1 / 31

第九章 後基因體時代

第九章 後基因體時代. 人類基因體的定序 功能基因體學 蛋白質體學 prote omics ( prote in gen omics ) 結構生物學 structural biology 生物資訊學 bioinformatics 生物晶片 biochip. 結構生物學. 分子生物物理學為基礎 結合化學 + 分子生物學 測定生物大分子複合體的空間結構 重要性 以簡化的模型出發 - 掌握共通性質 現象學角度 - 歸納出特性 蛋白質 3D 結構決定未來新藥開發之進展 酸短開發時間 降低成本 較 DNA 序列定序困難多. 分子結構解析方法.

razi
Download Presentation

第九章 後基因體時代

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第九章 後基因體時代 人類基因體的定序 功能基因體學 蛋白質體學proteomics (protein genomics) 結構生物學 structural biology 生物資訊學 bioinformatics 生物晶片 biochip

  2. 結構生物學 • 分子生物物理學為基礎 • 結合化學+分子生物學 • 測定生物大分子複合體的空間結構 • 重要性 • 以簡化的模型出發-掌握共通性質 • 現象學角度-歸納出特性 • 蛋白質3D結構決定未來新藥開發之進展 • 酸短開發時間 • 降低成本 • 較DNA序列定序困難多

  3. 分子結構解析方法 • 結晶X光繞射 • 蛋白質先純化→長晶→X光繞射→電腦計算→推出立體結構模型 • 需大量蛋白質（濃度10-60 mg/ml） • 核磁共振（NMR） • 解析分子量30 kDa以下蛋白質 • 以同位素C13、H1、N15為基礎 • 水溶液下解析、所需蛋白量少

  4. 蛋白質的純化 • 蛋白質性質 • 胺基酸性質 • 蛋白質組成 • 蛋白質功能 • 生物反應的催化作用、儲存、運輸 • 傳遞訊息、抗體、調控、結構 • 蛋白質分離與純化 • 分離與純化流程、樣品備製、蛋白質溶解性 • 蛋白質沈澱、 蛋白質變性、蛋白質電泳分離 • 酵素水解、蛋白質層析

  5. 蛋白質純化流程注意事項 • 防止蛋白質變性失去活性 • 大部分於低溫操作（4℃冷房） • pH 4-10之間操作 • 減少泡沫的產生 • 注意重金屬、有機溶劑、微生物污染、 • 蛋白質水解酵素 • 選擇有效的純化方法 • 純化過程中持續追蹤蛋白質活性 • 要純化那一個蛋白質？What ? • 為何要純化此蛋白質？Why ? • 由何種材料純化？Which ? • 由那一個生長期？When ? • 如何純化此蛋白質？How ?

  6. 蛋白質純化過程 • 可分為三個階段： • 粗萃取蛋白 (crude extract protein)︰ 胞外酵素→鹽析沉澱法、濃縮器濃縮 細胞內酵素→打破細胞（動物、植物、真 菌、細菌、酵母菌） • 部分純化 (partially purified)︰ 初步的純化，使用各種管柱層析法。 • 均質酵素 (homogeneous)︰ 目標酵素的進一步精製純化，可用製備式電 泳或 FPLC, HPLC 等。

  7. 蛋白質純化的方法 • 純化策略：善用分子各種特性 • 鹽溶鹽析：最經濟方便的純化 • 離子交換法：利用胺基酸分子電荷性質 • 斥水性交互作用：利用胺基酸水溶特性 • 膠體過濾法：依照蛋白質分子大小分離 • 親和層析法：最具專一性的吸附

  8. 胺基酸的分子特性 參考資料：www.sinica.edu.tw

  9. M 1 2 3 4 97 66 45 30 20 純化的蛋白質電泳圖

  10. 蛋白質結晶的方法 (Petsko, 2003)

  11. 蛋白質晶體的X光繞射圖 (Petsko, 2003)

  12. X光繞射的解析度 (Petsko, 2003)

  13. 查詢蛋白質結構的網站 http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do

  14. 蛋白質結構資料庫中的結構數量

  15. 觀察蛋白質結構軟體 • Rasmol: 顯示速度快，但較難學。 • Cn3D: 閱讀 MMDB 資料時，可直接顯示預設之觀察模型 （NCBI） • Swiss PDB Viewer: 可將多個分子重疊比較，而且可配合ExPASy上建立模型的工具使用 • Chemscape ChimeTM: 瀏覽器上直接觀察 • WebLab Viewer?: 雖較慢，可是較易學習，而且又能將模型存為各種不同的模式，適合一般生物學者使用

  16. 蛋白質的立體結構一

  17. 蛋白質的立體結構二

  18. 蛋白質的立體結構三

  19. 蛋白質的立體結構四

  20. 蛋白質的立體結構五

  21. 生物資訊 • 查已知DNA、RNA及蛋白質排序、結構與功能 • 比較不同來源的DNA、RNA及蛋白質間的相似性 • 察看蛋白質的3D結構 • 種系關連演化性分析或分類分析 • 代謝途徑分析 • 單一核苷酸多型性

  22. 單一核苷酸多型性一 (single nucleotide polymorphism, SNP) 生物基因體內某一位置的單一核苷酸不同個體間並不一樣 • 500~1000鹼基會出現一個不同，個體差異約0.1%，目前定出大約370萬個 • 分為五大類 • r SNP-基因調控區 • c SNP-外顯子內有胺基酸的變化 • s SNP-外顯子內無胺基酸的變化 • i SNP-內含子區 • g SNP-基因領域以外

  23. 單一核苷酸多型性二 • 藥物基因體學中r SNP-基因調控區 和c SNP-外顯子內有胺基酸的變化這兩項與藥物開發較相關 • 重要性 • 增加生存機會(面對環境變遷)、體質差異? • 多基因疾病與藥物反應的指標 • 尋找不同種族之間SNP的差異性

  24. 生物資訊資料庫 • NIH成立的NCBI (GenBank) (national center for biotechnology information) • EMBL (European Molecular Biology Laboratory)-歐洲分子生物實驗室 • EMBnet ( European Molecular Biology network)-歐洲分子生物網 • DDBJ (DNA DataBank of japan)日本基因庫 • UK Sanger Center英國桑格中心 • 史丹佛大學基因體資源中心 • A Database of Drosophila Genes & Genomes 果蠅基因體中心 相關網站連結：http://mail.tajen.edu.tw/~tyhong/的碩一研究法

  25. DNA序列分析與基因預測 • 基本區域排比搜尋工具 BLAST (basic local alignment search tool) • 序列相似性分析 FASTA • 生物資訊與蛋白質體研究 • 蛋白質三度空間立體結構 vs 新藥開發 (protein data bank) • 生物資訊發展方向 • SNP vs 量身訂做藥物?

  26. 生物晶片 • 微陣列技術：運用半導體技術(矽晶片、玻璃、高分子) • 整合：機電、光電、生化、分子生物學 • 進行：醫療、環境、食品、檢驗、新藥開發、基礎研究 • 生物晶片的種類 • 基因晶片：以DNA或寡核苷酸為探針，與檢體的DNA片段產生雜交反應，可大規模篩選或監測 • 蛋白質晶片：以蛋白質為探針 • 實驗室晶片：整合相關功能，類似小型實驗室

  27. 生物晶片的種類 • 基因晶片 • 光蝕刻法：一個一個核苷酸慢慢接上，核苷酸越長，成功率愈低。Affymetrix公司 • 機器手臂點樣法：機器沾取DNA樣本，成本低，易污染 • 應用墨點或噴墨技術：優點速度快，但DNA樣本多則成本高 • 蛋白質晶片（尚在開發） • 蛋白質的純化技術 • 抗體與抗原的反應原理＋螢光成色 • 晶片實驗室 • PCR晶片、毛細管電泳晶片

  28. 生物晶片圖例一

  29. 生物晶片圖例二 參考資料：http://www.fraunhofer.de

  30. 生物晶片圖例三 （Claudia Vorbeck, 2005）

  31. 生晶片的應用 • 藥物開發與藥理學研究 • 藥物是否可抑制基因表現或誘導抗病基因表現 • 不影響正常基因表現 • 差異表現基因的篩選 • 比較正常細胞與癌細胞的差異性 • 篩選腫瘤的標記基因 • 基因突變之解析 • 快速定出基因突變的位置或序列 • 例如Affymetrix推出的p53晶片篩選癌症高危險群 • 遺傳網路的建構 • 分析不同發育時期之動物胚胎 • 瞭解發育各階段基因的交互作用

More Related