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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CcpA122

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 8296

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23.1353

附录23.2354

参考文献356

索引359