Proteomika i metabolomika / red. nauk. Agnieszka Kraj, Anna Drabik

Proteomika i metabolomika / red. nauk. Agnieszka Kraj, Anna Drabik,
Jerzy Silberring. – Warszawa, 2010
Spis treści
Części oznaczone #znajdują się na dołączonym do ksiąŜki dysku CD
#Autorzy
#Słowo wstępne
1.
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
3.
3.1.
3.2.
4.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
5.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
6.
6.1.
6.2.
XVII
XXI
„Omika" i biologia systemów
(Jerzy Silberring, Anna Drabik)
1
Wprowadzenie do proteomiki i strategii identyfikacji białek
(Anna Drabik, Jerzy Silberring)
Wprowadzenie
Jaka strategia?
Wybór materiału biologicznego
Strategie proteomiki
Wybór strategii
Proteomika i jej działy
7
7
8
9
10
11
12
Analiza metabolomu - zróŜnicowanej chemicznie matrycy
(Agnieszka Kraj)
Co to jest metabolom?
Techniki analityczne i wyzwania ilościowej analizy metabolitów
15
15
16
Przygotowanie materiału biologicznego do analizy
(Magdalena Niedziółka)
Wprowadzenie
Pobranie i przechowywanie materiału
Które składniki badanej próbki są waŜne?
Zanieczyszczenia - podstawowy problem analityka
Separacja i izolacja białek
Oczyszczanie białek
Współczesne kierunki badań
21
21
22
24
24
25
27
34
Chromatografia gazowa w połączeniu ze spektrometrią mas
(Hana Raoof)
Wprowadzenie
Zasada działania GC-MS
Wielowymiarowa metoda GC x GC-MS
GC-MS czy LC-MS?
Derywatyzacja
Biblioteki widm i identyfikacja związków na podstawie widma masowego
37
37
38
39
40
40
43
Elektroforeza jednowymiarowa (I-DE)
(Anna Drabik, Piotr Laidler)
Wprowadzenie
Rozdział elektroforetyczny - zasada działania
49
49
49
6.3.
6.4.
6.5
6.6.
6.7.
6.8.
6.9.
6.10.
6.11.
6.12.
6.13.
6.14.
Polimeryzacja Ŝelu poliakrylamidowego (PAGE, ang. polyacrylamide
gel electrophoresis)
Przygotowanie próbki
Elektroforeza w warunkach natywnych (niedenaturujacych,
ang. native PAGE)
Elektroforeza w warunkach denaturujących SDS-PAGE
(ang. sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis)
śel agarozowy
Tricyna/SDS-PAGE
Kwas octowy/mocznik PAGE
Barwienie
Znakowanie izotopowe
Przechowywanie wyników
Wady techniki elektroforetycznej
Najczęściej popełniane błędy (w 1-DE)
Elektroforeza dwuwymiarowa 2-DE
(Anna Drabik, Anna Bodzoń-Kułakowska)
7.1 Wprowadzenie
7.2. Przygotowanie próbki do rozdziału 2-DE
7.3. Pierwszy wymiar - ogniskowanie izoelektryczne (IEF)
7.4. Drugi wymiar w SDS-PAGE
7.5. Analiza komputerowa skanów Ŝeli
7.6. RóŜnicowa elektroforeza Ŝelowa
7.7. Barwniki fluorescencyjne stosowane w DIGE
7.8. Standard wewnętrzny
7.9. Techniki znakowania stosowane w DIGE
7.10. Podsumowanie
50
52
53
54
55
55
55
55
57
57
57
58
7.
8.
8.1.
8.2.
8.3.
8.4.
9.
9.1.
9.2.
10.
10.1.
10.2.
10.3.
10.4.
10.5.
61
61
63
64
66
67
74
75
76
78
80
Elektroforeza kapilarna (Bogusław Buszewski, Ewa Kłodzińska,
Michał Szumski, Marek Noga, Jerzy Silberring)
Wprowadzenie
Elektroforeza kapilarna - podstawy teoretyczne
Mechanizm rozdzielania w elektroforezie kapilarnej - pojęcia podstawowe
Sposoby detekcji
85
85
85
87
91
Ogniskowanie do punktu izoelektrycznego
(IEF, ang. isoelectric focusing) (Anna Drabik)
Wprowadzenie
MoŜliwości zastosowań ogniskowania do punktu izoelektrycznego
99
99
101
Spektroskopia Ramana
(Małgorzata Barańska, Anna Baran)
Wprowadzenie
Aparatura
Wprowadzenie do analizy aminokwasów, białek i metabolitów
Specjalne techniki ramanowskie w proteomice i metabolomice
Mapowanie ramanowskie, RM
105
105
108
109
113
120
11.
11.1.
11.2.
11.3.
11.4.
12.
12.1.
12.2.
12.3.
12.4.
12.5.
12.6.
13.
13.1.
13.2.
13.3.
13.4.
13.5.
13.6.
13.7.
14.
14.1.
14.2.
14.3.
14.4.
14.5.
14.6.
14.7.
14.8.
14.9.
15.
15.1.
15.2.
15.3.
15.4.
15.5.
15.6.
15.7.
15.8.
Bloting białek
(Ibeth Guevara-Lora, Anna Gołda, Andrzej Kozik)
Wprowadzenie
Transfer białek i peptydów na membranę
Detekcja
Przykłady zastosowania blotingu białek w proteomice
Electrospray i nanoelectrospray (ESI i nanoESl)
(Piotr Suder)
Wprowadzenie
Cechy techniki electrospray
Zasada działania metody ESI
Modyfikacje źródła jonów typu ESI: nanoelectrospray (nanoESl)
Modyfikacje źródła jonów typu ESI: DESI (ang. desorption
by electrospray)
Podstawy analizy widm
125
126
126
130
135
139
139
140
141
144
146
146
Chromatografia cieczowa połączona ze spektrometrią mas (LC-MS)
(Piotr Suder)
151
Wprowadzenie
151
Rodzaje połączeń LC-ESI-MS
152
LC-MALDI-MS
156
HPLC vs UPLC
159
Wybór kolumny chromatograficznej dla techniki LC-MS
160
Chromatografia kapilarna a spektrometria mas
164
Interpretacja wyników analiz
166
Wielowymiarowe techniki separacji połączone
ze spektrometrią mas (Marek Noga, Anna Drabik)
Wprowadzenie
Zasada działania
Rozdzielczość systemu chromatograficznego
Zastosowania układów wielowymiarowych
Zastosowania
Kolumny z innymi wypełnieniami
Połączenia LC-CE
Zintegrowane układy CE-CE
Wielowymiarowe techniki
171
171
172
172
174
175
179
180
180
180
Desorpcja/jonizacja laserowa wspomagana matrycą (MALDI)
(Adam Moszczyński, Magdalena Niedziółka)
Wprowadzenie
Matryce
Nanoszenie próbki
Analiza widm
MALDI w analizie i identyfikacji białek
MALDI a fragmentacja
MALDI a sekwencjonowanie białek
Analizator czasu przelotu - TOF oraz TOF/TOF
185
185
186
188
189
192
192
193
193
16.
Warianty laserowej desorpcji/jonizacji
(Adam Moszczyński)
16.1. SELDI (ang. surface-enhanced laser desorptionlionization)
16.2. Zastosowania SELDI w proteomice
16.3. Powierzchnie wykorzystywane w SELDI
16.4. Układ antygen-przeciwciało (chromatografia powinowactwa)
16.5. LAC (ang. lectin affinity capture)
16.6. Oddziaływania międzycząsteczkowe (ang. biomolecular interactions)
16.7. Oddziaływania hydrofobowe, jonowymieniacze
16.8. MELDI (ang. material-enhanced laser desorptionlionization)
16.9. SALDI (ang. surface-assisted laser desorption/ionization)
16.10. Desorpcja/jonizacja na krzemie (DIOS)
16.11. Węgiel oraz inne materiały
16.12. Nanostruktury
17.
17.1.
17.2.
17.3.
17.4.
17.5.
17.6.
18.
Skaningowa spektrometria mas
(Małgorzata Iwona Szynkowska, Jerzy Silberring)
Wprowadzenie
Spektrometria mas jonów wtórnych
Jonizacja/desorpcja laserowa wspomagana matrycą (MALDI)
Desorpcja/jonizacja laserowa pod ciśnieniem atmosferycznym
Desorpcja/jonizacja poprzez ESI (DESI)
Podsumowanie i ogólna charakterystyka metod skaningowych
199
200
200
200
201
202
202
202
203
204
204
205
205
209
209
210
215
218
219
220
18.3.
18.4.
Wysokorozdzielcza spektrometria mas w metabolomice
(Agnieszka Kraj)
Wprowadzenie
Zasada działania analizatora cyklotronowego rezonansu jonów
z transformacją Fouriera (FT-ICR)
Wysokorozdzielcza spektrometria mas w metabolomice
Podsumowanie
19.
19.1.
19.2.
19.3.
19.4.
19.5.
Techniki izolacji i fragmentacji jonów (Filip Sucharski)
Wprowadzenie
Spektrometry masowe
Metody fragmentacji
Nomenklatura widm fragmentacyjnych
Nomenklatura peptydów cyklicznych
233
233
233
234
238
239
20.
Identyfikacja białek wspomagana fragmentacją
(Marek Noga, Filip Sucharski)
Wprowadzenie
Metoda „odcisku palca" mapy peptydowej
Identyfikacja peptydów
Weryfikacja identyfikacji peptydów
Identyfikacja białek
243
243
244
246
249
252
18.1.
18.2.
20.1.
20.2.
20.3.
20.4.
20.5.
223
223
225
226
230
21. Fragmentacja wspomagana chemicznie (Adam Moszczyński)
21.1. Wprowadzenie
21.2. Dlaczego widma fragmentacyjne białek i peptydów
mogą stwarzać problemy interpretacyjne?
21.3. Co daje derywatyzacja?
21.4. Przykłady derywatyzacji
21.5. Znakowanie peptydów za pomocą 18O
21.6. Acetylacja i deuteroacetylacja
259
259
260
261
262
266
266
22.
Sekwencjonowanie de novo
(Filip Sucharski, Adam Moszczyński)
22.1. Wprowadzenie
22.2. Sposób postępowania
22.3. Podstawowy protokół sekwencjonowania de novo
271
271
272
273
23. Proteomika funkcjonalna (Anna Bodzoń-Kułakowska)
23.1. Wprowadzenie
23.2. Kompleksy białkowe
23.3. Cele proteomiki funkcjonalnej
23.4. Analiza interakcji
23.5. Wielostopniowe oczyszczanie izolowanego kompleksu
23.6. Oddziaływania białko-DNA
23.7. Badanie interakcji binarnych
23.8. Macierze białkowe i peptydowe
23.9. DroŜdŜowy system dwuhybrydowy (Y2H, ang. yeast two-hybrid system)
23.10. Metody fluorescencyjne
23.11. Badanie aktywności enzymów (ang. activity-based probes)
23.12. Manipulowanie ekspresją genów
23.13. Techniki komputerowe
23.14. Problemy proteomiki funkcjonalnej
281
281
281
282
283
283
287
289
291
291
294
295
296
299
300
24.
24.1.
24.2.
24.3.
24.4.
24.5.
24.6.
24.7.
24.8.
25.
25.1.
25.2.
25.3.
25.4.
25.5.
25.6.
Macierze białkowe i peptydowe
(Grzegorz Schroeder, Piotr Młynarz, Anna Czernicka)
Wprowadzenie
Mikromacierze diagnostyczne
Metody funkcjonalizacji powierzchni mikromacierzy
Synteza ligandów in situ
Znakowanie cząsteczek
Metody detekcji
Biosensory
Zastosowania mikromacierzy
Zastosowanie sieciowania chemicznego w celu badania interakcji
między białkami (Przemysław Mielczarek)
Wprowadzenie
Analizy z zastosowaniem czynników sieciujących
Typy reakcji chemicznych z zastosowaniem czynników sieciujących
Projektowanie czynników sieciujących
Zastosowanie spektrometrii mas do analizy białek
po reakcji chemicznego sieciowania
Identyfikacja produktów reakcji chemicznego sieciowania
305
305
306
307
309
310
310
313
315
319
319
320
323
327
329
328
26.
26.1.
26.2.
26.3.
26.4.
26.5.
26.6.
26.7.
26.8.
Proteomika strukturalna (Grzegorz Bujacz, Anna Bujacz)
Wprowadzenie
Krystalizacja białek
Charakterystyka kryształów białkowych
Pomiar dyfrakcyjny
Rozwiązywanie struktury
Budowa modelu
Udokładnianie modelu
Analiza poprawności struktury
333
333
334
340
344
347
354
355
356
27. Proteomika ilościowa (Marek Noga)
27.1. Wprowadzenie
27.2. Analiza ilościowa na podstawie barwienia Ŝeli
27.3. Analiza ilościowa w wykorzystaniem spektrometrii mas
27.4. Syntetyczne standardy wewnętrzne
27.5. Znakowanie róŜnicowe
27.6. Znakowanie metaboliczne
27.7. Znakowanie białek
27.8. Znakowanie peptydów
27.9. Znakowanie z wykorzystaniem widm MS/MS
27.10. Metoda ilościowa bez znakowania
27.11. Metody półilościowe
27.12. Podsumowanie
361
361
361
362
364
365
367
368
369
370
371
372
373
28.
28.1.
28.2.
28.3.
28.4.
28.5.
28.6.
28.7.
377
377
379
380
385
389
393
395
Proteomika kliniczna (Anna Bodzoń-Kułakowska)
Wprowadzenie
Biomarkery
Strategie proteomiki klinicznej
Implementacja biomarkera do praktyki klinicznej
Analiza płynów ustrojowych w proteomice klinicznej
Analiza tkanki
Podsumowanie - teoria a praktyka
29.
Proteomika modyfikacji potranslacyjnych
(Filip Sucharski)
29.1. Wprowadzenie
29.2. Metody badania modyfikacji potranslacyjnych
401
401
402
30.
30.1.
30.2.
30.3.
30.4.
30.5.
Metabolom człowieka (Agnieszka Kraj)
Wprowadzenie
Strategie badania metabolomu
Wybór platformy analitycznej
Dobór i przygotowanie próbek
Dostępne bazy danych metabolitów
411
411
411
412
413
413
31.
Metabolom Ŝywności i Ŝywienia
(ElŜbieta Kostyra, Henryk Kostyra)
Ewolucja metabolomu Ŝywności i Ŝywienia
Definicja metabolomu Ŝywności i Ŝywienia
Podejście systemowe do analizy metabolomu Ŝywności i Ŝywienia
Metabolom Ŝywności psychoaktywnej
417
417
417
419
423
31.1.
31.2.
31.3.
31.4.
31.5. Interaktywność składników Ŝywności a metabolom
Ŝywności i Ŝywienia
31.6. Strategia badań metabolomu Ŝywności i Ŝywienia
424
425
32.
32.1.
32.2.
32.3.
32.4.
32.5.
32.6.
429
429
429
434
434
439
440
Metabolom roślinny (Maciej Stobiecki, Piotr Kachlicki)
Wprowadzenie
„Omika" funkcjonalna a biologia systemów
Specyfika analiz metabolomów roślinnych
Metody analityczne stosowane w badaniach metabolomów roślinnych
Przykłady badań metabolomów roślinnych
Materiały uzupełniające
33.
Nowe podejście w oznaczaniu i identyfikacji mikroorganizmów
(Ewa Kłodzińska, Michał Szumski, Bogusław Buszewski)
33.1 Wprowadzenie
33.2. Techniki elektromigracyjne, nowe metody detekcji oraz metody
biologii molekularnej w analizie szczepów bakterii S. aureus
33.3. RozwaŜania końcowe
34.
34.1.
34.2.
34.3.
Metabolom droŜdŜy (Filip Sucharski)
Wprowadzenie
Techniki analityczne w analizie metabolomu droŜdŜy
Perspektywy badań metabolomu droŜdŜy
Badania farmakologiczne
(Jolanta Kotlińska, Agnieszka Pachutar, Marcin Bocheński)
35.1. Wprowadzenie
35.2. Badania wstępne
35.3. Testy poszerzone
445
445
448
453
457
457
457
459
35.
36.
36.1.
36.2.
36.3.
36.4.
36.5.
36.6.
36.7.
37.
37.1.
37.2.
37.3.
37.4.
37.5.
37.6.
37.7.
37.8.
Wstęp do chemii kombinatorycznej
(Adam Lesner, Krzysztof Rolka)
Chemia kombinatoryczna - historia i perspektywy
Synteza równoległa - metody tworzenia bibliotek
Metody syntezy kombinatorycznej
Biblioteki kodowane
Wybór polimeru do syntezy bibliotek peptydowych
Proces wyszukiwania sekwencji aktywnych (dekonwolucja
biblioteki peptydowej)
Zastosowanie chemii kombinatorycznej
Bioinformatyka - zarys ogólny
(Wojciech RoŜek, Paweł Ciborowski)
Wprowadzenie
Definicja bioinformatyki
Biologia systemów i bioinformatyka
Bazy danych
Analiza danych
Walidacja danych
Powszechne udostępnianie danych - korzyść dla wszystkich
Organizacja danych
463
463
464
473
479
479
480
484
487
491
492
496
501
501
502
503
505
507
511
512
514
38.
Chemometria w metabolomice i proteomice
(Beata Walczak, Marcin Daszykowski)
38.1. Wprowadzenie
38.2. Gromadzenie, przetwarzanie i interpretacja danych
39.
39.1.
39.2.
39.3.
39.4.
519
519
521
FRET (Stanisław Wysocki)
Dlaczego FRET?
Podstawy fizyczne FRET
Metodyka pomiaru FRET
Zastosowanie FRET w badaniach dynamiki molekularnej
peptydów i białek
39.5. FRET białek fluorescencyjnych - na tropach białek w komórce
535
535
535
540
Indeks
549
40. # Laboratorium. Ćwiczenia praktyczne
(Adam Moszczyński, Anna Drabik, Anna Bodzoń-Kułakowska,
Hana Raoof, Przemysław Mielczarek)
40.1. Zasady BHP
40.2. Przygotowanie białek rozdzialonych w Ŝelu SDS-PAGE do analizy
z zastosowaniem spektrometrii mas
40.3. Elektroforeza białek w Ŝelu poliakrylamidowym w warunkach
denaturujących (SDS-PAGE)
40.4. Bioinformatyczne narzędzia identyfikacji białek
40.5. Identyfikacja peptydu z wykorzystaniem fragmentacji
wspomaganej matrycą w źródle jonów MALDI
40.6. Zastosowanie metody LC-MS w proteomice
40.7. Kinetyka reakcji enzymatycznych
41. # Dodatki: bazy danych, tabele i definicje
(Magdalena Niedziółka, Filip Sucharski, Hana Raoof
Adam Moszczyński)
41.1. Literaturowe bazy danych
41.2. Bioinformatyczne bazy danych
41.3. Tabele
41.4. Definicje: masy i jednostki w spektrometrii mas
oprac. BPK
541
546
1
1
2
4
6
16
17
18
22
24
24
27
33