《蛋白质与酶工程》理论教学大纲（供四年制本科生物工程、生物技术专业使用）

《蛋白质与酶工程》理论教学大纲（供四年制本科生物工程专业使用）《蛋白质工程》I前言蛋白质工程是随着生物化学、分子生物学、结构生物学、晶体学和计算机技术等的迅猛发展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学等的发展密切相关，是融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。由于蛋白质工程学科的边缘性，所以本课程在介绍蛋白质基本内容的同时，兼顾学科发展动向，旨在使学生了解现代蛋白质工程理论的新进展并为相关学科提供知识和技术。通过本课程的学习，使学生掌握蛋白质工程的基本理论、基础知识、主要研究方法和技术以及生物信息学和现代生物技术在蛋白质工程上的应用及典型研究实例，熟悉从事蛋白质工程的重要方法和途径。努力培养学生具有科学思维方式、启发学生科学思维能力和勇于探索，善于思考、分析问题的能力，激发学生的学习热情，为未来的学习和工作奠定坚实的理论和实践基础。本大纲适用于四年制本科生物工程专业使用。现将大纲使用中有关问题说明如下:一为了使教师和学生更好地掌握教材,大纲每一章节均由教学目的、教学要求和教学内容三部分组成。教学目的注明教学目标，教学要求分掌握、熟悉和了解，教学内容与教学要求对应，并统一标示(核心内容即知识点以下划实线，重点内容以下划虚线，一般内容不标示)便于学生重点学习。二教师在保证大纲核心内容的前提下，可根据不同教学手段，讲授重点内容和介绍一般内容。三总教学参考学时为64学时,理论36学时，实验28学时。理论/实验为1.29:1。四教材：《蛋白质工程》，科学出版社，汪世华主编，第3版，科学出版社，2008年。II正文绪论一教学目的通过蛋白质工程的原理、程序和操作方法、发展简史、研究领域等内容介绍，使学生了解蛋白质工程的基本概况，从分子水平探讨生命现象的本质。二教学要求

（一）熟悉蛋白质研究的物质基础。

（二）了解蛋白质工程的产生与发展。

（三）了解蛋白质工程研究的主要内容。

（四）掌握蛋白质工程的原理、程序和操作方法。三教学内容（一）蛋白质工程的物质基础。（二）蛋白质工程的原理（三）蛋白质工程的程序和操作方法（四）蛋白质工程的产生与发展（五）蛋白质工程的应用领域第一章蛋白质结构基础一教学目的在复习蛋白质基本元素组成特点的基础上使学生理解蛋白质的结构与功能及二者之间的关系，理解蛋白质多肽链的折叠方式。二教学要求（一）掌握蛋白质各个结构层次的组成、基本特点和维持结构的作用力、结构与功能的关系。（二）掌握蛋白质的变性和复性、蛋白质的折叠以及分子伴侣和折叠酶在蛋白质折叠中的作用。三教学内容（一）蛋白质的功能及其应用。

（二）蛋白质氨基酸与多肽链。（三）蛋白质的空间结构：维持蛋白质空间构象的作用力。（四）蛋白质结构与功能的关系：蛋白质的变性与复性。（五）多肽链的折叠：1第二遗传密码：第二遗传密码的概念、特点。2帮助折叠的蛋白质和酶：分子伴侣、帮助正确二硫键形成的酶。3蛋白质的去折叠。4蛋白质的错误折叠。第二章蛋白质分子设计一教学目的在学习蛋白质结构的基础上，使学生理解蛋白质分子结构设计的分类、原则、程序及方法。二教学要求（一）掌握蛋白质分子设计的原理、程序和种类以及遵循的原则。（二）掌握基于天然蛋白质结构的分子设计。（三）熟悉蛋白质结构和功能全新设计的方法和特点。（四）了解全新蛋白质分子设计现状及发展的方向。三教学内容（一）蛋白质分子设计原理：蛋白质分子设计的分类、蛋白质分子设计的基础、蛋白质分子设计的原则、蛋白质分子设计的程序。（二）基于天然蛋白质结构的分子设计：定点突变、分子拼接。（三）全新蛋白质设计：全新蛋白质设计方法、设计原则及蛋白质从头设计实例。第三章蛋白质的修饰和表达一教学目的从化学途径和分子生物学途径两方面介绍蛋白质的修饰及改造技术。二教学要求（一）了解蛋白质化学修饰的反应类型及主要的修饰部位。（二）掌握蛋白质分子生物学改造技术。（三）掌握重组蛋白质的表达系统类型和各自的优缺点。（四）熟悉无细胞蛋白质合成系统。三教学内容（一）蛋白质的化学修饰：蛋白质侧链基团的化学修饰、蛋白质的位点专一性修饰、蛋白质的聚乙二醇修饰、蛋白质的化学交联和化学偶联。（二）蛋白质的分子生物学改造：基因突变技术、基因融合。（三）重组蛋白质的表达：目标蛋白质在大肠杆菌中的表达、目标蛋白质在酵母细胞中的表达、昆虫杆状病毒表达系统、哺乳动物表达系统、体外翻译系统。第四章蛋白质的物理化学性质一教学目的使学生理解蛋白质折叠的原理、过程、意义。二教学要求（一）了解蛋白质折叠动力学的研究技术。（二）掌握蛋白质折叠的基本过程、意义、机制和应用前景。三教学内容（一）热力学函数与蛋白质构象：蛋白质构象与热运动、热力学参数在分子水平上的解释。（二）突变、稳定性和折叠：蛋白质折叠机制、意义及应用前景。（三）蛋白质折叠热力学与动理学：蛋白质折叠热力学研究和蛋白质折叠动理学研究。第五章蛋白质结构解析一教学目的使学生理解蛋白质结构解析使用的各种方法的原理。二教学要求（一）掌握蛋白质X射线晶体结构测定的方法和程序。（二）掌握核磁共振方法测定蛋白质结构的实验技术。（三）了解蛋白质结构测定的其他方法。三教学内容（一）X射线晶体结构分析：X射线晶体结构分析发展史、X射线晶体结构分析基本原理、蛋白质X射线晶体结构测定程序。（二）核磁共振波谱的溶液结构解析：核磁共振方法测定蛋白质结构的方法、特点及程序。第六章生物信息学在蛋白质工程中的应用一教学目的使学生理解生物信息学在蛋白质工程中的作用，掌握常用的蛋白质数据库，理解蛋白质结构的预测方法。二教学要求（一）了解生物信息学的主要研究内容及生物信息学与蛋白质工程的关系。（二）掌握蛋白质常用数据库的主要种类和特点。（三）熟悉核酸和蛋白质序列比对的意义和操作程序。（四）比较常见的蛋白质二级结构预测的方法以及在蛋白质局部结构预测和三维结构预测中的作用。三教学内容（一）生物信息学与蛋白质工程：生物信息学的发展史、生物信息学主要的研究内容及生物信息学与蛋白质工程的关系。（二）蛋白质常用数据库：核酸数据库、蛋白质数据库。（三）蛋白质结构预测：蛋白质序列比对、蛋白质基本性质分析、蛋白质二级结构预测、蛋白质结构预测实例。第七章蛋白质的分离纯化与鉴定一教学目的使学生理解各种蛋白质分离纯化与鉴定的原理和基本方法。二教学要求（一）掌握蛋白质分离纯化的总原则和一般步骤。（二）熟悉各种分离技术在蛋白质分离纯化和鉴定中的主要原理和实验步骤。三教学内容（一）蛋白质的分离纯化概述。（二）蛋白质分离纯化与鉴定的一般步骤。（三）蛋白质的提取。（四）蛋白质粗分级：硫酸铵分级沉淀、有机溶剂分级沉淀、超速离心、等电点沉淀法、透析法、超滤法、结晶法。（五）蛋白质细分级：分子筛层析、离子交换层析、吸附层析、亲和层析、电泳、蛋白质细分级举例。（六）蛋白质的鉴定：蛋白质含量测定、蛋白质鉴定。第八章现代生物学技术在蛋白质中的应用一教学目的使学生理解多种现代生物学技术在蛋白质工程中的应用方法。二教学要求（一）掌握用于蛋白质工程研究中的各种技术的概念，原理及应用特点。（二）了解新的蛋白质技术在蛋白质工程研究和应用中的作用。三教学内容（一）蛋白质分析鉴定技术：蛋白质芯片的概念、分类及制备。（二）研究蛋白相互作用技术：表面等离子体共振技术原理及结构、酵母双杂交技术原理及应用。（三）表面展示技术：噬菌体展示技术原理及应用、核糖体展示技术与mRNA展示技术、细菌表面展示技术、酵母表面展示技术。（四）其他新蛋白质工程技术：原子力显微镜技术、蛋白质打靶技术和蛋白质分子印迹技术等。第九章蛋白质组学一教学目的使学生了解蛋白质组学产生的背景、基本概念，蛋白质组学研究的基本方法。二教学要求（一）了解蛋白组学的产生过程。（二）熟悉蛋白组学研究的思路与策略。（三）掌握蛋白质组学的研究内容和难点：蛋白质组的多样性、动态性和时空性。（四）掌握目前蛋白质相互作用研究方法。（五）了解蛋白组学研究中存在有哪些问题。三教学内容（一）蛋白质组学概述：蛋白质组的概念及发展史、蛋白质组学研究的思路与策略。（二）蛋白质组学的研究内容：蛋白质结构、蛋白质功能、蛋白质与疾病的关联性、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质的丰度变化、蛋白质修饰与蛋白质分布。（三）蛋白质组学的难点：多样性、动态性和时空性。（四）蛋白质组学研究的技术方法：蛋白质分离技术（样品制备和二维凝胶电泳技术）、蛋白质分析和鉴定技术。（五）蛋白质组学的应用与发展趋势。第十章蛋白质工程的应用一教学目的使学生了解蛋白质工程应用的领域。二教学要求（一）了解蛋白质工程应用的领域，典型的范例有哪些。（二）掌握抗体工程、酶的蛋白质工程、抗体酶。三教学内容（一）抗体工程：抗体工程的概述、抗体的结构与分类、抗体融合蛋白及抗体的应用。（二）酶的蛋白质工程：枯草杆菌蛋白酶、木糖异构酶、植酸酶、溶菌酶及其他酶。（三）抗体酶：抗体酶的作用机理、制备及应用。III教学组织与方法一实施机构：由生物工程教研室执行。二组织内容：教案讲义审核、集体教学备课、教学方法研究、教学手段应用。三教学方法：1.理论教学：采用启发式、讨论式、交换式课堂教学方式，辅助现代教育技术和传统教学手段。核心内容以讲授为主，重点内容以介绍为主，一般内容以自学为主。2.实验教学：实验分组（25-35人/实验室），学生独立操作。3.辅导形式：答疑、讨论、复习等结合。四考核办法：考试采用闭卷笔试，教学测量：理论考试占70%，实验考试占20%，平时成绩占10%。IV教学时数分配表理论教学内容学时绪论2第一章蛋白质结构基础4第二章蛋白质分子设计4第三章蛋白质的修饰和表达4第四章蛋白质的物理化学性质2第五章蛋白质结构解析2第六章生物信息学在蛋白质工程中的应用4第七章蛋白质的分离纯化与鉴定6第八章现代生物学技术在蛋白质工程中的应用2第九章蛋白质组学4第十章蛋白质工程的应用2合计36《酶工程》I前言酶工程是生物技术专业的主干必修课，是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的一门新的科学技术，在生物技术人才培养中处于至关重要的地位。它涉及细胞工程、基因工程、生物分离工程和化学工程等诸多学科，主要内容包括酶的发酵生产、酶的分离纯化、酶和细胞固定化以及酶的分子工程。学生通过酶工程的学习，应熟悉从应用目的出发研究酶，在一定生物反应装置中利用酶的催化性质的研究路线，掌握酶的生产与应用的基本理论、基本技术、酶的分离纯化、固定化酶以及酶的化学修饰的研究和应用，进一步了解酶在各行各业中实际应用的最新发展和发展趋势，在以后的毕业环节和工作中能够自觉地应用这些技术方法来指导自己的工作。本大纲适用于四年制本科生物工程专业使用。现将大纲使用中有关问题说明如下:一为了使教师和学生更好地掌握教材,大纲每一章节均由教学目的、教学要求和教学内容三部分组成。教学目的注明教学目标，教学要求分掌握、熟悉和了解，教学内容与教学要求对应，并统一标示(核心内容即知识点以下划实线，重点内容以下划虚线，一般内容不标示)便于学生重点学习。二教师在保证大纲核心内容的前提下，可根据不同教学手段，讲授重点内容和介绍一般内容。三总教学参考学时为64学时，其中理论36学时，实验28学时。理论/实验为1.29:1。四教材：《酶工程》，科学出版社，郭勇主编，第3版，科学出版社，2009年。II正文第一章绪论一教学目的了解酶工程在生物工程学科中的地位，以及酶工程的主要研究内容和国内外的研究现状。同时，在生物化学基础上，强化酶学的基本理论张知识。二教学要求

（一）了解酶工程的研究意义。

（二）掌握酶工程相关的概念及研究内容。（三）熟悉酶的生产方法。（四）了解酶工程发展概况和应用前景。三教学内容（一）酶的基本概念与发展历史。（二）酶催化作用的特点。（三）影响酶催化作用的因素。（四）酶的分类与命名。（五）酶的活力测定。（六）酶的生产方式。（七）酶工程发展概况。第二章微生物发酵产酶一教学目的掌握酶合成的基本理论，结合微生物学的知识，了解主要产酶微生物种类、学会分析优良的产酶细胞应具备的条件，并能合理控制。二教学要求（一）掌握酶生物合成的几种模式，即同步合成型、延续合成型、中期合成型、滞后合成型。（二）掌握细胞生长动力学和产酶动力学方程及含义。（三）了解影响酶生物合成的主要因素。（四）熟悉固定化微生物细胞发酵产酶和固定化微生物原生质体发酵产酶的特点及工艺条件等。三教学内容（一）微生物细胞中酶生物合成的调节：酶的生物合成、

酶生物合成的调节、酶生物合成的模式。（二）产酶微生物的特点。（三）发酵工艺条件及其控制：提高酶产量的措施（添加诱导物、控制阻遏物的浓度、添加表面活性剂和添加产酶促进剂）。（四）酶发酵动力学：细胞生长动力学、产酶动力学、基质消耗动力学。（五）固定化微生物细胞发酵产酶：1固定化细胞发酵产酶特点。2固定化细胞发酵产酶的工艺条件及其控制。3固定化细胞生长和产酶动力学（六）固定化微生物原生质体发酵产酶。

1固定化原生质体的特点2固定化原生质体发酵产酶的工艺条件及其控制

第三章动植物细胞培养产酶一教学目的掌握动植物细胞与微生物细胞的主要特性差异，从而分析利用动植物细胞产酶与利用微生物细胞产酶与利用微生物细胞产酶的主要技术差别及工艺条件控制的不同特点。二教学要求（一）掌握动植物培养及产酶的基本知识、工艺过程及控制条件。（二）了解产酶的特点及产物类型。（三）了解动植物细胞发酵产酶的异同。三教学内容（一）动植物细胞中酶生物合成的调节。（二）植物细胞培养产酶：植物细胞的特性、植物细胞培养的特点、植物细胞培养的工艺条件有其控制、植物细胞培养产酶的工艺过程。（三）动物细胞培养产酶：动物细胞的特性、动物细胞培养的特点、动物细胞培养方式、动物细胞培养的工艺条件及其控制、动物细胞培养产酶的工艺过程。第四章酶的提取与分离纯化一教学目的理解酶分离纯化的一般原则，引出酶分离纯化的各种方法。二教学要求（一）掌握细胞破碎的各种方法。（二）了解各种酶纯化方法的原理、步骤、特点以及一些有关的计算。（三）重点掌握常用的几种方法，例如离心分离、几种层析分离、几种电泳分离。（四）了解一些先进的分离纯化方法。（五）了解酶的结晶、浓缩与干燥的条件和方法。三教学内容（一）细胞破碎：机械破碎法、物理破碎法、化学破碎法、酶促破碎法。（二）提取：提取的方法和影响提取的主要因素。（三）沉淀分离：盐析沉淀法、等电点沉淀法、有机溶剂沉淀法、复合沉淀法、选择性变性沉淀法。（四）离心分离：离心机的选择、离心方法的选用、离心条件的确定。（五）过滤与膜分离：非膜过滤、膜分离技术。（六）层析分离：吸附层析、分配层析、离子交换层析、凝胶层析、亲和层析、层析聚焦。（七）电泳：纸电泳、薄层电泳、薄膜电泳、凝胶电泳、等电聚焦电泳。（八）萃取分离：有机溶剂萃取、双水相萃取、超临界萃取、反胶束萃取。（九）结晶（十）浓缩与干燥第五章酶分子修饰一教学目的了解酶的分子工程研究的基本原理、酶分子修饰的应用及研究的重要意义，开阔学生思路，激发学习兴趣。二教学要求（一）掌握酶分子化学修饰的目的和一般原理。（二）理解蛋白酶修饰的方法和修饰后起到的作用。（三）理解核酸酶修饰的方法和修饰后所起的作用。（四）了解酶分子的物理修饰作用。（五）了解酶化学修饰的种类及应用。三教学内容（一）金属离子转换修饰。（二）大分子结合修饰。（三）侧链基团修饰。（四）肽链有限水解修饰。（五）核苷酸链剪切修饰。（六）氨基酸置换修饰。（七）核苷酸置换修饰。（八）物理修饰。（九）酶分子修饰的应用。第六章酶、细胞、原生质体固定化一教学目的使学生理解酶、细胞、原生质体固定化的方法、特点及应用。二教学要求（一）掌握酶、细胞、原生质体固定化的方法、特性及应用。（二）熟悉固定化方法使用的载体、固定化条件及固定化操作过程。（三）了解酶、细胞、原生质体固定化制备的影响因素。三教学内容（一）酶固定化：固定化方法、固定化酶的特性及固定化酶的应用。（二）细胞固定化：细胞固定化方法、微生物细胞固定化、植物细胞固定化和动物细胞固定化。（三）原生质体固定化：原生质体的制备、原生质体固定化、固定化原生质体的特点及应用。第七章酶非水相催化一教学目的了解酶在有机介质、气相介质、超临界流体、离子液介质等非水相中酶催化的研究概况，重要的是将理论与实际应用结合起来，理解酶在有机介质中催化的反应对于医药、能源、材料、食品等方面的具体作用。二教学要求（一）理解非水介质中的酶学基础和酶催化反应的条件及控制。（二）掌握酶在有机介质中的催化特性。三教学内容（一）酶非水相催化的主要内容。（二）有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响：有机介质反应体系、水对有机介质中酶催化的影响、有机溶剂对有机介质中酶催化的影响。（三）酶在有机介质中催化特性。（四）有机介质中酶催化反应的条件及其控制。（五）酶非水相催化的应用：手性药物的拆分、手性高分子聚合物的制备、酚树脂的合成、导电有机聚合物的合成等。第八章酶定向进化一教学目的掌握酶定向进化的基本过程与方法。二教学要求（一）掌握酶分子定向进化的基本原理、基本技术及应用。（二）了解酶定向进化的特点。三教学内容（一）酶定向进化的特点。（二）酶基因的随机突变：易错PCR技术、DNA重