09135蛋白质工程

1《蛋白质工程》课程（09135）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：蛋白质工程课程代码：09135学分与学时：2学分38学时课程性质：专业选修授课对象：生物工程专业二、本课程教学目标与任务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。三、学时安排课程内容与学时分配表章节内容学时一绪论2二蛋白质结构基础2三蛋白质分子设计4四蛋白质的修饰和表达4五蛋白质的物理化学性质2六蛋白质结构解析4七生物信息学在蛋白质工程中的应用4八蛋白质的分离纯化与鉴定6九现代生物学技术在蛋白质工程中的应用42十蛋白质组学4十一蛋白质工程的应用2合计38四、课程教学内容与基本要求第一章绪论教学目的：使学生了解蛋白质工程的基本概况。基本要求：理解掌握蛋白质工程研究内容和蛋白质工程设计的原理。重点与难点：蛋白质工程的原理，蛋白质工程的程序和操作方法。教学方法：课堂讲授为主。主要内容：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二章蛋白质结构基础教学目的：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。基本要求：要求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。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。重点与难点：重点：蛋白质的结构与功能，蛋白质结构与功能的关系。难点：多肽链的折叠。教学方法：课堂讲授为主。主要内容：第一节蛋白质的功能及其应用一、蛋白质的生物学功能二、蛋白质类大分子的应用第二节蛋白质氨基酸与多肽链一、常见蛋白质氨基酸的结构特征二、蛋白质氨基酸的分类三、肽和多肽链3第三节蛋白质的空间结构一、一级结构二、二级结构三、超二级结构四、结构域五、三级结构六、四级结构七、维持蛋白质空间构象的作用力八、研究蛋白质空间构象的技术和方法第四节蛋白质结构与功能的关系一、氨基酸序列决定蛋白质的结构与功能二、蛋白质的空间结构与功能的关系三、蛋白质问的相互作用与特殊结构四、参与蛋白质与DNA分子间相互作用的结构域五、蛋白质的变性与复性第五节多肽链的折叠一、第二遗传密码二、帮助折叠的蛋白质和酶三、蛋白质的去折叠四、蛋白质的错误折叠第三章蛋白质分子设计教学目的：使学生理解蛋白质分子结构设计的原理及方法。基本要求：理解掌握蛋白质分子设计的原理、程序和种类以及遵循的原则；蛋白质结构和功能全新设计的方法和特点。重点与难点：蛋白质分子结构设计的原理及方法。教学方法：课堂讲授为主。主要内容：第一节蛋白质分子设计原理一、蛋白质分子设计的分类二、蛋白质分子设计的基础三、蛋白质分子设计的原则四、蛋白质分子设计的程序第二节基于天然蛋白质结构的分子设计4一、定位突变二、蛋白质分子拼接第三节全新蛋白质设计一、全新蛋白质设计方法二、蛋白质结构的从头设计三、蛋白质功能的从头设计四、全新蛋白质分子设计的展望第四章蛋白质的修饰和表达教学目的：使学生理解蛋白质的修饰类型及改造技术。基本要求：了解蛋白质化学修饰的反应类型及主要的修饰部位。掌握蛋白质分子生物学改造技术的特点。重组蛋白质的表达系统类型和各自的优缺点。重点与难点：重点：蛋白质化学修饰的反应类型。难点：蛋白质分子生物学改造技术的特点。教学方法：课堂讲授为主。主要内容：第一节蛋白质的化学修饰一、蛋白质侧链基团的化学修饰二、蛋白质的位点专一性修饰三、蛋白质的聚乙二醇修饰四、蛋白质的化学交联和化学偶联第二节蛋白质的分子生物学改造一、基因突变技术二、基因融合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二、目标蛋白质在酵母细胞中的表达三、昆虫杆状病毒表达系统四、哺乳动物细胞表达系统五、体外翻译系统第五章蛋白质的物理化学性质教学目的：使学生理解蛋白质折叠的原理、过程、意义。5基本要求：了解蛋白质折叠动力学的研究技术，掌握蛋白质折叠的基本过程、意义、机制和应用前景。重点与难点：重点：蛋白质折叠。难点：蛋白质折叠动力学。教学方法：课堂讲授为主。主要内容：第一节热力学函数与蛋白质构象一、热力学函数与热力学平衡二、热容量三、van’tHoff焓四、蛋白质构象与热运动五、热力学参数在分子水平上的解释六、折叠／退折叠转变第二节突变、稳定性和折叠一、体外突变技术二、突变与热稳定性三、蛋白质折叠第三节蛋白质折叠热力学与动理学一、蛋白质折叠的热力学研究二、蛋白质折叠的动理学研究第六章蛋白质结构解析教学目的：使学生理解蛋白质结构解析使用的各种方法的原理。基本要求：掌握用于蛋白质结构解析的各种方法的特点和各项参数反映的蛋白质的结构信息。蛋白质结晶的方法和技术。重点与难点：X射线晶体结构分析方法、核磁共振波谱的溶液结构解析方法。教学方法：课堂讲授为主。主要内容：第一节X射线晶体结构分析一、X射线晶体结构分析发展史二、X射线晶体结构分析基本原理三、蛋白质x射线晶体结构测定程序第二节核磁共振波谱的溶液结构解析6一、概述二、核磁共振方法测定蛋白质结构的实验技术三、核磁共振波谱综合解析四、核磁共振技术的发展和应用第三节蛋白质结构测定的其他方法一、现代光谱技术二、三维电镜重构法三、动力学全精研究技术第七章生物信息学在蛋白质工程中的应用教学目的：使学生理解生物信息学在蛋白质工程中的作用，理解蛋白质结构的预测方法。基本要求：了解掌握蛋白质结构数据库的主要种类和特点、核酸和蛋白质序列比对的意义和操作程序。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。重点与难点：重点：生物信息学与蛋白质工程的关系。难点：蛋白质结构预测方法。教学方法：课堂讲授为主。主要内容：第一节生物信息学与蛋白质工程一、生物信息学概述二、生物信息学与蛋白质工程三、生物信息学与蛋白质组学第二节蛋白质常用数据库一、核酸数据库二、蛋白质数据库第三节蛋白质结构预测一、蛋白质序列比对二、蛋白质基本性质分析三、蛋白质二级结构预测四、蛋白质结构预测实例第八章蛋白质的分离纯化与鉴定教学目的：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。7基本要求：掌握蛋白质分离纯化的总原则和一般步骤。了解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。重点与难点：重点：蛋白质分离、鉴定的原理和基本方法。难点：双向电泳技术、层析技术。教学方法：课堂讲授为主。主要内容：第一节蛋白质的分离纯化概述第二节蛋白质的提取第三节蛋白质粗分级一、硫酸铵分级沉淀二、有机溶剂分级沉淀三、超速离心法四、等电点沉淀法五、透析法六、超滤法七、结晶法八、其他方法九、蛋白质粗分级举例第四节蛋白质细分级一、分子筛层析二、离子交换层析三、吸附层析四、亲和层析五、电泳六、其他技术七、蛋白质细分级举例第五节蛋白质的鉴定一、蛋白质含量测定二、蛋白质鉴定第九章现代生物学技术在蛋白质工程中的应用教学目的：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。基本要求：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8重点与难点：蛋白质芯片技术、酵母双杂交技术等。教学方法：课堂讲授为主。主要内容：第一节蛋白质分析鉴定技术一、蛋白质芯片技术二、蛋白指纹图谱技术第二节研究蛋白相互作用技术一、表面等离子体共振技术二、酵母双杂交技术第三节表面展示技术一、噬菌体展示技术二、核糖体展示技术与mRNA展示技术三、细菌表面展示技术四、酵母表面展示技术第四节其他新蛋白质工程技术一、原子力显微镜技术二、蛋白质打靶技术三、蛋白质分子印迹技术四、蛋白质截短技术五、蛋白质错误折叠循环扩增技术第十章蛋白质组学教学目的：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。基本要求：了解蛋白组学的产生过程，掌握蛋白组学的研究技术、动态性和时空性。掌握目前蛋白质相互作用研究方法。了解蛋白组学研究中存在有哪些问题。重点与难点：重点：蛋白质组学产生的背景、基本概念和研究内容。难点：蛋白质组学研究的技术方法。教学方法：课堂讲授为主。主要内容：第一节概述一、蛋白质组的概念及发展简史二、蛋白质组学研究的思路与策略9第二节蛋白质组学的研究内容一、蛋白质组学的研究内容二、蛋白质组学的难点第三节蛋白质组学研究的技术方法一、蛋白质分离技术二、蛋白质分析和鉴定技术第四节蛋白质组学的应用与发展趋势一、蛋白质组学的应用二、蛋白质组学的研究现状及发展趋势第十一章蛋白质工程的应用教学目的：使学生了解蛋白质工程应用的领域。基本要求：了解蛋白质工程应用的领域，典型的范例有哪些。重点与难点：抗体工程、酶的蛋白质工程、抗体酶。教学方法：课堂讲授为主。主要内容：第一节抗体工程一、概述二、抗体的结构与分类三、抗体融合蛋白四、抗体的应用第二节酶的蛋白质工程一、枯草杆菌蛋白酶二、木糖异构酶三、植酸酶四、溶菌酶五、其他酶第三节抗体酶一、抗体酶的作用机理二、抗体酶的制备三、抗体酶的应用五、课程教学方式与考核方式1.教学方式：以课堂讲授为主，辅以课后作业、小论文等。①结合学术界的新进展介绍蛋白质组学的研究原理、策略和方法。10②以多媒体的手段等充分展示蛋白质组学研究相关的仪器设备，实验过程，数据分析等，加深学生的感性认识。③指导学生查阅蛋白质组学研究的相关文献，了解本蛋白质组学研究技术和相关应用的最新进展。2.考核方式期末采用开卷考试或课程论文方式。由平时成绩和期末考试成绩进行综合评定。平时成绩包括考勤、作业、课堂回答问题等，占30%。期末考试成绩占70%。六、参考教材及教学参考资料汪世华主编，蛋白质工程（第二版），科学出版社，2008。