三氮唑，这一发现使得基可以在温和的条件下高产率得到三氮唑，这一发现使得 click-chemistryc

30、lick-chemistry可以有效地运用到功能蛋白质组学的研究。可以有效地运用到功能蛋白质组学的研究。 无标记探针分子的设计需要运用光亲和标记技术，引入光亲合标无标记探针分子的设计需要运用光亲和标记技术，引入光亲合标 记基团记基团(photoaffinity labeling group)(photoaffinity labeling group)，其作用是在探针分，其作用是在探针分 子与靶蛋白结合子与靶蛋白结合( (可逆可逆) )后，通过光解作用在探针分子与靶蛋白之后，通过光解作用在探针分子与靶蛋白之 间引入共价键。通常这类探针分子包括活性部位间引入共价键。通常这类探针分子包括活性部位(a

31、ctivity (activity unit)unit)、光亲合标记基团、连接部位及报告基团。、光亲合标记基团、连接部位及报告基团。 光亲和标记探针分子的光亲和基团有：苯基叠氮类光亲和标记探针分子的光亲和基团有：苯基叠氮类 (phenyl azides)(phenyl azides)、trifluoro methylphenyl trifluoro methylphenyl diazirinediazirine、二苯甲酮类、二苯甲酮类(benzophenone)(benzophenone)等。通常理想等。通常理想 的光亲和基团应具备以下几个特征的光亲和基团应具备以下几个特征: (1) : (1

32、) 具有一定的化具有一定的化 学稳定性，能耐受普通的化学反应；学稳定性，能耐受普通的化学反应；(2) (2) 在自然光中合在自然光中合 理的稳定性；理的稳定性；(3) (3) 在黑暗中稳定，在不对生物样品造成在黑暗中稳定，在不对生物样品造成 损伤损伤(300 nm)(300 nm)的紫外光照下很容易光解；的紫外光照下很容易光解；(4) (4) 光解后光解后 的活性中间体既能与亲核的的活性中间体既能与亲核的X-H(X=N,S,O)X-H(X=N,S,O)官能团反应，官能团反应， 也能与也能与C-H C-H 官能团反应。光解中间体与受体作用得到的官能团反应。光解中间体与受体作用得到的 产物应该比较

33、稳定，能够耐受分离、纯化和分析等操作。产物应该比较稳定，能够耐受分离、纯化和分析等操作。 光亲和标记光亲和标记-ABPP (CC-ABPP) -ABPP (CC-ABPP) 实验目前只是局限于共价实验目前只是局限于共价 作用的探针分子的设计、研究，但是在很多情况下我们作用的探针分子的设计、研究，但是在很多情况下我们 所能得到的活性小分子与蛋白质的作用方式是非共价的，所能得到的活性小分子与蛋白质的作用方式是非共价的， 此时就希望将此时就希望将click-chemistry click-chemistry 引入到光亲和标记技术引入到光亲和标记技术 中，设计非共价作用的探针分子进行蛋白质组学研究，中

34、，设计非共价作用的探针分子进行蛋白质组学研究， 成为蛋白质组学研究的更强有力的工具，对药物的发现成为蛋白质组学研究的更强有力的工具，对药物的发现 起到更大的推动作用。起到更大的推动作用。 化学探针可用于药效研究。通过分析候选药物和化学化学探针可用于药效研究。通过分析候选药物和化学 探针之间简单的竞争结合探针之间简单的竞争结合, ,鉴别出复杂的蛋白质组中鉴别出复杂的蛋白质组中 药物靶点。同时药物靶点。同时, ,可利用更贴近生理条件的天然酶可利用更贴近生理条件的天然酶, ,验验 证候选药物的功效。此外证候选药物的功效。此外, ,可采用相关的组织样本可采用相关的组织样本, ,分分 析候选药物抑制特异

35、性靶点的能力。析候选药物抑制特异性靶点的能力。 可利用化学探针在纯化的蛋白质、细胞裂解物、活细可利用化学探针在纯化的蛋白质、细胞裂解物、活细 胞和活动物等不同水平胞和活动物等不同水平, ,评价药物作用强度和选择性。评价药物作用强度和选择性。 化学蛋白质组学是一个多学科交叉的领域化学蛋白质组学是一个多学科交叉的领域, ,很大程度很大程度 上提升了我们对生物学和药物发展的理解。上提升了我们对生物学和药物发展的理解。 共价结合于目标蛋白质、便于纯化和鉴定的化学探针共价结合于目标蛋白质、便于纯化和鉴定的化学探针, , 无疑是该领域最为重要的工具。一方面无疑是该领域最为重要的工具。一方面, ,可鉴别与不

36、可鉴别与不 同疾病相关的新型药物靶点同疾病相关的新型药物靶点; ;另一方面可用于药物先另一方面可用于药物先 导化合物的快速鉴定导化合物的快速鉴定, ,从而加快候选化合物应用于临从而加快候选化合物应用于临 床的进程。床的进程。 利用基于靶酶活性的特异化学小分子探针利用基于靶酶活性的特异化学小分子探针 (activity -basedprobes(activity -basedprobes，ABPs)ABPs)来探测功能蛋白质来探测功能蛋白质 组。组。 该技术的原理是该技术的原理是: :合成同时带有反应基团和标签基合成同时带有反应基团和标签基 团的团的ABPsABPs试剂与待研究的蛋白质组作用试剂

37、与待研究的蛋白质组作用(ABPs(ABPs中中 的反应基团能够特异性共价修饰蛋白质组中的某的反应基团能够特异性共价修饰蛋白质组中的某 类酶蛋白而将化学小分子类酶蛋白而将化学小分子“挂挂”到感兴趣的靶酶到感兴趣的靶酶 上，然后，利用上，然后，利用ABPsABPs中的荧光或生物素标签基团中的荧光或生物素标签基团 又可将这些靶酶一个个地从蛋白质组中又可将这些靶酶一个个地从蛋白质组中“钓钓”出出 来来) )。 由于由于ABPsABPs是针对待研究靶酶的活性而定向设计的是针对待研究靶酶的活性而定向设计的 化学小分子，因而能够直接检测蛋白质组中感兴化学小分子，因而能够直接检测蛋白质组中感兴 趣的靶酶的活性

38、趣的靶酶的活性 目前，该方法已成功地分别用于针对丝氨酸蛋白目前，该方法已成功地分别用于针对丝氨酸蛋白 酶酶 巯基蛋白酶巯基蛋白酶 去泛蛋白化酶等靶酶的功能蛋去泛蛋白化酶等靶酶的功能蛋 白质组研究，并从中发现了一些化学小分子体内白质组研究，并从中发现了一些化学小分子体内 作用的疾病相关新靶点作用的疾病相关新靶点 而化学在这里再一次与生物学的最新发展融合，形成新而化学在这里再一次与生物学的最新发展融合，形成新 的交叉研究领域的交叉研究领域- -化学蛋白质组学化学蛋白质组学(chemical (chemical proteomics)proteomics)。化学蛋白质组学是一个目前仍在不断扩。化学蛋

39、白质组学是一个目前仍在不断扩 展中的全新领域，学术界至今对其尚未有确切定义。一展中的全新领域，学术界至今对其尚未有确切定义。一 定程度上，化学蛋白质组学可以理解为定程度上，化学蛋白质组学可以理解为“化学加蛋白质化学加蛋白质 组学组学”。 具体地说，由于大多数蛋白质的功能直接依赖于小分子具体地说，由于大多数蛋白质的功能直接依赖于小分子 配体与靶蛋白的结合步骤，因此，利用能够与靶蛋白质配体与靶蛋白的结合步骤，因此，利用能够与靶蛋白质 特异作用的化学小分子来扰动和探测蛋白质组，有可能特异作用的化学小分子来扰动和探测蛋白质组，有可能 在蛋白质组的整体水平上，揭示感兴趣的特定蛋白质的在蛋白质组的整体水平上，揭示感兴趣的特定蛋白质的 功能以及它们与化学小分子的相互作用功能以及它们与化学小分子的相互作用 化学蛋白质组学利用化学小分子直接从功能角度切入蛋化学蛋白质组学利用化学小分子直接从功能角度切入蛋 白质组的研究，有别于以往