第六章生物信息学在蛋白质工程中的应用-福建农林大学

教案2012~2013学年第一学期学院、系室　　　生命科学学院　生物技术系课程名称　　　蛋白质工程专业、年级、班级　2010级生工（1.2班）主讲教师　　　汪世华教授/袁军讲师42 福建农林大学教案编写说明教案又称课时授课计划,是任课教师的教学实施方案。任课教师应遵循专业教学计划制订的培养目标，以教学大纲为依据，在熟悉教材、了解学生的基础上，结合教学实践经验，提前编写设计好每门课程每个章、节或主题的全部教学活动。教案可以按每堂课（指同一主题连续1~4节课）设计编写。教案编写说明如下：1、编号：按施教的顺序标明序号。2、教学课型表示所授课程的类型，请在理论课、实验课、习题课、实践课及其它栏内选择打“√”。3、题目：标明章、节或主题。4、教学内容：是授课的核心。将授课的内容按逻辑层次，有序设计编排，必要时标以“*”、“#”“？”符号分别表示重点、难点或疑点。5、教学方式、手段既教学方法，如讲授、讨论、示教、指导等。教学媒介指教科书、板书、多媒体、模型、标本、挂图、音像等教学工具。6、讨论、思考题和作业：提出若干问题以供讨论，或作为课后复习时思考，亦可要求学生作为作业来完成，以供考核之用。7、参考书目：列出参考书籍、有关资料。8、日期的填写系指本堂课授课的时间。42 福建农林大学教案编号：1课时安排：2学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：绪论教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.掌握蛋白质工程研究的主要内容。2.了解蛋白质工程发展史。教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：一、蛋白质工程的物质基础（一）蛋白质的来源（二）蛋白质的结构（三）蛋白质的功能（四）蛋白质的结构与功能的关系二、蛋白质工程的原理（一）蛋白质工程的理论依据（二）蛋白质工程设计原理　三、蛋白质工程的程序和操作方法　（一）蛋白质工程的程序（二）蛋白质工程的操作方法四、蛋白质工程的产生与发展　（一）蛋白质工程与发酵工程（二）蛋白质工程与基因工程（三）蛋白质工程与细胞工程（四）蛋白质工程与酶工程42 （五）蛋白质工程与生物信息技术（六）蛋白质工程与其他相关技术五、蛋白质工程的应用领域（一）医药领域（二）生物材料设计领域（三）能源领域（四）农业领域（五）工业领域（六）其它领域重点：蛋白质工程研究的主要内容。难点：蛋白质工程发展简史。教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件讨论、思考题、作业：蛋白质工程对生物学科发展的重大意义在哪里？参考书目：汪世华主编，2008，《蛋白质工程》，高教出版社王大成．2002．蛋白质工程．北京：化学工业出版社焦炳华，孙树汉．2007．现代生物工程．北京：科学出版社廖湘萍．2004．生物工程概论．北京：科学出版社郑用琏．2007．基础分子生物学．北京：高等教育出版社陶慰孙，李惟，姜永明.1995.蛋白质分子基础.北京:高等教育出版社汪世华/袁军职称：教授/讲师年月日42 福建农林大学教案编号：2课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第一章蛋白质结构基础教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）1．掌握蛋白质工程的基本概念，蛋白质的结构层次等内容。2．了解蛋白质常见的高级结构3．掌握多肽的生物合成及折叠等内容。4．了解蛋白质折叠的基本原理及过程。教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：重点：蛋白质的结构层次。难点：超二级结构。第一节蛋白质的功能及其应用一、蛋白的生物学功能二、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42 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、蛋白质间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、蛋白质的错误折叠教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件讨论、思考题、作业：一、组成蛋白质的常见氨基酸有哪些？可以将它们分成几类？二、简述蛋白质各个结构层次的基本特点。三、维持蛋白质三级结构和四级结构的作用力有哪些？四、为什么说蛋白质的一级结构决定它的高级结构？二硫键、α-螺旋、β-转角等结构的形成与氨基酸序列有什么关系？五、举例说明蛋白质的结构与功能之间有怎样的关系？六、蛋白质的变性涉及哪些变化？哪些因素会导致蛋白质的变性？42 一、什么是蛋白质的折叠？折叠的一般过程是什么？有哪些因素会影响到蛋白质的正确折叠？二、试述分子伴侣在蛋白质折叠中的作用。三、折叠酶帮助蛋白质正确折叠的机制是什么？四、关于蛋白质折叠的理论模型，你更赞同哪一种，试说明理由？参考书目：1)王大成．2002．蛋白质工程．北京：化学工业出版社2)梁毅．2005．结构生物学．北京：科学出版社3)王镜岩，朱圣庚，徐长法．2002．生物化学．北京：高等教育出版社4)王希成编著．2005．生物化学（第2版）．北京：清华大学出版社，郭蔼光．2001．基础生物化学．北京：高等教育出版社5)ReginaldHG,CharlesMG.2005.Biochemistry.北京：高等教育出版社6)古练权，马林．2004．生物有机化学．北京：高等教育出版社、施普林格出版社7)郭子建，孙为银．2006．生物无机化学．北京：科学出版社8)耿信笃，白泉，王超展．2006．蛋白质折叠液相色谱法．北京：科学出版社，9)王廷华，邹晓莉．2005．蛋白质理论与技术．北京：科学出版社10)周海梦，王洪睿．1998．蛋白质化学修饰．北京：清华大学出版社11)杨铭主编．2003．结构生物学与药学研究．北京：科学出版社12)BergJM,JohnL,Tymoczko,LubertStryer.2002.Biochemistry(5thed).W.H.FreemanandCompany,NewYork.13)http://www.wikipedia.org维基百科全书网页14)http://pawsonlab.mshri.on.ca/index.php汪世华/袁军职称：教授/讲师年月日42 福建农林大学教案编号：3课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第二章蛋白质分子设计（1）教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.掌握基于天然蛋白质结构的分子设计等内容。2.了解蛋白质设计原理内容。教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：第一节蛋白质分子设计原理一、蛋白质分子设计的分类（一）蛋白质分子设计的层次（二）蛋白质分子设计的分类二、蛋白质分子设计的基础（一）蛋白质生物功能的多样性（二）蛋白质功能由其高级结构决定（三）蛋白质的一级结构与其构象及功能的关系（四）蛋白质空间构象与功能活性的关系（五）结构生物学与生物信息学促进蛋白质分子设计三、蛋白质分子设计的原则四、蛋白质分子设计的程序重点：基于天然蛋白质结构的分子设计。难点：天然蛋白质设计原理及过程。42 教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件讨论、思考题、作业：1、试述蛋白质分子设计的概念和它的基本内容？2、试述蛋白质分子设计与蛋白质工程的关系？3、蛋白质分子设计的种类有哪些？他们各自有哪些特点？4、试述蛋白质分子设计的原理？5、试述蛋白质分子设计的程序？参考书目：1.来鲁华，等．1993．蛋白质的结构预测与分子设计．北京：北京大学出版社2.陶慰孙，李惟，姜永明．1995．蛋白质分子基础．北京：高等教育出版社3.俞庆森，朱龙观．2000．分子设计导论．北京：高等教育出版社4.王大成．2002．蛋白质工程．北京：化学工业出版社5.[美]D.沃伊特，J.G.沃伊特，C.W.普拉特著；朱德煦，郑昌学主译．2003．基础生物化学（上、下册）．北京：科学出版社6.KuhlmanB,DantasG.2003.Designofanovelglobularproteinfoldwithatomic-levelaccuracy.Science,1302-13647.BetzSF,BrysonJW,DeGradoWF.1995.Native-likeandstructurallycharacterizeddesignedalpha-helicalbundles.CurrOpinStructBiol,5:457-4638.OffrediF,DubailP,KischelK,etal.2003.Denovobackboneandsequencedesignofanidealizedα/β-barrelprotein:EvidenceofStableTertiaryStructure.JMolBiol,325:163-1749.GlennL,Butterfoss,KuhlmanB.2006.Computer-baseddesignofnovelproteinstructures.AnnuRevBiophBiom,35:49-65汪世华/袁军职称：教授/讲师年月日42 福建农林大学教案编号：4课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第二章蛋白质分子设计（2）教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1．掌握全新蛋白质设计等内容。2．了解计算蛋白质设计等内容。教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：第二节基于天然蛋白质结构的分子设计一、定位突变（一）定位突变的设计目标及解决方法（二）定位突变的种类（三）定位突变的程序（四）定位突变残基的鉴定（五）定位突变的应用二、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（一）全新蛋白质设计程序（二）全新蛋白质设计目标的选择（三）设计方法二、蛋白质结构的从头设计（一）蛋白质结构的从头设计原则42 （二）蛋白质结构的从头设计实例三、蛋白质功能的从头设计四、全新蛋白质分子设计的展望重点：基于全新蛋白质结构的从头设计。难点：蛋白质功能设计。教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件讨论、思考题、作业：1.实施蛋白质设计需遵循的原则？2.定位突变的有哪些种类？试述其基本方法。3.试述蛋白质结构的全新设计方法与特点?4.试述蛋白质功能的全新设计方法与特点?5.如何促进蛋白质分子设计的发展与利用？参考书目：1.来鲁华，等．1993．蛋白质的结构预测与分子设计．北京：北京大学出版社2.陶慰孙，李惟，姜永明．1995．蛋白质分子基础．北京：高等教育出版社3.俞庆森，朱龙观．2000．分子设计导论．北京：高等教育出版社4.王大成．2002．蛋白质工程．北京：化学工业出版社5.[美]D.沃伊特，J.G.沃伊特，C.W.普拉特著；朱德煦，郑昌学主译．2003．基础生物化学（上、下册）．北京：科学出版社6.KuhlmanB,DantasG.2003.Designofanovelglobularproteinfoldwithatomic-levelaccuracy.Science,1302-136442 1.BetzSF,BrysonJW,DeGradoWF.1995.Native-likeandstructurallycharacterizeddesignedalpha-helicalbundles.CurrOpinStructBiol,5:457-4632.OffrediF,DubailP,KischelK,etal.2003.Denovobackboneandsequencedesignofanidealizedα/β-barrelprotein:EvidenceofStableTertiaryStructure.JMolBiol,325:163-1743.GlennL,Butterfoss,KuhlmanB.2006.Computer-baseddesignofnovelproteinstructures.AnnuRevBiophBiom,35:49-65汪世华/袁军职称：教授/讲师年月日42 福建农林大学教案编号：5课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第三章蛋白质的修饰和表达（1）教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.掌握蛋白质修饰的化学基础及蛋白质改造的分子生物学途径等内容。2.了解蛋白质修饰的化学途径等内容。教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：第一节蛋白质的化学修饰一、蛋白质侧链基团的化学修饰（一）巯基的化学修饰（二）氨基的化学修饰（三）羧基的化学修饰（四）二硫键的化学修饰（五）其它侧链基团的修饰二、蛋白质的位点专一性修饰（一）亲和标记（二）光亲和标记三、蛋白质的聚乙二醇修饰42 四、蛋白质的化学交联和化学偶联（一）蛋白质修饰的交联方法和试剂（二）蛋白质分子的固定化第一节蛋白质的分子生物学改造一、基因突变技术（一）定点突变1．重叠延伸PCR技术（over-lapextensionPCR）2．快速定点突变（二）定向进化1．制造突变体2．筛选（1）表型观察选择和筛选。（2）高通量筛选方法。二、基因融合（一）基因融合的策略1．基因融合的方式2．融合蛋白接头（linker）的设计和选择（二）融合蛋白标签（三）融合蛋白报告分子（四）蛋白质剪接-内含肽（intein）（五）tRNA介导的蛋白质工程重点：蛋白质修饰的化学基础。难点：蛋白质改造的分子生物学途径。42 教学方式、手段、媒介：讲授加提问、参照教科书进行多媒体PPT教学板书设计：在图示不清晰及重点难点详解时适时的进行板书其他内容参见课件讨论、思考题、作业：1.我们为什么要进行蛋白的修饰？2.蛋白质化学修饰的反应类型有哪些？3.基因突变的种类有几种？各自特点是什么？4.常见的融合标签机报告分子是什么？参考书目：《蛋白质工程》，汪世华主编，高教出版社，2008年。《蛋白质工程》，王大成主编。化学工业出版社，2000年版。汪世华/袁军职称：教授/讲师年月日42 福建农林大学教案编号：6课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第三章蛋白质的修饰和表达（2）教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.掌握重组蛋白质的表达等内容。2.了解蛋白的原核和真核表达等内容。教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：第一节重组蛋白的表达一、目标蛋白质在大肠杆菌中的表达（一）表达栽体的构建1.复制起始点2.选择性基因3.启动子4.核糖体结合位点5.多克隆位点6.转录终止序列（二）在大肠杆菌中影响外源基因表达的因素1．启动子结构对表达效率的影响2．转录终止区对外源基因表达效率的影响3．mRNA稳定性的影响4．密码子偏好性5．表达定位（三）真核基因在原核细胞中表达及调控42 二、目标蛋白质在酵母细胞中的表达（一）表达菌株（二）表达载体1．启动子2．选择标记3．信号肽序列4．表达载体的转化及与毕赤酵母的整合（三）外源基因在毕赤酵母中的表达1．异源蛋白在酵母中表达的一般步骤2．外源蛋白的表达方式3．表达产物的翻译后加工、修饰4．影响外源蛋白在毕赤酵母中高效表达的因素三、昆虫杆状病毒表达系统（一）杆状病毒表达系统的原理（二）杆状病毒表达系统的特点（三）杆状病毒载体表达系统的改进四、哺乳动物细胞表达系统（一）表达载体的类型（二）表达载体的结构元件（三）宿主细胞（四）表达系统五、体外翻译系统（一）兔网织红细胞系统（二）麦胚提取物系统（三）原核体外翻译系统重点：蛋白质的原核表达。难点：蛋白质的真核表达。教学方式、手段、媒介：42 讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件讨论、思考题、作业：1.重组蛋白的表达系统有哪些，各自有什么样的优缺点？2.如何在大肠杆菌中实现外源蛋白的高效表达？3.酵母表达载体有哪些类型？影响外源蛋白在毕赤酵母中高效表达的因素是什么？参考书目：1.汪世华主编.2008.蛋白质工程.高教出版社2.王大成主编.2000.蛋白质工程.化学工业出版社3.洪孝庄，孙曼霁．1993．蛋白质连接技术．北京：中国医药科技出版社4.徐卉芳，张先恩，张用梅．2002．体外分子定向进化研究进展．生物化学与生物物理进展，29：518-5225.徐卉芳，张先恩，张治平，等．2003．大肠杆菌碱性磷酸酶的体外定向进化研究．生物化学与生物物理进展，30：89-946.周海梦，王洪睿．1998．蛋白质化学修饰．北京：清华大学出版社7.周亚凤，张先恩，AnthonyEG．2002．分子酶工程学研究进展．生物工程学报，18：401-4068.BachmairA,VarshavskyA.1989.Thedegradationsignalinashort-livedprotein.Cell,56:1019-1032袁军职称：讲师年月日42 福建农林大学教案编号：7课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第四章蛋白质的物理化学性质教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握热力学函数与蛋白质构象之间的关系。了解与蛋白质折叠相关的热力学与动理学概念及蛋白质折叠的大致过程。教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：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1.静电相互作用2.范德华相互作用3.氢键（HydrogenBonding）4.疏水效应5.二硫键6.盐桥或离子键六、折叠／退折叠转变突变、稳定性和折叠一、体外突变技术1.改进α-抗胰蛋白酶42 1.提高重组干扰素的专一活性2.提高T4溶菌酶的热稳定性3.磷酸丙糖异构酶的结构改造提高其稳定性二、突变与热稳定性三、蛋白质折叠1.蛋白质折叠研究的概况2.蛋白质折叠机制3.蛋白质折叠研究的最新进展4.蛋白质折叠研究意义及应用前景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1.熵效应2.吉布斯自由能变化3．折叠/退折叠转变4.量热法与折叠过程热力学二、蛋白质折叠的动理学研究1．折叠动理研究技术与方法2.过渡态3．折叠中间态（1）熔球态（2）快态与慢态（3）二硫键引起的中间态（4）多结构域蛋白的折叠4．折叠的基本过程重点：蛋白质折叠的热力学、动力学研究方法及折叠过程难点：热力学、动力学相关物理概念的理解教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体42 板书设计：见课件讨论、思考题、作业：1．何谓焓、熵？它们分别有何意义？2．如何测量蛋白质溶液的热容量？3．蛋白质折叠动力学的研究技术有哪些？4．蛋白质折叠反应需满足的实验标准是什么？5．何谓熔球态？有何生物学意义？6．简述蛋白质折叠的基本过程。7．简述第二遗传密码的含义及意义。8．简述蛋白质折叠的意义及应用前景。9．简述蛋白质折叠的机制。10．试述蛋白质折叠的最新研究进展。参考书目：1.丘冠英，彭银祥．2000．生物物理．武汉：武汉大学出版社2.王大成．2002．蛋白质工程．北京：化学工业出版社3.耿信笃，白泉，王超展．2006．蛋白折叠液相色谱法．北京：科学出版社4.马林，古练权．2005．化学生物学导论．北京：化学工业出版社5.汪玉松，邹思湘，张玉静．2005．现代动物生物化学．北京：高等教育出版社6.[爱尔兰]沃而什(WalshG.)著；王恒樑等译．2005．蛋白质生物化学与生物技术．北京：化学工业出版社7.王镜岩，朱圣庚，徐长法．2002．生物化学．北京：高等教育出版社8.邹邦银编著，2004．热力学与分子物理学．武汉：华中师范大学出版社9.申泮文．2005．化学生物学与生物技术．北京：科学出版社10.傅献彩，沈文霞，姚天扬．1996．物理化学(上册)(第四版)．北京：高等教育出版社11.印永嘉，奚正楷，李大珍．1994．物理化学简明教程(第三版)．北京：高等教育出版社袁军职称：讲师年月日42 福建农林大学教案编号：8课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第五章蛋白质的结构测定教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：第一节掌握X射线晶体结构分析等内容。第二节了解蛋白质结晶、衍射数据收集等内容。教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：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（一）X射线在晶体中的衍射（二）晶体的结构特征三、蛋白质X射线晶体结构测定程序（一）样品制备（二）蛋白质结晶和晶体生长（三）晶体衍射数据收集和处理(四)位相确定（五）模型建立和修正第二节核磁共振波谱的溶液结构解析一、概述（一）核磁共振法的基本理论和概念（二）核磁共振法中几个常用的参数1.化学位移42 2.耦合常数3.NOE（核欧沃豪斯效应）信号强度4.谱峰面积5.弛豫时间（四）各波谱参数反映的蛋白质结构信息（五）多维核磁共振实验简介二、核磁共振方法测定蛋白质结构的实验技术（一）样品的制备（二）标准参考样品（三）记录常规氢谱的操作（四）二维核磁共振实验（五）NMR法测定蛋白质结构的基本实验步骤（六）NMR测定蛋白质溶液结构的计算方法三、核磁共振波谱综合解析（一）核磁共振谱峰的序列识别（二）立体定向指认四、核磁共振技术的发展和应用重点：X射线晶体衍射、核磁共振技术用于蛋白质结构分析的原理。难点：位相确定及电子密度图诠释。教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件讨论、思考题、作业：1.简述X射线衍射现象的产生机理？2.常用的蛋白质结晶的方法有哪些？3.简述解决位相问题的几种主要方法？42 1.核磁共振波谱的各项参数各反映了蛋白质的哪些结构信息？2.简述多维核磁共振实验脉冲程序的序列设计原理。3.二维核磁共振谱的表现形式主要有哪些并说出它们的优缺点。参考书目：1.杨铭．2003．结构生物学与药学研究．北京：科学出版社2.王大成．2002．蛋白质工程．北京：化学工业出版社3.梁毅．2005．结构生物学．北京：科学出版社4.程极济，林克椿．1981．生物物理学．北京：人民教育出版社5.丘冠英，彭银祥．2000．生物物理学．武汉：武汉大学出版社6.董文宾．2006．生物工程分析．北京：化学工业出版社7.苏克曼，潘铁英，张玉兰．2002．波谱解析法．上海：华东理工大学出版社8.阎隆飞，孙之荣．1999．蛋白质分子结构．北京：清华大学出版社袁军职称：讲师年月日42 福建农林大学教案编号：9课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第五章蛋白质的结构测定教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：熟悉蛋白质结构分析的圆二色谱、质谱等现代技术。了解蛋白质结构测定的激光拉曼光谱、三维电镜重构法、动力学全精研究技术教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：第三节蛋白质结构测定的其他方法一、现代光谱技术（一）圆二色谱1．平面偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光2．圆二色性和圆二色谱3．圆二色谱的应用（二）激光拉曼光谱1．瑞利散射和拉曼散射2．特征拉曼频率3．退偏比4．共振拉曼散射5．激光拉曼光谱在蛋白质等大分子结构的研究中的应用（三）质谱(MS)1．基本原理2．质谱分析的特点42 3．质谱分析的方法4．蛋白质的质谱分析5．蛋白质质谱分析原理6．蛋白质的质谱分析方法二、三维电镜重构法三、动力学全精研究技术重点：X射线晶体结构分析。难点：位相确定及电子密度图诠释。教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件讨论、思考题、作业：1.简述圆二色谱技术的三种偏振光。2.什么是共振拉曼散射？试述它的基本原理。3.简述蛋白质的质谱分析方法。4.简述冷冻电镜三维重构的基本技术路线。参考书目：1.杨铭．2003．结构生物学与药学研究．北京：科学出版社2.王大成．2002．蛋白质工程．北京：化学工业出版社3.梁毅．2005．结构生物学．北京：科学出版社4.程极济，林克椿．1981．生物物理学．北京：人民教育出版社5.丘冠英，彭银祥．2000．生物物理学．武汉：武汉大学出版社6.董文宾．2006．生物工程分析．北京：化学工业出版社7.苏克曼，潘铁英，张玉兰．2002．波谱解析法．上海：华东理工大学出版社8.阎隆飞，孙之荣．1999．蛋白质分子结构．北京：清华大学出版社袁军职称：讲师年月日42 福建农林大学教案编号：9课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第六章生物信息学在蛋白质工程中的应用教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：熟悉蛋白质工程中常用的核酸序列数据库、蛋白质序列数据库、蛋白质结构数据库、蛋白质结构分类数据库等掌握生物信息学最基本的数据库以及序列比对、蛋白质结构预测等生物信息学基本内容。教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：第一节生物信息学与蛋白质工程一、生物信息学概述（一）生物信息学发展简史（二）生物信息学的主要研究内容1．生物信息的收集、存储、管理与提供2．基因组序列信息的提取和分析3．功能基因组相关信息分析4．生物大分子结构模拟和药物设计5．生物信息分析的技术与方法研究（三）生物信息学研究现状与展望1．国外生物信息学研究现状2．我国生物信息学研究现状3．我国生物信息学研究目标二、生物信息学与蛋白质工程（一）蛋白质序列分析（二）蛋白质结构预测42 （三）蛋白质功能预测（四）蛋白质分子设计三、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（一）核酸序列数据库（二）基因组数据库GDB二、蛋白质数据库（一）蛋白质序列数据库（二）蛋白质序列二次数据库（三）蛋白结构数据库（四）蛋白质结构二次数据库（五）蛋白质结构分类数据库（六）蛋白质分类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（一）二级结构预测（二）特殊局部结构预测（三）三维结构预测（四）蛋白质结构预测方法准确性评估四、蛋白质结构预测实例重点：蛋白质工程中常用的核酸序列数据库、蛋白质序列数据库、蛋白质结构数据库、蛋白质结构分类数据库难点：序列比对、蛋白质结构预测等生物信息学分析方法42 教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件讨论、思考题、作业：1．简述EMBL和GenBank核酸数据库数据格式的主要内容。2．简述蛋白质结构数据库的主要种类和特点。3．简述SWISS-PORT数据库的主要特点。4．简述进行相似序列的数据库搜索的意义。5．从核酸序列数据库获取几条核酸序列，再从蛋白质序列数据库获取几条蛋白质序列，分别利用BLAST软件或ClustalW进行双重和多重比对，分析比对结果。6.从核酸序列数据库获取一条核酸序列，预测其翻译蛋白质的结构。7．比较常见的蛋白质二级结构预测的方法。8、简述二级结构预测在蛋白质局部结构预测和三维结构预测中的作用。参考书目：《蛋白质工程》，汪世华主编，高教出版社，2008年。《蛋白质工程》，王大成主编。化学工业出版社，2000年版。袁军职称：讲师年月日42 福建农林大学教案编号：10课时安排：4学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第七章蛋白质的分离纯化与鉴定教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.熟悉常用蛋白质分离纯化与鉴定技术的相关原理2.掌握各种蛋白质分离纯化与鉴定技术42 教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：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（一）原理（二）凝胶介质1．葡聚糖凝胶2．琼脂糖凝胶3．聚丙烯酰胺凝胶4．Sephacryl凝胶5．Superdex凝胶6．Superose凝胶7．其他凝胶（三）实验方法1．凝胶预处理2．装层析柱3．平衡、上样、洗脱、检测与收集4．层析柱再生42 5．层析柱拆卸6．凝胶的保存二、离子交换层析（一）原理（二）凝胶介质（三）实验方法三、吸附层析（一）羟基磷灰石吸附层析（二）疏水作用层析四、亲和层析（一）原理（二）实验方法五、电泳（一）聚丙烯酰胺凝胶电泳1．基本原理2．实验方法（二）等电聚焦电泳（三）双向电泳六、其他技术重点：蛋白质的粗分级方法的原理。难点：蛋白质细分级方法的原理。教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件讨论、思考题、作业：1.蛋白质分离纯化的总原则是什么？2.蛋白质分离纯化的一般步骤如何？3.分子筛层析分离纯化蛋白质以及测定蛋白质分子量的原理如何？42 4.离子交换层析分离纯化蛋白质的主要原理、实验步骤如何？5.亲和层析分离纯化蛋白质的主要原理、实验步骤如何？6.何谓电泳？有哪些主要的电泳方法用于蛋白质分离纯化和鉴定？7.SDS-PAGE测定蛋白质分子量的主要原理如何？8.Western-blotting的主要实验原理、操作步骤如何？9.举例说明硫酸铵分级沉淀的原理与操作。10.何谓超速离心？它在蛋白质分离纯化中有何应用？参考书目：1.徐小静，张少斌，王俊丽．2006．生物技术原理与实验．北京：中央民族大学出版社2.王镜岩，朱圣庚，徐长法．2002．生物化学（第三版）．北京．高等教育出版社3.郭勇．1996．现代生化技术．广州：华南理工大学出版社4.刘国诠．2002．生物工程下游技术（第二版）．北京：化学工业出版社5.卢光莹，华子千．1995．生物大分子晶体学基础．北京：北京大学出版社6.周先碗，胡晓倩．2003．生物化学仪器分析与实验技术．北京：化学工业出版社7.叶勤．2003．现代生物技术原理及其应用．北京：中国轻工业出版社8.刘仲敏，林兴兵，杨生玉．2004．现代应用生物技术．北京：化学工业出版社9.陈毓荃．2002．生物化学实验方法和技术．北京：科学出版社袁军职称：讲师年月日福建农林大学教案编号：11课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第八章现代生物学技术在蛋白质工程中的应用教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.熟悉蛋白质分析鉴定技术、蛋白相互作用研究技术2.了解蛋白质研究的其他现代技术42 教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：第一节蛋白质分析鉴定技术一、蛋白质芯片技术（一）蛋白质芯片的概念（二）蛋白质芯片的分类（三）蛋白质芯片的制备（四）蛋白质芯片中探针的标记（五）蛋白质芯片信号的检测及数据处理（六）蛋白质芯片的特点（七）蛋白质芯片的应用1．基础研究方面的应用2．临床方面的应用3．新药研制方面的应用4．环境监测及食品工业中的应用二、蛋白指纹图谱技术（一）原理（二）组成（三）应用第二节研究蛋白相互作用技术一、表面等离子体共振技术（一）原理（二）SPR仪结构（三）SPR仪的应用二、酵母双杂交技术（一）原理（二）酵母双杂交的组成（三）应用第三节表面展示技术一、噬菌体展示技术42 （一）原理（二）应用（三）噬菌体展示技术的局限性二、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(一)原理(二)应用二、蛋白质打靶技术三、蛋白质分子印迹技术(一)蛋白质印迹聚合物的聚合方法(二)应用前景四、蛋白质截短技术五、蛋白质错误折叠循环扩增技术教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件讨论、思考题、作业：1.和其他蛋白质分析技术相比，蛋白质芯片技术有什么特点，有哪些具体应用？2.如何利用表面等离子体共振（SPR）仪研究蛋白质相互作用？3.如何理解酵母双杂交系统的原理？举例说明其在蛋白质相互作用研究中的应用。4.比较几种表面展示技术的特点，举例说明其在蛋白质工程中的应用。5.原子力显微镜（AFM）构造是怎样的？举例说明其在蛋白质结构研究中的应用。6.如何理解蛋白质分子印迹技术的原理，它在哪些领域有应用潜力？42 1.如何理解蛋白质截短技术的原理？2.如何利用蛋白质错误折叠循环扩增技术设计一个灵敏的朊病毒检测方法?参考书目：1.程华，闫静辉．2006．蛋白质芯片技术研究进展．生物技术通报，5：54-572.存刚，徐慧，陈玉成．2005．酵母双杂交系统研究及其应用进展．微生物学杂志，25（6）：85-893.高宁，胡宝成．200．酵母双杂交系统的发展及其衍生物系统的比较．生物技术通讯，17（3）：421-4244.吕湘，刘德培，梁植权．2001．染色质重塑复合物.生命的化学．21（1）：96-995.李宁，许洋．2006．蛋白指纹图谱技术在临床的应用与国内外研究进展．检验医学教育，13（2）：32-376.刘向昕等．2005．细菌表面展示技术的应用研究进展．微生物学免疫学进展，33（2）：70-747.孙润广，张静．2006．甘草多糖螺旋结构的原子力显微镜研究．化学学报，24（64）：2467-24728.王建龙．2005．微生物表面展示技术及其在环境污染治理中的应用．中国生物工程杂志，25（4）：112-1179.王镜岩．2003．生物化学（第3版），北京：高等教育出版社10.王廷华，邹晓莉．2005．蛋白质理论与技术，北京：科学出版社11.王希成．2005．生物化学（第2版），北京：清华大学出版社袁军职称：讲师年月日福建农林大学教案编号：12课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第九章蛋白质组学教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1．了解蛋白质组学的概念及发展史2．熟悉蛋白质组学研究的相关技术42 教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：第一节概述一、蛋白质组的概念及发展简史（一）蛋白质组学概念的提出（二）蛋白质组学的产生背景（三）蛋白质组学的发展简史二、蛋白质组学研究的思路与策略第二节蛋白质组学的研究内容一、蛋白质组学的研究内容（一）蛋白质结构（二）蛋白质功能（三）蛋白质与疾病的关联性（四）蛋白质与蛋白质的相互作用（五）蛋白质的丰度变化（六）蛋白质修饰（七）蛋白质分布二、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（一）样品制备方法（二）二维凝胶电泳技术二、蛋白质分析和鉴定技术（一）图谱分析技术（二）生物质谱技术（三）同位素亲和标签（四）表面增强激光解吸电离飞行时间质谱（五）荧光差异凝胶电泳（六）多维液相层析-质谱技术第四节蛋白质组学的应用与发展趋势42 一、蛋白质组学的应用（一）在原核及简单真核生物的蛋白质组研究方面（二）在多细胞真核生物的蛋白质组研究方面二、蛋白质组学的研究现状及发展趋势（一）蛋白质组研究的现状（二）存在问题和发展趋势重点：难点：教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件讨论、思考题、作业：1、蛋白质组学的产生？2、蛋白质组及蛋白质组学的概念？3、蛋白质组学的研究技术主要有哪些?4、人类基因组计划的提出及其意义？5、蛋白质丰度的定义？6、什么是蛋白质组的动态性与时空性？7、蛋白质组学研究的技术方法主要有哪些？8、常用的质谱分析技术有哪几种？9、列举并详细说明三种研究蛋白质相互作用的方法？10、简述目前蛋白质组研究中存在的问题，并思考如何解决？参考书目：1.利布莱尔DC．2005．蛋白质组学导论——生物学的新工具．北京：科学出版社2.钱小红，等．2003．蛋白质组学：理论与方法．北京：科学出版社42 1.夏其昌，等．2004．蛋白质化学与蛋白质组学．北京：科学出版社2.AndersenJS,WilkinsonCJ,MayorT.2003.Proteomiccharacterizationofthehumancentrosomebyproteincorrelationprofiling.Nature,426(6966):570-5743.FieldsS.2001.Proteomicsingenomeland.Science,291(5507):1221-12244.HuhWK,FalvoJV,GerkeLC.2003.Globalanalysisofproteinlocalizationinbuddingyeast.Nature,425(6959):686-6915.KahnP.1995.Fromgenometoproteome:lookingatacell’sproteins.Science,270:369-3706.KislingerT,CoxB,KannanA,etal.2006.Globalsurveyoforganandorganelleproteinexpressioninmouse:combinedproteomicandtranscriptomicprofiling.Cell,125:173-1867.RifaiN,GilletteMA,CarrSA.2006.Proteinbiomarkerdiscoveryandvalidation:thelonganduncertainpathtoclinicalutility.NatBiotechnol,24(8):971-9838.RualJF,VenkatesanK,HaoT,etal.2005.Towardsaproteomescalemapofthehumanprotein-proteininteractionnetwork.Nature,437(7062):1173-1178袁军职称：讲师年月日福建农林大学教案编号：13课时安排：3学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第十章蛋白质工程的应用42 教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握免疫球蛋白、抗体酶等内容。了解酶分子的进化、微生物酶工程等内容。教学内容（注明：*重点#难点？疑点）：第一节抗体工程一、概述二、抗体的结构与分类（一）抗体的结构（二）抗体的分类三、抗体融合蛋白（一）免疫毒素（二）基因工程抗体-酶融合蛋白（三）基因工程抗体-细胞因子融合蛋白四、抗体的应用（一）疾病的诊断（二）疾病的治疗（三）抗体在其他方面的应用第二节酶的蛋白质工程一、枯草杆菌蛋白酶（一）结构及生物学特性（二）蛋白质工程改造二、木糖异构酶（一）结构及特性（二）蛋白质工程改造三、植酸酶（一）特性（二）蛋白质工程改造四、溶菌酶（一）结构及特性42 （二）蛋白质工程改造五、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（一）诱导法（二）拷贝法（三）引入法（四）化学修饰法（五）抗体库法（六）抗独特型抗体酶三、抗体酶的应用（一）理论研究中的应用（二）有机合成中关键反应的催化（三）手性药物合成及拆分（四）在前药设计中的应用（五）临床治疗中的应用重点：抗体酶的应用、免疫球蛋白工程。难点：免疫球蛋白的结构、抗体酶的制备等。教学方式、手段、媒介：讲授、教科书、多媒体板书设计：见课件42 讨论、思考题、作业：1.抗体工程与基因工程抗体的含义是什么？2.举例说明基因工程抗体的应用。3.举例说明抗体融合蛋白的构建及应用。4.酶的蛋白质工程的含义是什么？5.为什么要进行酶的蛋白质工程？6.举例说明酶的蛋白质工程的方法和意义。7.什么叫抗体酶？抗体酶的理论基础是什么？8.为什么要进行抗体酶研究？其制备方法有哪些？9.你认为目前抗体酶所面临的挑战是什么？其发展前景如何？10.蛋白质工程的应用领域还有哪些？举例说明。参考书目：1.李元，陈松森，王渭池．2002.基因工程药物．北京：化学工业出版社2.刘贤锡．2002．蛋白质工程原理与技术.．山东：山东大学出版社3.罗贵民，曹淑桂，张今．2002．酶工程．北京：化学工业出版社4.罗贵民．2003．酶工程．北京：化学工业出版社5.沈倍奋，陈志南．2005．重组抗体．北京：科学出版社6.施巧琴．2005．酶工程．北京：科学出版社7.王大成．2002．蛋白质工程．北京：化学工业出版社8.王廷华．2005．抗体理论与技术．北京：科学出版社9.许慧.2005．SARS冠状病毒抗体工程的研究、应用及进展．国外医学病毒学分册，12（4）：100-10410.袁勤生，赵健．2005．酶与酶工程．上海：华东理工大学出版社11.甄永苏，邵荣光．2002．抗体工程药物．北京：化学工业出版社袁军职称：讲师年月日42