蛋白质的研究历史与方法

关于蛋白质的研究历史与方法第一节蛋白质研究的历史回顾

蛋白质是一类重要的生物大分子，protein字源出自希腊文，是“最原初的”，“第一重要的”意思

19世纪30年代中期以前，认识其化学元素组成情况及原子之间结合比例，即确定经验性的分子式

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1937年，A.W.k.Tiselius

建立了研究蛋白质的移动界面电泳(electrophoresis)方法,于1948年获诺贝尔化学奖

1941年，A.J.P.Martin和R.L.M.Synge建立了分配层析(partitionchromatography)技术，被授予1952年的诺贝尔化学奖

第3页,共39页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinChemistry1948"forhisresearchonelectrophoresisandadsorptionanalysis,especiallyforhisdiscoveriesconcerningthecomplexnatureoftheserumproteins"ArneW.K.TiseliusUppsalaUniversity

Uppsala,Sweden

1902-1971第4页,共39页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinChemistry1952"fortheirinventionofpartitionchromatography"ArcherJ.P.MartinRichardL.M.Synge

1/2oftheprize1/2oftheprizeNationalInstituteforMedicalResearchLondon,UnitedKingdom

RowettResearchInstituteBucksburn(Scotland),UnitedKingdom1910-20021914-1994第5页,共39页，2024年2月25日，星期天第6页,共39页，2024年2月25日，星期天第7页,共39页，2024年2月25日，星期天第8页,共39页，2024年2月25日，星期天第9页,共39页，2024年2月25日，星期天第10页,共39页，2024年2月25日，星期天

1953年，F.Sanger利用纸层析和纸电泳技术第一次揭示出牛胰岛素的一级结构，开创了以后数千种蛋白质序列分析的先声，被授予1958年诺贝尔化学奖

第11页,共39页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinChemistry1958"forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin"FrederickSanger

UniversityofCambridge

Cambridge,UnitedKingdom

1918-第12页,共39页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinChemistry1980"forhisfundamentalstudiesofthebiochemistryofnucleicacids,withparticularregardtorecombinant-DNA""fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacids"PaulBerg1/2oftheprizeStanfordUniversityStanford,CA,USA1926-WalterGilbertFrederickSanger1/4oftheprize1/4oftheprize

HarvardUniversity,BiologicalLaboratoriesCambridge,MA,USAMRCLaboratoryofMolecularBiologyCambridge,UnitedKingdom1932-1918-第13页,共39页，2024年2月25日，星期天

J.C.Kendrew(1958)及M.F.Perutz(1960)利用X射线技术解析了肌红蛋白(myoglobin)和血红蛋白(hemoglobin)的三维结构，使人们第一次能够洞察生物大分子的空间结构，共同赢得了1962年的诺贝尔化学奖

第14页,共39页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinChemistry1962"fortheirstudiesofthestructuresofglobularproteins"

MaxFerdinandPerutz1/2oftheprizeMRCLaboratoryofMolecularBiologyCambridge,UnitedKingdom1914-2002JohnCowderyKendrew1/2oftheprizeMRCLaboratoryofMolecularBiologyCambridge,UnitedKingdom1917-1997第15页,共39页，2024年2月25日，星期天

20世纪70年代中后期，GunterBlobel利用体外蛋白质翻译系统发现动物细胞中很多分泌蛋白的跨膜方式，提出“信号假说”(signalhypothesis)，获得了1998年的诺贝尔生理医学奖

第16页,共39页，2024年2月25日，星期天

20世纪50年代后期，E.W.Sutherland发现细胞内cAMP的存在，1971年被授予诺贝尔生理医学奖

70年代末80年代初，A.G.Gilman和M.Rodbell独立发现G蛋白的存在，因此二人在1994年获得诺贝尔生理医学奖“信号转导”(signaltransduction)第17页,共39页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1994"fortheirdiscoveryofG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells"AlfredG.GilmanMartinRodbell1941-1925-1998UniversityofTexas,SouthwesternMedicalCenterDallas,TX,USANationalInstituteofEnvironmentalHealthSciencesResearchTrianglePark,NC,USA第18页,共39页，2024年2月25日，星期天

60年代，P.Mitchell提出“化学渗透学说”，获1978年获诺贝尔化学奖

70年代，P.D.Boyer提出“结合改变机制”；90年代，J.E.Walker测定ATP合酶的晶体结构，他们共享了1997年的诺贝尔化学奖

揭示能量转化机制第19页,共39页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1993"forcontributionstothedevelopmentsofmethodswithinDNA-basedchemistry"MichaelSmith1944-1932-2000LaJolla,CA,USAKaryB.MullisUniversityofBritishColumbiaVancouver,Canada"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method""forhisfundamentalcontributionstotheestablishmentofoligonucleotide-based,site-directedmutagenesisanditsdevelopmentforproteinstudies"第20页,共39页，2024年2月25日，星期天Nature1998;391:806-811.

Potentandspecificgeneticinterferencebydouble-strandedRNAinCaenorhabditiselegans.

第21页,共39页，2024年2月25日，星期天WhatRogerKornberghimselfhasnowdoneistodescribehowthegeneticinformationiscopiedfromDNAintowhatiscalledmessenger-RNA

第22页,共39页，2024年2月25日，星期天Kornberghaddescribedhowgeneticinformationistransferredfromamothercelltoitsdaughters.

第23页,共39页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2007"fortheirdiscoveriesofprinciplesforintroducingspecificgenemodificationsinmicebytheuseofembryonicstemcells"MarioR.CapecchiSirMartinJ.EvansOliverSmithies

USAUnitedKingdomUSA

UniversityofUtah

SaltLakeCity,UT,USA;HowardHughesMedicalInstitute

b.1937

(inItaly)

CardiffUniversity

Cardiff,UnitedKingdom

b.1941UniversityofNorthCarolinaatChapelHill

ChapelHill,NC,USAb.1925

(inUnitedKingdom)

第24页,共39页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinChemistry2008"forthediscoveryanddevelopmentofthegreenfluorescentprotein,GFP"OsamuShimomuraMartinChalfieRogerY.Tsien

1/3oftheprize

1/3oftheprize

1/3oftheprizeUSAUSAUSAMarineBiologicalLaboratory(MBL)

WoodsHole,MA,USA;BostonUniversityMedicalSchool

Massachusetts,MA,USAb.1928

(inKyoto,Japan)ColumbiaUniversity

NewYork,NY,USAb.1947UniversityofCalifornia

SanDiego,CA,USA;HowardHughesMedicalInstituteb.1952

第25页,共39页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2008"forhisdiscoveryofhumanpapillomavirusescausingcervicalcancer""fortheirdiscoveryofhumanimmunodeficiencyvirus"HaraldzurHausen

FrançoiseBarré-Sinoussi

LucMontagnier

1/2oftheprize1/4oftheprize

1/4oftheprizeGermanyFranceFranceGermanCancerResearchCentre

Heidelberg,Germanyb.1936RegulationofRetroviralInfectionsUnit,VirologyDepartment,InstitutPasteurParis,Franceb.1947WorldFoundationforAIDSResearchandPreventionParis,Franceb.1932第26页,共39页，2024年2月25日，星期天化学奖：/nobel/chemistry/chemistry.html/nobel_prize/chemistry/

生理/医学奖：

/nobel/medicine/medicine.html/nobel_prizes/medicine/第27页,共39页，2024年2月25日，星期天Summary(1)

分离纯化蛋白质

测定蛋白质分子质量蛋白质结构分析蛋白质生物学活性分析探索结构与功能的关系第28页,共39页，2024年2月25日，星期天Summary(2)

学科交叉分子生物学是一门实践性、应用性强的学科

生化方法学是在不断发展的

第29页,共39页，2024年2月25日，星期天第二节蛋白质样品的提取目的蛋白的获取直接从生物体内获取基因工程表达重组蛋白采用免疫学方法获取相关抗体获取蛋白质的编码序列(cDNA)基因组测序基因组测序进行推导获取部分肽段氨基酸序列捕获相应蛋白质第30页,共39页，2024年2月25日，星期天经典的细胞蛋白质分离纯化流程由下述主要步骤组成：清洗组织或细胞裂解细胞离心除去膜组分等获得可溶性蛋白质离心、层析、电泳等进一步纯化获取产物蛋白第31页,共39页，2024年2月25日，星期天一、细胞的破碎各种组织和细胞的常用破碎方法细胞破碎方法组织种类

旋刀式匀浆大多数动、植物组织手动式匀浆柔软的动物组织高压匀浆细菌、酵母、植物细胞研磨细菌、植物细胞高速珠磨细胞混悬液酶溶细菌、酵母去垢剂渗透组织培养细胞有机溶剂渗透细菌、酵母超声破碎细胞混悬液低渗裂解红细胞、细菌冻融裂解培养细胞

第32页,共39页，2024年2月25日，星期天二、去污剂处理溶解膜蛋白

去污剂为双极性(amphipathic)脂类分子，可在水中溶解。通常由线性或带有分枝的碳氢化合物尾部和结构各不相同的亲水性头部组成SDSTritonX-100NP-40Tween