蛋白质与酶工程教学大纲

《蛋白质与酶工程》教学大纲课程名称：蛋白质与酶工程学分：2学时：32先修课程：生物化学适用专业：生物工程开课系部：生命科学学院一、课程性质、目的和培养目标课程性质：专业选修课课程目的：本课程是生物工程本科专业选修课，目的是让学生在学习了普通生化的基础上，进一步对蛋白质和酶工程进行深入系统的学习。并对于酶在生产实践中的应用，也能有一些感性和理性的认识。课程培养目标：采用多媒体课件和国内外最新的教学参考书、教案，灵活运用多种教学方法，因材施教，使学生在牢固掌握基础知识和基本概念的同时，得到科学研究、科学思维和科学方法的良好训练，为其他专业基础课和专业课的学习及日后的研究工作打下基础。二、课程内容和建议学时分配第一章绪论

2课时（一）教学基本要求掌握蛋白质工程和酶工程的定义，了解其发展史，以及应用前景。（二）教学内容第一节蛋白质工程概论第二节蛋白质工程的应用第三节蛋白质工程展望第四节酶工程简介一酶工程二组成：酶的产生；酶的分离纯化；酶的固定化；生物反应器。三分类：化学酶工程；生物酶工程。第五节酶与酶工程的发展简史一酶学研究简史二酶工程研究简史（三）教学重点和难点重点：蛋白质与酶工程定义;难点：酶工程的组成分类第二章蛋白质的结构与功能2课时（一）教学基本要求掌握蛋白质的基本结构组成及功能（二）教学内容第一节蛋白质的基本结构与功能一蛋白质的组成二蛋白质的一级结构三蛋白质一级结构与功能的关系第二节蛋白质的空间结构与功能一蛋白质的二级结构二超二级结构和结构域三蛋白质的三级结构四蛋白质空间结构与功能的关系五蛋白质-蛋白质相互作用（三）教学重点和难点重点：蛋白质的空间结构；难点：蛋白质间的相互作用；第三章蛋白质的修饰和表达4课时（一）教学基本要求掌握蛋白质的化学修饰途经，了解蛋白质改造的一些途经等。（二）教学内容第一节蛋白质修饰的化学途径

一功能基团的特异性修饰

1多位点取代

2单一的或限制性取代

3次级取代

二基于蛋白质片段的嵌合修饰第二节蛋白质改造的分子生物学途径

一编码基因的专一性位点和区域性定向突变

1编码基因的专一性位点突变

2区域性定向突变

二基因融合和基因剪接三tRNA介导定点搀入非天然氨基酸

第三节重组蛋白质的表达

一目标蛋白质在大肠杆菌中的表达

1表达载体的一般特点

2与外源基因有效表达的相关因素

3改善表达水平及溶解性的方法

二目标蛋白质在酵母细胞中的表达

三重组蛋白质在哺乳动物细胞中的表达116

1选择哺乳动物细胞表达体系的优点

2两个主要的哺乳动物细胞表达系统

四噬菌体显示（三）教学重点和难点重点：蛋白质的修饰和表达；难点：蛋白质间的修饰；第四章蛋白质的分离纯化及酶的分离工程8课时（一）教学基本要求了解蛋白质和酶分离的一般过程、生物材料的处理方法，掌握酶的分析方法和分离纯化的方法、技术。（二）教学内容第一节蛋白质分析分离中的电泳技术第二节色谱技术及高效液相色谱第三节酶的分析法：酶活力测定、活力测定方法、酶法分析以及酶分离纯化的一般原则第四节细胞的破碎及酶的提取一生物材料的破碎：机械破碎法、物理破碎法、温度差破碎法、压力差破碎法、超声波法、化学破碎法、酶促破碎法二酶液的提取：盐溶液提取、酸溶液提取、碱溶液提取、有机溶剂提取第五节酶的纯化一调节溶解度的方法二根据酶分子大小、形状不同的分离方法三根据酶分子电荷性质的方法四根据专一性结合的方法五酶的结晶第六节酶纯度的检验第七节浓缩与干燥第八节酶的生产：生产方法、生产工艺、实例（三）教学重点和难点重点：蛋白质的分离及酶的分离；难点：酶的纯化与蛋白质的纯化；第五章酶与细胞固定化4课时（一）教学基本要求了解细胞及原生质体的固定化、固定化酶的制备原则；掌握酶的固定化方法及常见酶的固定技术。（二）教学内容第一节固定化酶(immobilizedenzyme)的定义及优缺点第二节固定化酶的制备原则及固定化方法一非共价结合法：结晶法、分散法、物理吸附法、离子键结合法二化学结合法：共价键结合法、交联法三包埋法：凝胶包埋法、半透膜包埋法四各种固定化方法的比较第三节固定化酶的性质及评价指标：稳定性、最适温度、最适pH值、底物特异性、酶活力、米氏常数。第四节辅酶的固定化及辅基的固定化，细胞的固定化，原生质体的固定化，固定化酶反应器，固定化酶的制备实例介绍：纤维素酶、漆酶等，固定化酶的应用。（三）教学重点和难点重点：固定化酶的定义与方法；难点：固定化酶的性质及评价指标；第六章酶的分子工程8课时（一）教学基本要求了解核酶、抗体酶的一般特点、酶的分子定向及蛋白酶抑制剂的设计等。掌握酶的化学修饰、修饰因素、方法及修饰酶的特点。（二）教学内容第一节概述第二节酶的分子工程一对酶分子的侧链基团，尤其酶活性中心中的必需基团进行化学修饰，研究酶的结构与功能关系；二通过对酶功能基团的修饰和与水不溶性大分子的结合，改造酶性能，增加酶的稳定性；三通过对酶分子内或分子间的交联，或与水不溶性载体的结合制成固定化酶，催化特定的反应；四用化学方法合成新的有机催化剂，使其具有酶活性（模拟酶）；五用分子生物学方法克隆酶或修饰基因以产生新的酶（突变酶），或设计新基因合成自然界不存在的新酶（抗体酶）。第三节分子的化学修饰一酶化学修饰的目的：研究酶的结构与功能、增强酶天然构象的稳定性与耐热性、保护酶的活性部位与抗抑制剂、维持酶结构功能的完整性与抗蛋白水解酶、消除酶的抗原性及稳定酶的微环境。二影响酶蛋白化学修饰反应的因素1．蛋白质功能基的反应性：影响因素、微区的极性、氢键效应、静电效应、位阻效应2．酶蛋白功能基的超反应性三修饰剂的反应性：选择吸附、静电相互作用、位阻因素、催化因素、局部环境的极性四酶化学修饰的设计1.对酶性质的了解2.修饰试剂的选择：选择蛋白质修饰剂要考虑的问题、修饰酶活性部位的氨基酸残基应具备的特征、反应条件的选择、反应的专一性五修饰程度和修饰部位的测定1分析方法：直接法、间接法2化学修饰数据的分析：化学修饰的时间进程分析、确定必需基团的性质和数目六酶蛋白侧链的修饰七酶的化学交联：交联剂、分类、应用八蛋白质化学修饰的局限性第四节蛋白质的稳定性与稳定化一蛋白质稳定性因素：金属离子、底物、辅因子和其它低分子质量配体的结合使蛋白质构象稳定；蛋白质与其它的生物大分子尤其是蛋白质与脂的作用；盐键：

①蛋白质分子表面、②蛋白质分子内部；氢键；二硫键；对氧化修饰敏感的氨基酸含量降低；氨基酸残基的坚实装配；疏水相互作用。二测定蛋白质稳定性的方法</SP（三）教学重点和难点重点：核酶、抗体酶的一般特点、酶的分子定向及蛋白酶抑制剂的设计；难点：化学修饰、修饰因素、方法及修饰酶的特点；教学进度安排表编号章节内容讲课1绪论细胞生物学概念、发展简史、与现代药学的关系42蛋白质的结构与功能细胞的化学与分子组成、真核细胞与原核细胞的区别、药物靶标的涵意43蛋白质的修饰和表达细胞生物学的研究方法与手段44蛋白质的分离纯化及酶的分离工程细胞膜的概念、结构、化学组成、功能；物质转运；细胞信号转导85酶与细胞固定化高尔基体、内质网、溶酶体的形态结构、类型与功能；微粒体与药物代谢关系46酶的分子工程线粒体的特征、功能、在医药领域中的应用8合计32三、教材和参考书目教材：《蛋白质工程》，王大成主编，化学工业出版社。《酶与酶工程》，袁勤生、赵健主编，华东理工大学出版社。参考书：《酶工程》罗贵民主编，化学工业出版社。《生物化学》，王镜岩等编著，高等教育出版社，2002年8月，第三版（小四号仿宋）四、