蛋白质芯技术综述.doc

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1、题目：新技术专题讲座姓名：胡斌学院：数理信息工程学院专业：电气工程及其自动化班级：112班学号：1609110208蛋白质芯片技术综述【摘要】蛋白质芯片是近年来发展起来的新的生物检测技术，本文综述了该技术的发展情况及从其分类、构成到应用，并重点介绍了SELDI-TOF-MS这一技术。最后阐述了蛋白质芯片的前景及存在不足。【关键词】蛋白质芯片SELDI-TOF-MS生物检测技术人类基因组计划已经进入后基因组时代（postgenomeera）—功能基因组时代，而作为基因功能的直接体现者-蛋白质及其之间的相互作用越来越引起科学家们

2、的关注，因为要彻底了解生命的本质，就必须要了解蛋白质在生物生长、发育、衰老整个生命过程中的功能、不同蛋白质之间的相互作用以及它们与发生、发展和转化的规律，从而诞生了一门新的学科———蛋白质组学。蛋白质芯片技术则是继基因芯片之后发展起来的生物检验技术，它高度并行性、高通量、微型化和自动化的特点成为研究蛋白质组学的有力工具。它的出现对于生物学、临床检验医学、遗传学、药理学等很多学科的进步具有很大的意义。一、蛋白质芯片的分类及基本构成1.1蛋白质芯片的分类蛋白质芯片又称蛋白质微阵列，属于生物芯片的一种，根据制作方法和应用的不同将蛋

3、白质芯片分为两种:一种是蛋白质检测芯片，类似于较早出现的基因芯片，即在固相支持物表面高度密集排列的探针蛋白点阵，当待测靶蛋白与其反应时，可特异性的捕获样品中的靶蛋白，然后通过检测系统进行分析，如表面增强激光解析离子化—飞行时间质谱技术（SELDI-TOF-MS）将靶蛋白离子化，直接对其进行定性、定量分析;第二种是蛋白质功能芯片，本质说就是微行化凝胶电泳板，即样品中的待测蛋白在电场作用下通过芯片上的微孔道进行分离，然后经喷射进入质谱仪中来检测待测蛋白质。目前应用较多的是第一种芯片。1.2探针蛋白的制备蛋白质检测芯片上的探针蛋白

4、可根据研究目的的不同，选用抗体、抗原、受体、酶等具有生物活性的蛋白质。由于具有高度的特异性和亲和性，单克隆抗体是比较好的一种探针蛋白，用其构筑的芯片可用于检测蛋白质表达丰度及确定新的蛋白质。基因工程抗体的发展使蛋白质芯片的提出和发展成为可能。噬菌体抗体库技术就是典型的代表。也可以利用其它的蛋白质文库制备探针蛋白，如全合成人重组抗体库、噬菌体肽库、噬菌体表达文库等。经蛋白质组技术如双相凝胶电泳技术分离得到的蛋白质作为抗原，把固相化的抗原与抗体库孵育，即可得到相应的单克隆抗体。1.3芯片的制备因为蛋白质要比DNA难合成，更难于在

5、固相支持物表面合成，所以蛋白质芯片要比DNA芯片复杂的多，芯片制作过程中保持蛋白质的生物活性成为一大难题。CiphergenBiosystems公司是世界上较早发展蛋白质芯片的公司，并提出化学和生物化学蛋白质芯片两种类型。化学型蛋白质芯片的构想来源于经典色谱（反相层析、离子交换层析、金属螯合层析等）的介质，分为疏水、亲水、阳离子、阴离子和金属螯合芯片等五种。铺有相关介质的蛋白质芯片可以通过介质的疏水力、静电力、共价键等结合样品中的蛋白质，然后经特定的洗脱液去除杂质蛋白质，而保留目的蛋白质。这种芯片特异性较差。生物化学型蛋白质

6、芯片则是把生物活性分子（如抗体、受体、配体等）结合到芯片表面，用于捕获样品中的靶蛋白。由于生物化学型蛋白质芯片具有高度的特异性及生物活性分子的多样性，其应用范围和应用前景都明显优于化学型蛋白质芯片。但目前该公司所生产和推广的蛋白质芯片大多数还局限化学型芯片上。Uetz等使用酵母双杂交系统构筑了蛋白质芯片。Arenkov等曾将探针蛋白质固定于聚丙烯酰胺凝胶中，待测样品通过电泳与凝胶中的探针蛋白发生特异性结合，从而捕获感兴趣的靶蛋白。Macbeath等根据DNA微陈列原理设计出了蛋白质微阵列。1.4蛋白质芯片的检测目前，对吸附到

7、蛋白质芯片表面的靶蛋白的检测主要有两种方式。一种是以质谱技术的基础的直接检测法，CiphergenBiosystems公司采用表面增强激光解析离子化-飞行时间质谱技术（SELDI-TOF-MS），用激光解析电离的方法将保留在芯片上的蛋白质解离出来，具体过程为:芯片经室温干燥后，加能量吸附因子（energyabsorbmolecule，EMA）如芥子酸（spa），使其与蛋白质结成混合晶体，以促进蛋白质在飞行时间质谱检测中的解析附和离子化，利用激光脉冲辐射使芯池中的分析物解析形成荷电离子，根据不同质荷比离子在仪器场中飞行的时间长

8、短不一，通过飞行时间质谱来精确地测定出蛋白质的质量，并由此绘制出一张质谱来，以分析蛋白质的分子量和相对含量。另外一种为蛋白质标记法，样品中的蛋白质预先用荧光物质或同位素等标记，结合到芯片上的蛋白质就会发出特定的型号，用CCD（charge2coupleddevice）照相技术及激光扫描系统