本书从理论与实践相结合的角度按蛋白质实际分析的时序重点介绍了当今蛋白质组学的思想、技术和原理。以双向电泳-质谱分析技术为基本技术路线，试图展现出各种常用的蛋白质分离技术、蛋白质质谱鉴定技术、生物信息学分析技术，同时对蛋白质结构、蛋白质间互作、蛋白质定量与修饰等重要的蛋白质组学范畴的技术进行描述。此外，作者还总结了有代表性的最常用操作规程、注意事项、技术小贴士等。
本书适合从事生物工程的工作者及研究人员阅读。
孟凡刚，中山大学环境科学与工程学院，教授，主要从事膜法水处理技术的研究，聚焦膜污染表征与控制和新型污水处理技术的研发与工程应用。主持国家自然科学基金和国家重点研发计划国际合作重点项目等10余项课题。在国际期刊发表论文100余篇，其中在Environ. Sci. Technol.和Water Res.发表论文20余篇。以第 一/通讯作者所发表的论文被SCI他引3000余次，2篇论文入选中国百篇具影响国际论文。授权国家专利10余项，并围绕低碳氮比生活污水、高碳氮废水开展示范研究和推广应用。
1 蛋白质组学导论 1
1.1 蛋白质组学定义及其研究目的、内容与重要性 1
1.1.1 蛋白质组学的诞生 1
1.1.2 蛋白质组学定义 3
1.1.3 蛋白质组学与传统蛋白质研究 4
1.1.4 蛋白质组学的研究目的 4
1.1.5 蛋白质组学的研究内容 5
1.1.6 蛋白质组学的重要性 7
1.2 蛋白质组学发展的历史沿革 11
1.2.1 现代生命科学的发展 11
1.2.2 蛋白质组学研究的历程 12
1.2.3 蛋白质组学的发展特色 13
1.2.4 蛋白质组学的研究现状 15
1.2.5 蛋白质组学发展的新趋势 17
1.3 蛋白质组学研究的特点 18
1.3.1 技术的先进性 18
1.3.2 技术的实用性 19
1.3.3 学科的综合性 20
1.3.4 学科的交叉性 21
1.4 蛋白质组学的局限性 22
2 蛋白质组学研究技术 24
2.1 比较蛋白质组学 24
2.2 表达蛋白质组学 25
2.3 功能蛋白质组学 25
2.3.1 功能蛋白质组学的研究途径与重要性 25
2.3.2 功能蛋白质组学的技术发展 26
2.3.3 功能蛋白质组学的应用 28
2.4 结构蛋白质组学 29
2.4.1 结构蛋白质组学的重要性 29
2.4.2 结构蛋白质组学技术的发展 30
2.5 靶向蛋白质组学 32
2.6 关键技术的挑战：减少样品的复杂性 33
3 蛋白质样品制备 36
3.1 样品制备总则 36
3.1.1 主要目的 38
3.1.2 重要原则 39
3.1.3 诸要素的协调 39
3.2 样品的破碎 40
3.2.1 根据破碎力度分类 40
3.2.2 根据工具不同分类 42
3.2.3 根据蛋白酶活性抑制剂的分类 43
3.3 蛋白质的分离和提取 44
3.3.1 蛋白质的一步提取法 45
3.3.2 蛋白质的分步顺序提取法 46
3.3.3 亚细胞蛋白质样品的预分级、提取与分离 50
3.4 蛋白质的纯化 54
3.4.1 蛋白质纯度的要求和目的 55
3.4.2 挑战 57
3.5 蛋白质的裂解 57
3.5.1 裂解剂 58
3.5.2 裂解策略 59
3.6 蛋白质含量的测定方法 59
3.6.1 紫外吸收测定法 60
3.6.2 比色法 62
3.6.3 考马斯亮蓝法 64
3.6.4 其他测定方法 64
3.6.5 测定过程中应注意的一些问题 65
3.7 蛋白质制备过程中出现的问题和解决方法 65
3.7.1 裂解液的影响 65
3.7.2 盐浓度的影响 66
3.7.3 高丰度蛋白质的去除 66
3.7.4 其他影响因素 67
4 聚丙烯酰胺凝胶电泳 69
4.1 概述 69
4.2 PAGE的基本原理 71
4.2.1 连续或不连续的PAGE 72
4.2.2 蛋白质分离分辨率的提高 72
4.2.3 凝胶基质的孔径 74
4.2.4 决定蛋白质和多肽分辨率的主要因素 75
4.3 SDS-PAGE电泳 77
5 固相化pH梯度双向凝胶电泳 80
5.1 概述 80
5.1.1 电泳的基本原理 82
5.1.2 电泳的影响因素 83
5.1.3 电泳的分类 84
5.1.4 PAGE 85
5.2 第一向：固相pH梯度IEF电泳 89
5.2.1 蛋白质是两性电解质 90
5.2.2 pH梯度的形成 91
5.2.3 IEF电泳 94
5.2.4 IEF技术类型及其特点 95
5.2.5 固相pH梯度技术 96
5.3 第二向：根据分子量分离蛋白质 98
5.3.1 SDS-PAGE概述 98
5.3.2 2-DE技术的改进方法 100
5.4 双向凝胶的染色 101
5.5 电泳过程中常出现的问题及解决方法 102
5.5.1 第一向IEF问题 102
5.5.2 第二向SDS-PAGE的问题 102
5.5.3 染色的问题 103
5.6 2-DE图像的获取与分析 104
5.6.1 图像的获取 104
5.6.2 图像分析工具 105
5.6.3 图像分析流程 107
5.6.4 数据库和在线比对 112
6 质谱在蛋白质组学中的应用 114
6.1 质谱发展概述 114
6.2 质谱仪的基本组成和工作原理 116
6.2.1 生物质谱仪的基本组成 116
6.2.2 质谱仪工作原理 117
6.2.3 质谱仪分类 117
6.2.4 进样方式 119
6.2.5 离子形成的方式 120
6.2.6 离子质量的分析 124
6.3 质谱的类型 130
6.3.1 按应用分类 130
6.3.2 以质量分析器分类 131
6.3.3 按连接分类 132
6.4 质谱仪的作用 135
6.4.1 定性分析 135
6.4.2 定量分析 138
6.5 质谱分析的主要指标与图谱 139
6.5.1 质量测定范围 139
6.5.2 分辨率 139
6.5.3 灵敏度 140
6.5.4 质谱图及其判读 140
6.6 生物质谱分析技术 142
6.6.1 生物质谱的类型 142
6.6.2 基质辅助激光解吸电离化——飞行时间质谱分析技术 143
6.6.3 HPLC-ESI-MS/MS技术 148
6.7 串联质谱仪的意义 156
6.7.1 串联质谱数据鉴定蛋白质技术 156
6.7.2 串联质谱的优点及局限性 158
6.8 肽谱、指纹肽谱和序列梯子 159
6.8.1 质谱肽谱分析 159
6.8.2 指纹肽谱 160
6.8.3 序列梯子 160
6.8.4 对仪器的要求 162
6.9 生物质谱的应用 164
6.9.1 科学领域中的应用 164
6.9.2 纳米材料的制备及应用 165
6.9.3 同位素测定的应用 165
6.9.4 生物大分子的表征 165
6.10 质谱术语 166
7 蛋白质鉴定 169
7.1 概述 169
7.1.1 发展史 170
7.1.2 主要方法 171
7.2 样品质量控制与制备概要 173
7.2.1 样品制备的前控制 173
7.2.2 样品制备要点 176
7.3 蛋白质鉴定的属性 182
7.3.1 来源种类 182
7.3.2 蛋白质pI 182
7.3.3 蛋白质分子量 182
7.3.4 部分序列或序列标签 183
7.3.5 蛋白质中氨基酸组成 183
7.4 MALDI-MS的相关分析 185
7.4.1 原理与特点 186
7.4.2 PMF分析 186
7.4.3 蛋白质鉴定的软件算法 189
7.5 ESI-MS分析 190
7.5.1 特点 190
7.5.2 上样 190
7.5.3 肽序列标签分析法 191
7.6 质谱鉴定技术 193
7.6.1 用于蛋白质鉴定的Top-down和Bottom-up策略 193
7.6.2 基于PMF鉴定蛋白质 195
7.6.3 基于多组质谱的蛋白质鉴定 196
7.7 用质谱数据对肽段从头测序 198
7.7.1 原理 198
7.7.2 种类 199
7.7.3 肽从头测序软件 201
7.8 氨基酸组成分析法 202
7.8.1 原理 203
7.8.2 方法 203
7.9 N端和C端氨基酸序列测定 203
7.9.1 原理 204
7.9.2 降解反应的步骤 205
7.9.3 蛋白质序列测定应注意的问题 207
7.10 数据采集 208
8 蛋白质翻译后修饰 209
8.1 概述 209
8.2 磷酸化蛋白质鉴定 211
8.2.1 磷酸化蛋白质的检测方法 215
8.2.2 磷酸化蛋白质的富集 218
8.2.3 磷酸化肽段的富集 219
8.2.4 用质谱或质谱联用检测分析磷酸化蛋白质的特性 222
8.3 糖基化蛋白质的鉴定 229
8.3.1 糖基化蛋白质的分离与富集技术 234
8.3.2 糖基化蛋白质的解析 235
8.4 若干挑战性 239
8.4.1 关于质谱分析技术 239
8.4.2 关于磷酸化分析的困难 239
8.4.3 关于糖基化研究的复杂性 240
9 蛋白质组学的定量研究技术 242
9.1 概述 242
9.1.1 定量技术体系 242
9.1.2 定量法分类 243
9.2 荧光定量蛋白质分析技术 244
9.2.1 荧光染料染色技术 244
9.2.2 2D-DIGE蛋白质组技术 247
9.3 基于质谱的蛋白质定量分析 252
9.3.1 同位素标记 253
9.3.2 非同位素标记定量分析 267
9.3.3 用内标肽绝对定量 267
9.3.4 串联质谱标记 268
9.4 蛋白质芯片技术 268
9.4.1 蛋白质芯片的分类 269
9.4.2 蛋白质芯片的应用 271
10 蛋白质结构分析 277
10.1 蛋白质的一级结构 278
10.2 蛋白质的二级结构 279
10.2.1 蛋白质二级结构预测 281
10.2.2 不同二级结构预测方法评价 286
10.2.3 二级结构预测展望 287
10.3 蛋白质的三级结构 288
10.3.1 三级结构 288
10.3.2 蛋白质三级结构预测 290
10.4 蛋白质四级结构 294
10.5 蛋白质的结构生物学 295
10.5.1 蛋白质结构的实验测定 295
10.5.2 蛋白质结构分类 296
10.5.3 蛋白质结构与功能的关系 298
10.6 蛋白质结构比对 300
10.6.1 蛋白质结构比对原理 300
10.6.2 常见蛋白质结构比对方法 301
10.7 蛋白质结构预测的一般性 304
10.7.1 蛋白质预测总体流程 304
10.7.2 不同预测方法的评价 305
11 互作蛋白质组研究技术 306
11.1 蛋白质间互作的离体研究技术 307
11.1.1 蛋白质亲和色谱 307
11.1.2 SPR技术 308
11.1.3 蛋白质芯片 309
11.1.4 免疫共沉淀技术 309
11.1.5 蓝色非变性胶技术 310
11.2 蛋白质间互作的在体研究技术 312
11.2.1 酵母双杂交系统概述 313
11.2.2 酵母双杂交原理 314
11.2.3 试验流程 315
11.2.4 酵母双杂交技术的优缺点 316
11.2.5 双杂交技术的发展 317
11.2.6 酵母双杂交技术的应用 322
11.3 未来发展方向 323
12 蛋白质组信息学 324
12.1 概述 324
12.1.1 蛋白质组信息学的产生与发展 325
12.1.2 蛋白质组信息学的研究内容 325
12.1.3 蛋白质组信息学的展望 326
12.2 蛋白质组学分析相关的生物信息学资源 327
12.2.1 蛋白质生物信息中心 328
12.2.2 国家蛋白质组学研究实验室简介 330
12.2.3 蛋白质数据库 332
12.2.4 核酸数据库 356
12.2.5 基因组数据库 358
12.2.6 蛋白质通用软件 359
12.3 蛋白质组信息学技术的应用 366
12.3.1 序列比对 366
12.3.2 数据库搜索 367
12.3.3 结构预测 372
12.3.4 药物筛选及设计 373
12.4 其他生物信息学网站 373
13 蛋白质组学的应用 376
13.1 蛋白质组学在植物上的应用 376
13.1.1 植物种群间蛋白质遗传差异研究 376
13.1.2 植物发育相关蛋白质组研究 377
13.1.3 植物组织器官蛋白质组学 377
13.1.4 植物亚细胞蛋白质组学 378
13.1.5 植物环境信号应答和适应机制蛋白质组学 379
13.1.6 蛋白质组学在植物病害防治机理研究中的应用 380
13.1.7 蛋白质组学对植物生理活动的研究 383
13.1.8 观赏植物花色素苷降解研究 383
13.1.9 蛋白质标记遗传作图与候选蛋白质 383
13.2 蛋白质组学在动物科学中的应用 385
13.2.1 动物细胞蛋白质表达图谱 385
13.2.2 动物遗传与进化 385
13.2.3 动物生长发育规律 385
13.2.4 寄生虫生活史研究 386
13.2.5 乳制品中的应用 387
13.3 蛋白质组学在微生物学研究中的应用 387
13.3.1 模式微生物研究 387
13.3.2 人类疾病病原微生物蛋白质组学研究 388
13.3.3 人体微生物蛋白质组 389
13.3.4 植物病原微生物致病机理 390
13.3.5 特殊生境微生物蛋白质组学 390
13.3.6 动物亚细胞蛋白质组 392
13.4 蛋白质组学在医学中的应用 392
13.4.1 基于体液的疾病诊断 393
13.4.2 蛋白质组学在血管疾病的应用 393
13.4.3 神经退行性疾病 394
13.4.4 蛋白质组学与肿瘤 394
13.5 蛋白质组学目前和未来应用的方向 395
14 蛋白质组学的未来 396
14.1 组学与生物学的相关性 397
14.2 蛋白质组学技术的发展趋势 398
14.2.1 蛋白翻译后修饰的挑战 398
14.2.2 蛋白质组学检测的发展 399
14.3 蛋白质组学的下一个阶段 400
14.3.1 临床医学 400
14.3.2 药物靶标的识别与鉴定 400
14.3.3 多种技术手段交叉 401
14.3.4 加快我国蛋白质组学研究的发展 403
14.4 结语 403
参考文献 404
缩略语 409
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