蛋白質體學

生物體內進行反應的單位以蛋白質為主，並非核酸，所以要了解生 命的奧秘，首先就要對蛋白質有深入的了解。蛋白質體(proteome)這個集 合名詞最早是在1994 年的 Siena 二維電泳會議(Siena 2-D Electrophoresis Meeting, 1995)中，由威爾金斯(Marc Wilkins)及其同事首次提出，用來表 達某生物中根據所有基因體所表現出來之所有蛋白質的集合總稱。蛋白 質體學是研究多種蛋白質組成的系統，蛋白質體學的焦點，放在「系統」

的行為，而不是「單一組成」的行為(Daniel, 2002)。

蛋白質體要比基因體複雜許多，舉例來說，人類約有30,000 到 40,000

圖1-5：蛋白質體學之研究範疇。

貳、蛋白質體學的發展及應用

質譜分析蛋白質技術以及電腦功能的不斷開發與創新，高效能鑑定 蛋白質成為實際可行，而使得蛋白質體學能夠蓬勃發展，因而正式進入 了「後基因體時代-蛋白質體學開始」的階段，為 21 世紀生物科技最主 要的研究趨勢。

利用蛋白質體學技術能在短時間內大規模分析樣品內眾多蛋白質身 份，日前已經有越來越多的研究人員開始將此技術利用於基礎及臨床醫 學上。研究人員可從蛋白質體學角度來探討某兩種樣本之間(如發病組織 與正常組織、腫瘤與非腫瘤、致病菌與非致病菌、處理同一藥物前後或 處理不同藥物，或利用瓊脂糖凝膠(Sepharose)(接上親和性介質再接上藥 物)其整體蛋白質表現之狀況，及背後所隱含的意義與分子作用機轉，而 找出導致疾病發生的可能原因、藥理機制等等。

参、蛋白質二維凝膠電泳

蛋白質體學的研究方法，主要包括：待測蛋白質的分離(Analytical protein separations)，蛋白質的分解(Protein digestion)，質譜儀的分析，和 database 的搜尋(Mass spectrometry analysis and database searching)。目前 蛋白質體研究最普遍使用的實驗方式是結合二維凝膠電泳與質譜儀，常 見的有介質輔助雷射脫附游離飛行時間式質譜儀(Matrix-assisted laser desorption/ionization-Time of flight/Mass Spectrometry；MALDI-TOF/MS) 及 液 相 層 析 串 聯 質 譜 儀(Liquid Chromatograph-Mass Spectrometry ； LC-MS)。

1975 年 O’Farrell 首 先 發 展 出 利 用 蛋 白 質 二 維 凝 膠 電 泳 (Two-Dimensional Electrophoresis；2-DE)技術分離大腸桿菌中的蛋白質。

其第一維等電點聚焦乃是利用蛋白質具不同等電點之特性，使蛋白質在 pH 梯 度 膠 中 移 動 分 離 ， 接 著 第 二 維 SDS-PAGE(Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis)則再將蛋白質依其分子量大小 作分離。當時O’Farrell 分離出約 1100 個蛋白質染色點，且具有相當好的 再現性(O'Farrell, 1975)。二維凝膠電泳無疑為分離成份複雜的蛋白質樣品 的一個強而有力的工具。

肆、質譜儀

質譜儀的分析是蛋白質體學研究當中極為重要的一環。90 年代末 期，質譜儀離子源的發展有了重要突破，Koichi Tanaka 以介質輔助雷射 脫 附 游 離 法(MALDI) ， 以 及 John B. Fenn 以 電 灑 法 (electrospray ionization，ESI)(Banks et al., 1994)，分別成功的偵測到蛋白質分子，開啟 了蛋白質研究分析的新紀元。至於質譜儀器本身也不斷被研發改良，提 高了蛋白質分析的解析度(resolution)、精確性(accuracy)、質量範圍(mass range)，以及分析通量(throughput)等。因應分析需求的不同，可將質譜儀 串聯使用，並且與多種離子源做搭配。

Cleveland 等人，於 1977 年首先提出胜肽質量指紋圖譜(peptide mass fingerprinting，PMF)的概念(Cleveland et al., 1977)。但直到 1993 年，才 由 Henzel 等人以介質輔助雷射脫附游離飛行時間式質譜儀(MOLDI-TOF MS)配合電腦資料庫搜尋演算，證實能以 PMF 進行蛋白質身份之鑑定 (Henzel et al., 1993)。