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第一篇 微生物／模式生物的蛋白质组学研究 2

第1章 微生物的整体生物学：基因组学、转录组学和蛋白质组学 2

1.1 引言 2

1.2 蛋白质组的展望 2

1.2.1 进化的复杂性 2

1.2.2 内在的复杂性 3

1.3 各种工具的整合形成一个蛋白质组学“工具盒” 4

1.4 基因组、转录组和蛋白质组之间的关系 5

1.4.1 转录组和蛋白质组学 5

1.4.2 代谢组和蛋白质组学 6

1.5 模式生物为我们更好地了解生物系统做出了什么贡献 7

1.6 结论 7

致谢 8

参考文献 8

第2章 动态性测量的策略：蛋白质组学的暂时组分 11

2.1 引言 11

2.2 蛋白质周转机理的展望 12

2.3 微生物系统中蛋白质周转的测量 12

2.4 蛋白质组动态性测定的策略 13

2.4.1 生长条件 13

2.4.2 培养条件 14

2.4.3 前体的选择 14

2.5 实验策略 16

2.6 结论 17

致谢 17

参考文献 18

第3章 探寻“全蛋白质组覆盖率” 19

3.1 引言 19

3.2 什么是“全蛋白质组覆盖率” 20

3.3 目前阻碍获取更好蛋白质组覆盖率的因素 21

3.4 改善蛋白质组覆盖率的可行性策略 22

3.5 结论 25

致谢 26

参考文献 26

第4章 肺炎支原体的蛋白质组 29

4.1 引言 29

4.2 肺炎支原体的双向蛋白质组图谱 31

4.2.1 不溶于Triton X-100的部分 33

4.3 全蛋白质组分析的新方法——蛋白遗传绘图 33

4.4 双向电泳和MudPIT的比较 35

4.5 翻译后修饰 36

4.5.1 信号肽的切除 36

4.5.2 蛋白质的切割 37

4.5.3 磷酸化蛋白 37

4.6 其他支原体物种的蛋白质组 38

4.7 展望 38

参考文献 39

第5章 古细菌蛋白质组学 43

5.1 引言 43

5.2 蛋白质组概况 45

5.2.1 2DE研究 45

5.2.2 LC-MS研究 47

5.3 差异表达 47

5.3.1 2DE研究 48

5.3.2 LC-MS研究 49

5.4 翻译后修饰 50

5.5 将蛋白质组学与其他评估基因功能的方法相结合 50

5.6 结论 50

5.7 补遗 51

参考文献 52

第二篇 蛋白质组学和细胞生理学 56

第6章 通过蛋白质组分析阐明单核细胞增生李斯特菌的酸胁迫机制 56

6.1 引言 56

6.1.1 获得性酸耐受和天然酸耐受 56

6.2 单核细胞增生李斯特菌的酸胁迫的蛋白质组学 57

6.2.1 ASP的生化意义 59

6.3 结论 63

致谢 63

参考文献 63

第7章 细菌蛋白质组在饥饿情况下的氧化 66

7.1 引言 66

7.2 为防止氧化损伤而进行的代谢调整 66

7.3 蛋白氧化修饰 67

7.4 饥饿的大肠杆菌细胞内的蛋白羰基化情况 68

7.5 大肠杆菌蛋白组的错译和氧化 68

7.6 蛋白氧化与错误蔓延 69

致谢 69

参考文献 69

第8章 两种金属还原菌的研究：硫还原土杆菌PCA和奥奈达希瓦菌MR-1的比较蛋白质组学分析 72

8.1 引言 72

8.2 理论蛋白质组 73

8.3 c型细胞色素：金属还原菌特异的蛋白质组 75

8.4 全蛋白质组学与金属还原菌 75

8.4.1 硫还原土杆菌与奥奈达希瓦菌表达蛋白的检测 76

8.4.2 不同生长环境中的蛋白差异表达 79

8.5 结论 80

致谢 80

参考文献 81

第9章 AMT标签方法确定耐放射性异常球菌和奥奈达希瓦菌的蛋白质组特征 83

9.1 引言 83

9.2 材料与方法 84

9.2.1 细菌培养 84

9.2.2 细胞裂解和胰酶酶解消化 85

9.2.3 毛细管液相色谱分析 85

9.2.4 质谱分析 86

9.2.5 肽段确认及匹配到开放阅读框 86

9.3 结果及讨论 86

9.3.1 注释 86

9.3.2 AMT标签法 87

9.3.3 全局蛋白鉴定 88

9.3.4 用于可变编码模式和基因预测的蛋白质组数据 91

9.3.5 定量测量 93

9.4 结论 96

参考文献 97

第三篇 工业菌的生理蛋白质组学 100

第10章 重要的工业菌——谷氨酸棒状杆菌的蛋白质组学 100

10.1 谷氨酸棒状杆菌——生物加工厂 100

10.2 蛋白质组和亚蛋白质组 101

10.3 谁是谁 101

10.4 从头开始：谷氨酸棒状杆菌蛋白的N末端加工 102

10.5 蛋白修饰的分析 102

10.6 谷氨酸棒状杆菌的蛋白质组学和生理特性 103

10.7 工业应用 104

10.8 展望 105

致谢 105

参考文献 105

第11章 乳酸乳球菌的蛋白质组学：一个食用细菌的表型 108

11.1 引言 108

11.1.1 蛋白质组学分析中的多种方法 109

11.1.2 蛋白质组学传递了详细的表型 109

11.1.3 蛋白质组学是纯描述性的吗 110

11.1.4 细菌生长生理学是蛋白质组学的先决条件 110

11.1.5 乳酸乳球菌中基因组学和蛋白质组学的协同作用 111

11.1.6 转录组学和蛋白质组学间的协同作用 111

11.2 乳球菌蛋白质组参照图谱 111

11.2.1 乳酸乳球菌乳脂亚种的参照图谱 112

11.2.2 乳酸乳球菌乳亚种IL1403的电子蛋白质组 112

11.2.3 乳酸乳球菌乳亚种的参照图谱 113

11.2.4 链球菌蛋白质组的参照图谱 115

11.2.5 高丰度蛋白有多个异构体是否为技术假象 116

11.3 乳球菌的表达蛋白质组学 116

11.3.1 包含GroEL/GroES和DnaK/DnaJ/GrpE分子伴侣的HrcA调控子 117

11.3.2 CtsR调控子、包含ClpB、ClpC、ClpE、ClpX、GroEL和GroES分子伴侣以及ClpP蛋白酶 118

11.3.3 乳酸乳球菌的热休克反应子 119

11.3.4 小的7kD冷休克蛋白家族 119

11.3.5 PurR调控子 120

11.3.6 PyrR调控子 121

11.3.7 HPr（PtsH）和CcpA 122

11.3.8 糖酵解蛋白的表达 122

11.3.9 GapA和GapB异构体 123

11.4 展望 125

参考文献 125

第12章 枯草芽胞杆菌分泌组的蛋白质组学研究 129

12.1 引言：生理蛋白质组学的概念 129

12.2 枯草芽胞杆菌蛋白质分泌的蛋白质组学研究 131

12.2.1 枯草芽胞杆菌的分泌组和胞外蛋白质组 131

12.2.2 胞外蛋白的“分泌”机制 136

12.2.3 枯草芽胞杆菌的细胞壁蛋白质组 138

12.2.4 枯草芽胞杆菌膜蛋白质组和脂蛋白质组 139

12.2.5 蛋白质外排的途径 141

12.2.6 分泌蛋白的加工和修饰 142

12.2.7 胞外蛋白由PrsA介导的折叠 144

12.2.8 质量控制因子 144

12.3 蛋白质分泌的蛋白质组学和生理学：全局调节子（PhoPR、DegSU、ScoC和SigD）的作用 146

12.4 展望 148

致谢 149

参考文献 149

第四篇 病原微生物的蛋白质组学 153

第13章 在蛋白质组水平上研究细菌致病机制 153

13.1 引言 153

13.2 用于细菌病原体研究的蛋白质组学数据库的研究进展 155

13.3 寻找细菌致病的蛋白质组学标记物 156

13.3.1 体外生长细菌的致病机制的比较研究 157

13.4 体内感染期间细菌蛋白质组的变化 161

13.4.1 细菌-宿主相互作用 161

13.4.2 群体感应和生物膜的形成 162

13.5 结论 165

参考文献 166

第14章 应用蛋白质组学方法阐明迟钝爱德华菌发病机制 171

14.1 引言 171

14.2 病原菌与感染 172

14.3 致病机制与毒力因子 172

14.4 研究病原菌的模式生物——迟钝爱德华菌 172

14.5 使用全基因组水平上的方法研究毒力因子 172

14.6 使用转座子标签技术鉴定关键毒力因子 173

14.7 使用蛋白质组学方法研究迟钝爱德华菌毒力 173

14.7.1 有毒株和无毒株的胞外蛋白比较 174

14.7.2 高度减毒株和野生株的比较蛋白质组学研究 174

14.8 后续研究和结论 175

致谢 176

参考文献 176

第15章 一个致死性细菌的计算分析和结构蛋白质组学：从多条战线与结核分枝杆菌作斗争 178

15.1 引言 178

15.2 结核分枝杆菌的计算蛋白质组学 179

15.3 从功能连接到基因组图谱 181

15.4 结核分枝杆菌的结构蛋白组学 184

15.4.1 分泌系统 184

15.4.2 分泌的蛋白 185

15.4.3 膜蛋白通道 187

15.4.4 细胞外到细胞内的信号传导机制 188

15.4.5 涉及细胞壁组分合成的蛋白质 189

15.4.6 细胞色素P450和伙伴蛋白质 190

15.4.7 抵抗氧化性损伤的蛋白质 190

15.5 结论 191

参考文献 191

第16章 植物病原性卵菌和真菌的蛋白质组学研究 198

16.1 引言 198

16.1.1 真菌和卵菌病原体与植物相互作用的遗传学 198

16.1.2 致病性 199

16.1.3 研究植物病原体之间的相互作用的全局性方法 200

16.2 植物病原性卵菌 200

16.2.1 用蛋白质组学的方法鉴定致病疫霉菌中无性阶段特定的蛋白质 200

16.2.2 解析游走孢子和孢囊的膜蛋白质组 201

16.2.3 致病疫霉菌的细胞外蛋白 201

16.2.4 种间蛋白质组的比较 202

16.3 植物病原性真菌 202

16.3.1 稻瘟病菌和水稻之间的相互作用 202

16.3.2 单胞锈菌属蚕豆锈病真菌中的分化相关蛋白 203

16.3.3 分泌的真菌蛋白 203

16.4 前景 205

致谢 205

参考文献 205

第17章 从蛋白质组学洞察白色念珠菌的生物学和致病性 207

17.1 引言 207

17.1.1 白色念珠菌作为生物学与临床相关生物受到关注 207

17.1.2 为什么进行蛋白质组学研究 207

17.1.3 白色念珠菌蛋白质组学研究的历史 208

17.2 细胞壁：与哺乳动物无类似物的关键的复杂结构 213

17.2.1 广泛的蛋白质组学计划中具有挑战性的目标 213

17.2.2 白色念珠菌细胞壁的复杂性 214

17.2.3 白色念珠菌细胞壁蛋白质组学成为现实 214

17.3 其他悬而未决的细胞生物学问题：一个无穷的世界 218

17.3.1 20S蛋白酶体：泛素-蛋白酶体途径的中心蛋白水解酶的核心组分 219

17.3.2 mRNA加帽：具有潜在分子生物靶标的白色念珠菌抗真菌药物的重要过程 219

17.3.3 氨基酸调控：氨基酸缺乏时的应答 219

17.3.4 URA3基因：基因断裂研究中的选择性标记物 222

17.3.5 隔蛋白家族：参与胞质分裂的细胞骨架成分 222

17.4 毒力因子：正在揭开的谜 224

17.4.1 表型转换：正常表型自发且多发的变化 224

17.4.2 酵母-菌丝转换：对宿主环境的形态适应 225

17.4.3 黏附到宿主结构：感染过程的第一阶段 231

17.4.4 产生胞外水解酶：协助侵袭的工具 232

17.5 结论 235

致谢 235

参考文献 235

第18章 蛋白质组学在念珠菌病的诊断、治疗和预防中的作用 241

18.1 念珠菌病对于现代医药而言是怎样一个悬而未决的问题 241

18.2 宿主免疫反应，以适应免疫诊断和免疫治疗的目的 242

18.2.1 从宿主角度来看，与白色念珠菌进行一系列复杂而又相互联系的反应 242

18.2.2 为了临床目的，利用免疫蛋白质组学来鉴定那些能够引起抗体反应的抗原 242

18.3 抗真菌药物：治疗方法有限，同时还伴有可能的耐药问题 249

18.3.1 正在使用或即将使用的抗真菌药物的作用机制 249

18.3.2 抗真菌药物的耐药性：Hyde先生又换了新装 251

18.4 即将到来的、白色念珠菌蛋白质组学的“膨胀时代的中后期”将如何发展 255

致谢 256

附录 简要概述文献中引证的、通过蛋白质组学方法已鉴定的不同白色念珠菌蛋白 256

参考文献 264

第19章 为开发针对布鲁杆菌属的细菌菌蜕疫苗寻找候选蛋白质 268

19.1 引言 268

19.2 布鲁菌的宿主免疫逃逸策略 269

19.3 马尔他布鲁杆菌蛋白质组 270

19.4 基于蛋白质组学的疫苗开发方法 270

19.5 细菌菌蜕作为新布鲁菌疫苗的策略 273

19.6 结论和未来的方向 275

参考文献 275

第20章 基因组学和蛋白质组学在反向疫苗中的应用 280

20.1 传染性疾病疫苗的研制问题 280

20.2 技术变革：反向疫苗学 280

20.3 反向疫苗的例子 281

20.3.1 B群脑膜炎奈瑟球菌 281

20.3.2 B群链球菌 282

20.3.3 A群链球菌 283

20.3.4 沙眼衣原体 284

20.4 反向疫苗学中其他的基因选择标准：转录组学和蛋白质组学的作用 285

20.4.1 转录组学 285

20.4.2 蛋白质组学 287

20.5 结论 288

参考文献 288

第五篇 蛋白质组数据库、生物信息学和生物模型 292

第21章 用于蛋白质组计算机分析的数据库和资源 292

21.1 引言 292

21.2 基因组分析 292

21.2.1 核酸序列数据库 293

21.2.2 分析基因组的资源 293

21.3 蛋白质组分析 295

21.3.1 蛋白质序列数据库 295

21.3.2 Integr 8 296

21.3.3 全蛋白质组的其他分析 299

21.4 分析蛋白质：数据库和工具 299

21.4.1 “经典的”蛋白质组学分析 299

21.4.2 蛋白质-蛋白质相互作用的分析 300

21.5 结论 301

附录 用于计算机蛋白质组学分析的数据库和工具 301

参考文献 303

第22章 微生物蛋白质的种内与种间比较：获得有关基因祖先、蛋白质功能以及物种生活方式的信息 305

22.1 引言 305

22.2 同源性的正确应用对比较基因组学是至关重要的 305

22.2.1 同源的定义 305

22.2.2 同源的不同种类 306

22.2.3 同源的最小片段 306

22.2.4 模块的概念：同源的结构片段 306

22.2.5 利用同源进行功能注释 307

22.3 在蛋白质组中发现同源的所有片段：为研究蛋白质历史进行的比较基因组学研究 307

22.4 生物信息学工具的套餐 307

22.4.1 第一步：为收集所有同源的序列定义显著性阈值 308

22.4.2 第二步：将家族中的模块分组以便计算它们的祖先基因的数量 308

22.4.3 第三步：基因组内和基因组间的比较——模块的4个类型 309

22.5 利用模块数据重构祖先基因和基因组 310

22.5.1 追溯蛋白质历史 310

22.5.2 追溯基因组进化 310

22.6 为不同的基因复制和基因融合事件编号 312

22.7 使用模块数据测定每一个分析的基因组中必需基因的核心 314

22.7.1 距离近的和远的物种的比较 314

22.7.2 决定最近或较远祖先的最小基因组 315

22.8 利用模块家族数据理解序列和功能的关系 315

22.8.1 实例1：序列同源性＝功能相同性 315

22.8.2 实例2：序列同源但功能不同 316

22.8.3 实例3：序列不同源但功能相同 316

22.9 注释未知基因的有力工具 317

22.10 关于结构和功能关系的另一个重要观点：重新注释保守的假想蛋白 317

22.11 结论 319

参考文献 319

第23章 微生物代谢的分子动力学模型 321

23.1 引言 321

23.2 构建动力学模型的基本原则 321

23.2.1 对选定的生物化学系统建立描述其动力学的常微分方程组 322

23.2.2 用体外酶催化反应实验数据对动力学进行描述的基本原则 325

23.2.3 构建大肠杆菌咪唑甘油磷酸酯合成酶的动力学模型 326

23.2.4 大肠杆菌组胺醇脱氢酶动力学模型的构建 334

23.3 PTS的力学模型和大肠杆菌中的糖酵解葡糖激酶的表达水平控制着大肠杆菌代谢 340

23.3.1 动力学模型 340

23.3.2 在简化的动力学模型中确定半稳定状态 350

23.3.3 半稳定状态的数目依赖于葡糖激酶的表达水平 350

23.4 结论 353

附录23.1 353

附录23.2 354

参考文献 356

索引 359