内容简介
本书汇总了具有多年生物学实验室工作经验的研究人员在蛋白质相互作用研究方面的经验和心得体会,同时注重吸收借鉴了国际上相关领域最新的进展。
本书从蛋白质相互作用的基本理论开始,到各种经典的蛋白质相互作用的鉴定技术,再到生物信息学的应用,内容涵盖了当前国际上蛋白质相互作用研究领域的各个方面。书中每个章节的基本内容都包括:引言、原理、实验材料、详细步骤、结果分析(实例)、注意要点、疑难分析解答、参考文献。本书编者力求做到深入浅出,让书稿对实验具有实际指导意义。本书的出版能对国内的研究人员在蛋白质功能研究方面做出有益的指导。
内页插图
目录
第一部分 蛋白质相互作用概论
第一章 蛋白质与蛋白质相互作用的结构基础
第二章 蛋白质相互作用的定量分析
第二部分 实验方法
第三章 酵母双杂交系统筛选和验证蛋白质相互作用
第四章 细菌双杂交技术
第五章 哺乳动物双杂交
第六章 噬菌体展示技术
第七章 GST沉降实验
第八章 免疫共沉淀(Co-IP)实验
第九章 Far-Westem blotting实验
第十章 蛋白质化学交联
第十一章 串联亲和纯化
第十二章 双向凝胶电泳分析蛋白质复合物
第十三章 用于质谱分析的凝胶分离相互作用蛋白质的样品准备
第十四章 激光共聚焦技术在蛋白质亚细胞定位与蛋白质相互作用中的应用
第三部分 生物信息学在蛋白质相互作用研究中的应用
第十五章 利用计算生物学的方法进行全基因组水平的蛋白质相互作用分析
第十六章 蛋白质相互作用生物信息学检索与预测
第十七章 常用互联网蛋白相互作用数据库资源的使用
精彩书摘
一、引言
随着基因组学、蛋白质组学时代的到来以及对大分子的研究不断深入,我们开始更深入地解释和揭示生命的奧秘。研究人员可以通过实验手段得到几种类型蛋白质与蛋白质相互作用的结构模式,蛋白质晶体结构的研究表明蛋白质相互作用存在着很大的复杂性和多变性。与此相衬,蛋白质结构解析的手段在某些方面已经不能满足要求,现在研究的发展需要对成批量的蛋白质,特别是对蛋白质复合体相互之间的作用模式进行结晶和结构的解析。以前,蛋白质复合物的三维结构仅限于抗原抗体复合物的结构,以及蛋白酶和抑制剂复合物的晶体结构,对于在生物体内更复杂的信号分子传导途径中的蛋白质的相互作用以及它们的晶体结构则研究相对较少。随着近年来研究的深入,对这方面开始有一些初步的研究。目前,结构研究比较普遍的有两类蛋白质复合物,一类是结构域-结构域复合物(domain-domain),即两个预先折叠好的结构域相互作用形成个复合物;另一类是结构域-蛋白质复合物(domain-protein),这类复合物中的一个组分在游离的状态下是线性分子。
人们关于蛋白质与蛋白质相互作用结构基础的了解,一方面来自通过实验手段对这些复合物晶体结构进行解析,明确其相互作用的结构基础;另一方面则来自于理论上的计算和推测,通过对多数蛋白质的疏水性、可接近的蛋白质表面大小、形状以及氨基酸残基特性等结构特点,对蛋白质复合物组分的内部、表面和相互作用的界面这些结构特征进行分析总结,推论相互作用蛋白质表面的一些规律性的特征,并试图通过蛋白质的疏水性去推测它们相互作用的位点。
本章将从总体水乎上对蛋白质-蛋白质相互作用的结构基础进行概括性的阐述,从结构上对其相互作用的机制进行探讨。
前言/序言
在生物学研究的实践过程中,人们逐渐认识到,绝大部分的代谢和调节通路是以蛋白质网络的形式发挥作用,就是说参与组成通路的蛋白质之间存在着广泛而频繁的相互作用。蛋白质与蛋白质相互作用在生物体内具有极其重要的意义,它是蛋白质发挥功能所必需的。各种信号可以在蛋白质相互作用形成的网络之间完成细胞内、外信号的整合和传递,使得细胞在整体水平上对胞内外的信号产生生物学效应。例如,激素和受体、抗原-抗体反应以及酶与抑制剂的作用等等。从某种意义上可以认为,蛋白质的功能就是通过-系列蛋白质-蛋白质相互作用体现出来的。因此,对蛋白质间相互作用的研究一直以来都是生物学研究的一个重要方面。
本书汇总了具有多年生物学实验室工作经验的研究人员在蛋白质相互作用研究方面的经验和心得体会,同时注重吸收借鉴了国际上相关领域最新的进展。
本书从蛋白质相互作用的基本理论开始,到各种经典的蛋白质相互作用的鉴定技术,再到生物信息学的应用,内容涵盖了当前国际上蛋白质相互作用研究领域的各个方面。书中每个章节的基本内容都包括:引言、原理、实验材料、详细步骤、结果分析(实例)、注意要点、疑难分析解答、参考文献。在编写过程中,编者力求做到深入浅出,让书稿对实验具有实际指导意义。作者希望本书的出版能对国内的研究人员在蛋白质功能研究方面做出有益的指导。
好的,这是一本关于分子生物学前沿研究方法与数据分析的专著简介。 --- 专著名称:《前沿分子生物学:高通量组学、结构解析与计算生物学实践》 (Advanced Molecular Biology: High-Throughput Omics, Structural Elucidation, and Computational Practice) 内容概述 本书旨在全面、深入地探讨当前分子生物学研究中最具影响力、发展最迅速的几大领域:高通量组学技术(Omics Technologies)的应用、复杂生物大分子结构的解析方法,以及计算生物学与生物信息学在数据整合分析中的核心作用。本书不仅系统梳理了这些前沿技术背后的基本原理,更侧重于其实际操作流程、数据处理策略以及结果的生物学解读,为科研人员和高年级学生提供一套完整的、面向实际操作的知识体系。 全书分为四大核心模块,共计二十章内容。 --- 第一篇:高通量组学技术与表观遗传调控(High-Throughput Omics and Epigenetic Regulation) 本篇聚焦于利用新一代测序(NGS)技术对生物体所有分子组分进行大规模、高分辨率分析的方法学进展。 第一章:新一代测序(NGS)平台原理与应用拓展 详细阐述Illumina、PacBio和Oxford Nanopore等主流测序平台的化学基础、仪器原理及其在不同应用场景(如短读长与长读长测序)下的优劣势对比。重点探讨测序深度、读长对下游数据分析的影响。 第二章:转录组学(Transcriptomics)的深度解析 涵盖全长转录本测序(Full-length RNA-seq)和单细胞RNA测序(scRNA-seq)的关键技术流程。重点剖析细胞类型特异性基因表达的鉴定、细胞分化轨迹的重建(Trajectory Inference)方法,以及如何处理高稀疏性数据。 第三章:表观遗传组学(Epigenomics)的动态捕捉 系统介绍ChIP-seq(染色质免疫沉淀测序)在转录因子和组蛋白修饰位点富集分析中的精确操作与偏差校正。同时,深入讲解ATAC-seq(Assay for Transposase-Accessible Chromatin sequencing)如何反映染色质开放性,并结合Bisulfite-seq技术,分析DNA甲基化在基因沉默和激活中的作用机制。 第四章:蛋白质组学(Proteomics)的定量与修饰分析 聚焦于基于质谱(MS)的定量蛋白质组学技术,如TMT和iTRAQ标记策略。详细讲解肽段谱图的识别、蛋白质的鉴定、以及翻译后修饰(PTM,如磷酸化、泛素化)位点的精确映射与功能注释。 --- 第二篇:结构生物学的前沿解析手段(Frontier Techniques in Structural Biology) 本篇集中介绍用于解析生物大分子(蛋白质、核酸、复合物)三维结构,并理解其动态变化的核心技术。 第五章:冷冻电子显微镜(Cryo-EM)的工作流与图像重建 全面解析冷冻电镜仪器的基本结构和工作原理,从样品制备(冷冻、玻璃化)到数据采集、2D分类、3D重建的全套流程。重点讨论亚基分辨率(Sub-Angstrom Resolution)成像的关键挑战与解决方案,以及异质性样品的处理策略。 第六章:X射线晶体学的高效高分策略 介绍蛋白质结晶的优化技术,如高通量筛选与微重力结晶。深入讲解数据采集中的同步辐射光源应用、结构解析的数学原理(相位问题),以及从高分辨率数据到原子模型的建立和精修过程。 第七章:生物物理学在分子机器研究中的应用 探讨表面等离子共振(SPR)和生物层干涉(BLI)技术在测量分子间动力学常数($K_d, k_{on}, k_{off}$)中的精确应用。结合动态光散射(DLS)对蛋白质聚集状态和尺寸分布的实时监测。 第八章:核磁共振波谱法(NMR)在柔性系统中的洞察 阐述固体和溶液核磁共振在解析大分子溶液状态结构、测量分子间距离和构象交换速率方面的独特优势,特别是在研究膜蛋白和不均匀折叠蛋白时的技术考量。 --- 第三篇:计算生物学与数据整合(Computational Biology and Data Integration) 本篇强调如何将前述实验技术产生的大量数据转化为有意义的生物学知识,侧重于算法、模型与数据挖掘。 第九章:生物信息学基础:数据库、流程化与数据标准化 梳理主流生物信息学数据库(如UniProt, PDB, TCGA)的结构与查询策略。讲解如何使用Linux环境和标准化的工作流程管理工具(如Snakemake/Nextflow)来确保实验分析的可重复性。 第十章:高维数据降维与可视化技术 深入剖析主成分分析(PCA)、t-SNE和UMAP等降维算法在处理基因表达谱和蛋白质组数据中的适用性。重点演示如何构建多模态数据的交互式可视化图谱。 第十一章:网络生物学与系统建模 介绍如何基于基因调控网络、蛋白质-蛋白质相互作用数据(PPIs)构建功能网络。讨论图论算法(如中心性分析)在识别关键节点(Hub Genes/Proteins)中的应用,以及布尔网络和微分方程模型在模拟细胞信号通路中的作用。 第十二章:机器学习在生物学预测中的应用 从监督学习(SVM, 随机森林)到深度学习(CNN, RNN)在药物靶点识别、疾病风险预测中的应用案例。详细讲解模型训练、交叉验证和性能评估指标(如AUC、F1-Score)。 --- 第四篇:数据整合、图像分析与新兴交叉技术(Data Integration, Imaging, and Emerging Cross-Discipline Technologies) 本篇关注跨领域技术的结合,以及对空间信息的获取和分析。 第十三章:多组学数据融合的策略与挑战 探讨将基因组、转录组和代谢组数据进行整合分析的方法论,包括联合分析(Joint Analysis)和层次模型(Hierarchical Modeling)。强调数据异构性在整合过程中的偏差控制。 第十四章:高内涵细胞成像(HCS)与定量分析 介绍如何利用自动化显微成像系统实现对数千个细胞的形态学、分子定位和功能状态的批量捕获。讲解图像分割、特征提取和高维特征向量的生成过程。 第十五章:空间转录组学(Spatial Transcriptomics)的解读 阐述Visium、MERFISH等空间组学技术如何保留分子信息在组织切片上的物理位置。重点介绍如何进行空间邻域分析(Spatial Domain Identification)和与组织病理学特征的关联。 第十六章:功能基因组学与CRISPR/Cas系统的精密调控 深入解析CRISPR/Cas9系统的机制,并拓展到CRISPRi/a、Base Editing和Prime Editing在非标准基因操作中的应用。讨论脱靶效应的评估和优化策略。 第十七章:合成生物学模块设计与元件库构建 从工程学视角审视生物系统的设计。介绍如何利用标准化、可预测的DNA/RNA元件构建逻辑门、振荡器等基本电路,并评估其在活细胞中的性能。 第十八章:生物传感器与活体成像技术 介绍基于荧光蛋白或化学探针的生物传感器设计,用于实时监测细胞内离子浓度、代谢物水平或酶活性。结合双光子显微镜等技术实现活体组织内的深度成像。 第十九章:生物电化学与纳米技术在生物传感中的集成 探讨纳米材料(如石墨烯、量子点)在提高生物电化学传感器的灵敏度和选择性方面的优势。讨论微流控芯片(Microfluidics)如何用于高通量、低试剂消耗的分子分析。 第二十章:生物数据安全、伦理与知识产权 总结在处理大规模基因组数据和人类健康信息时必须遵守的法规要求(如GDPR, HIPAA),并探讨生物技术专利申请的基本原则和案例分析。 --- 适用读者对象 本书内容兼具理论深度和实践指导性,非常适合生命科学、生物医学工程、生物信息学等领域的研究生、博士后,以及在制药、生物技术公司从事研发工作的专业人员作为进阶参考手册。对希望将实验技术与计算分析相结合的青年教师也具有极高的参考价值。 ---