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蛋白質(zhì)研究是分析化學中最具挑戰(zhàn)性的課題之一。 最初的蛋白質(zhì)研究側(cè)重于開發(fā)能夠分離和鑒定蛋白質(zhì)主要序列（或部分）的技術(shù)。 Edman降解肽是一種識別肽主要氨基酸序列的革命性方法。 此外，蛋白質(zhì)的整個序列可以通過結(jié)合不同酶的蛋白質(zhì)消化、 對肽的分級 高效液相色譜 (HPLC) 、然后 Edman 降解來確定。 在 1990 年代，由于易于操作和取得成果，Edman 降解的蛋白質(zhì)鑒定被質(zhì)譜法所取代。 樣品中蛋白質(zhì)收集的研究也成為可能。 多年來，為蛋白質(zhì)研究開發(fā)了更多技術(shù)，該領(lǐng)域變得如此流行以至于術(shù)語“蛋白質(zhì)組學”被指定用于它。 蛋白質(zhì)組學用于定義蛋白質(zhì)組的大規(guī)模研究，但現(xiàn)在指的是小規(guī)模到大規(guī)模的蛋白質(zhì)研究。

自下而上和自上而下是兩種基于生物量光譜法的蛋白質(zhì)組學分析方法。 自下而上，也稱為霰彈槍，是蛋白質(zhì)組學研究中廣泛使用的質(zhì)譜技術(shù)，是一種將大蛋白質(zhì)片段消化/酶促溶解成小肽進行分析的傳統(tǒng)方法。 自上而下可以直接對完整蛋白質(zhì)進行測序，包括翻譯后修飾的蛋白質(zhì)和其他大片段蛋白質(zhì)，而不僅僅是肽。

自下而上的蛋白質(zhì)組學

基本過程是蛋白質(zhì)混合物在分離或不分離的情況下被消化成肽混合物。 肽混合物經(jīng)過色譜分離和電離后，通過串聯(lián)質(zhì)譜法生成肽片段指紋，用于肽鑒定。 最后，從鑒定的肽中推導出可能的蛋白質(zhì)。 這種方法可以在短時間內(nèi)獲得大量的識別結(jié)果。

在計算步驟中，現(xiàn)有的分析圖譜方法包括序列庫搜索、圖庫搜索（最常用）、de novo 測序以及de novo 測序結(jié)合容錯搜索的方法。 一些經(jīng)典的圖書館搜索軟件已經(jīng)被廣泛使用，包括MASCOT、SEQUEST、X！ 串聯(lián)等。

以shotgun技術(shù)路線為例，序列庫搜索方法的基本流程如下：

a. 將數(shù)據(jù)庫中的候選蛋白質(zhì)序列理論上切割成肽段，模擬理論上切割出的肽段的斷裂圖譜。

灣 根據(jù)地圖的相似性對實驗地圖進行匹配和評分。 通過特定的肽質(zhì)量控制方法獲得了高度可靠的肽鑒定結(jié)果。

C. 蛋白質(zhì)是基于肽與蛋白質(zhì)氨基酸序列之間的對應關(guān)系推導出來的。

目前，自下而上的策略是最成熟和最廣泛用于識別蛋白質(zhì)、表征翻譯后修飾以及執(zhí)行相對和絕對定量的策略。 然而，與此同時，該策略的內(nèi)部缺陷限制了其潛在應用。

自上而下的蛋白質(zhì)組學

盡管已經(jīng)開發(fā)了許多蛋白質(zhì)分離技術(shù)，但大多數(shù)技術(shù)都無法從復雜的混合物中挑出蛋白質(zhì)。 已經(jīng)開發(fā)出一種自上而下的蛋白質(zhì)組學策略來表征混合物中的多種完整蛋白質(zhì)。 在自上而下的蛋白質(zhì)組學中，完整的蛋白質(zhì)首先通過反相液相色譜從復雜的生物樣品中分離出來，然后通過電噴霧電離 (ESI) 或基質(zhì)輔助激光解吸/電離 (MALDI) 技術(shù)直接電離。 生成的離子通過碰撞誘導解離 (CID)、高能碰撞誘導解離 (HCD)、電子捕獲解離 (ECD) 或電子轉(zhuǎn)移解離 (ETD) 進行碎裂，并在串聯(lián)質(zhì)譜儀中進行分析。 該方法有望用于蛋白質(zhì)鑒定、分析、序列分析和翻譯后修飾表征。

圖 1. 自下而上和自上而下蛋白質(zhì)組學的工作流程（Ashley 等 ，2016）。

自上而下和自下而上的策略都有其優(yōu)點和局限性。 考慮到兩種策略提供的信息的互補性，逐漸衍生出“中下”蛋白質(zhì)組學策略，其中大蛋白質(zhì)受到 LysC 等酶的有限蛋白質(zhì)水解，產(chǎn)生 5-20 kDa 范圍內(nèi)的產(chǎn)物。 然后使用自上而下的方法對這些肽進行測序，該方法具有序列覆蓋率高和 PTM 信息保留的優(yōu)點。 根據(jù)設(shè)備和具體分析要求選擇合適的蛋白質(zhì)研究策略很重要。

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