蛋白质与酶工程教学大纲
2019-2020学年生物技术专业《蛋白质与酶工程》第1章 绪论
高级结构的物理测定
（X射线衍射、核磁共振、冷冻电子显微学）
3.蛋白质结构和功能的设计和预测
预测方法：比较建模法、折叠识别法、二级 结构预测法、从头预测法等
4.通过基因重组改造或创造蛋白质
从预期的蛋白质功能出发→推测应有的氨基 酸序列→找到相对应的RNA序列→找到相对应的 DNA序列，进行基因工程学研究与改进。
紫膜
每个细菌视紫红质分子由248个氨基酸残基组成， 其分子量为26KD。每个细菌视紫红质结合一个生色 团视黄醛，位于216位的赖氨酸上，处于靠近肽链 C 端细胞膜内侧。
这种晶格结构排列在生物膜中很独特，增加了 膜结构的稳定性，也有利于进行结构分析，使其成为 目前生物膜结构研究中最为清楚的膜蛋白之一。
（2）DNA改组技术
是体外同源重组的一种再组装PCR技术。是将 一群密切相关的序列通过酶随机切成许多片段，通 过自身引导PCR，将改组的模板，多次筛选直到获得性状较为 满意的突变体。
（3）体外定向进化技术
又称分子进化，是在实验室模拟自然进化机 制，通过易错PCR等方法，对编码酶的基因进行随 机诱变，再通过高通量筛选或选择方法定向选择出 性能更加优良的酶或创造出自然界所没有的且就有 优良性质的酶。
应用前景：纳米生物材料、生物芯片、光信息存储等。
第二节 蛋白质与酶工程的 研究内容
一、蛋白质工程的研究内容 1. 蛋白质的分离纯化研究 2. 蛋白质改性研究 3. 蛋白质多肽应用研究 4. 蛋白质固定化研究（固定化酶、生物传感器、组织工程） 5. 蛋白质结构分析、功能设计和预测 6. 蛋白质的光电化学研究
血红蛋白-亚基第6位与HbA的区别
一、 蛋白质工程的内涵 1.蛋白质的分离纯化技术 2.蛋白质结构和功能的分析 3.蛋白质结构和功能的设计和预测 4.通过基因重组改造或创造蛋白质 5.蛋白质分子识别 6.蛋白质光电特性利用工程
第三章 蛋白质及酶工程
蛋白质三级结构推测及保守结构域分析
N端 β桶结构域
ATPaseα、β亚基 间C末端作用区域
ATPaseα亚基核心 结构域
3D structure prediction of ATPaseαsubunit in Elymus sibiricus
蛋白质三级结构推测及保守结构域分析
由5个 β 折 叠组成的 N 端区域
图5.13 Elymus sibiricus ATPase α亚基 天冬氨酸位点
图5.14 Elymus sibiricus ATPaseα亚 基与β亚基结合位点
E.sibiricus gi 114521 gi 3023328 gi 231592 gi 34501429 gi 114513 gi 5915723 E.sibiricus gi 114521 gi 3023328 gi 231592 gi 34501429 gi 114513 gi 5915723 E.sibiricus gi 114521 gi 3023328 gi 231592 gi 34501429 gi 114513 gi 5915723 E.sibiricus gi 114521 gi 3023328 gi 231592 gi 34501429 gi 114513 gi 5915723 E.sibiricus gi 114521 gi 3023328 gi 231592 gi 34501429 gi 114513 gi 5915723 E.sibiricus gi 114521 gi 3023328 gi 231592 gi 34501429 gi 114513 gi 5915723
蛋白质的分子量及等电点
用DNA Tool 5.1软件分析了Elymus sibiricus ATPase α亚基的分子量和等电点，推测蛋白质的分
酶工程教学大纲
《酶工程》课程教学大纲总学时数：30一、课程的地位、性质和任务酶工程（enzyme engneering）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、发酵工程、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，能够掌握酶的生产与分离纯化的基本理论、基本技术以及自然酶、化学修饰酶、固定化酶的研究和应用，了解酶在各行各业中的最新发展及研究趋势。
二、课程教学的基本要求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。
本课程理论课30学时，于本科三年级第二学期开设。
讲授方式：1．讲授2．利用CAI课件三、各章主要内容、学时分配及教学要求第一章绪论 2学时【单元目标】1．了解酶工程的研究意义；2．掌握酶工程的概念及研究内容。
【授课内容】一．酶与酶工程发展简史（一）酶学研究简史（二）酶工程研究简史二. 酶工程简介1.酶工程2.组成3.分类第二章微生物发酵产酶 4学时【单元目标】1.掌握酶生物合成的调节类型及调节机制2.了解产酶微生物的分离和选育方法3.了解动植物细胞与微生物细胞发酵产酶的异同【授课内容】第一节酶生物合成及调节一、酶的生物合成（一）RNA的生物合成--转录(transcription) （二）蛋白质的生物合成--翻译(translation) 1．翻译2．翻译过程即蛋白质的合成过程二、酶生物合成的调节（一）基因调控理论（二）酶合成调节的类型1.诱导 (induction)2.阻遏 (repression)（三）酶合成的调节机制三、提高酶产量的策略（一）菌种选育1.诱变育种2.基因工程育种（二）条件控制第二节酶发酵动力学一、细胞生长动力学（Monod方程）二、产酶动力学(一) 酶生物合成的模式1.生长偶联型2.部分生长偶联型3.非生长偶联型(二) 产酶动力学第三节微生物发酵产酶一、产酶微生物的分离和选育二、微生物发酵产酶方法1.固体培养2.液体培养3.固定化细胞三、微生物酶的类型1.胞外酶2.胞内酶第三章动、植物细胞培养产酶2学时一、动植物细胞与微生物细胞主要特性差异二、植物细胞培养产酶1.植物细胞培养的特点、提取法缺点2.培养基特点3.培养方法4.培养条件的影响与控制5.植物细胞培养产酶实例三、动物细胞培养产酶1.动物细胞培养的特点2.培养基3.培养方法4.培养条件的影响与控制第四章酶的提取与分离纯化 12学时【单元目标】1．掌握酶分离纯化的常用方法及其原理2．掌握几种常用的电泳方法及操作步骤2．了解酶的纯化方案的设计【授课内容】第一节酶的分离4学时一、发酵液预处理(一)发酵液的相对纯化(二)发酵液的固液分离二、细胞破碎（一）细胞壁组成（二）细胞破碎的方法（三）细胞破碎确认三、酶的提取(extraction)（一）理想提取液具备的条件、目标原则（二）提取方法四、离心分离（一）基本原理（二）离心机的种类（三）常用离心方法1．差速离心2．密度梯度离心3. 等密度梯度离心又称沉降平衡离心（四）应用五、沉淀分离（根据溶解度的不同）（一）盐析沉淀法（改变离子强度）（二）有机溶剂沉淀（降低介电常数）（三）等电点沉淀(isoelectric precipitation) （四）有机聚合物沉淀法（五）选择性变性沉淀法六、萃取（extraction）分离（一）溶剂萃取法（二）双水相萃取技术（三）超临界流体萃取（四）反胶团萃取第二节酶的精制5学时一、膜分离技术（一）扩散膜分离（二）加压膜分离（三）电场膜分离二、层析法（一）吸附层析（adsorption chromatography）1.原理2.吸附剂3.洗脱剂4.应用（二）凝胶过滤层析)(gel filtration chromatography)1.基本原理2.凝胶的种类和性质3.操作4.应用（三）离子交换层析（ion exchange chromatography，IEC）1. 原理2. 阴离子交换剂分离蛋白质的过程3. 操作4. 应用- 制备纯化生物大分子（四）疏水层析（hydrophobic interaction）1、原理2. 吸附剂3. 操作4. 应用（五）亲和层析(affinity chromatography)1. 原理2. 基质的选择3. 配体的选择4. 偶联（亲和吸附剂的制备）5. 操作及应用(六) 高效（压）液相层析（HPLC：high performance（pressure）liquid chromatography)1. 基本原理2. 分类3. 色谱仪组成第三节电泳一、电泳的基本理论1. 原理2. 电泳的分类3. 电泳常用设备二、聚丙烯酰胺凝胶电泳1.原理2.分离效应三、SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳1. 原理2. 操作四、等电聚焦 ( isoelectric focusing，IEF )1. 原理2. 操作3. 应用第四节酶的浓缩、干燥与结晶2学时一、酶的浓缩(一)蒸发浓缩(二)超滤浓缩(三)吸水剂(四)反复冻融浓缩(五)沉淀法二、酶的干燥三、酶的结晶（一）结晶的条件（二）结晶的方法第五节纯化方案的设计与评价１学时一、纯化方案的设计（一）纯化方法的选择依据（二）纯化方法的排序二、纯化方案的评价（一）酶活力测定（二）蛋白质浓度测定（三）提纯倍数与回收率第五章酶分子的化学修饰 2学时【单元目标】1．掌握酶活性中心的概念及共性2．了解酶化学修饰的目的及原理3．了解酶化学修饰的种类及应用【授课内容】第一节酶的活性中心一、活性中心的概念二、活性中心的共性三、研究酶活性中心的方法1.物理学方法2.化学修饰法3.蛋白质工程第二节酶化学修饰及修饰目的一、酶化学修饰1.限制酶大规模应用的原因2.改变酶特性有两种主要的方法3.酶化学修饰的概念二、酶化学修饰的目的1.研究酶的结构与功能的关系2.人为改变天然酶的某些性质，扩大酶的应用范围第三节酶化学修饰的原理一、如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性二、如何保护酶活性部位与抗抑制剂三、如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶四、如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境第四节酶化学修饰的设计一、充分认识酶分子的特性二、修饰剂的选择三、反应条件的选择第五节酶化学修饰的种类及应用一、酶的表面化学修饰（一）大分子修饰（大分子结合修饰）1．定义2．修饰剂3．应用（二）小分子修饰（酶蛋白侧链基团修饰）1．定义2．侧链基团修饰剂3．几种重要的修饰反应（三）交联修饰（交联法）（四）固定化修饰（共价偶联法）二、酶分子内部修饰（一）蛋白主链修饰（肽链有限水解修饰）（二）氨基酸置换修饰（三）金属离子置换修饰第六章酶与细胞的固定化 2学时【单元目标】1．掌握固定化酶和固定化细胞的定义及特点2．了解固定化酶和固定化细胞的性质及应用【授课内容】第一节酶与细胞的固定化一、固定化酶和固定化细胞的定义及特点1.固定化酶 (immobilized enzyme)2.固定化细胞（immobilized cell）二、固定化方法（一）酶的固定化方法1.吸附法（adsorption）2.共价偶联法（covalent binding or covalent coupling）3.交联法（crosslinking）4.包埋法(encapsulation)（二）各种固定化方法的优缺点比较（三）细胞的固定化方法1.固定化细胞的分类2.固定化方法（四）原生质体的固定化方法第二节固定化酶和固定化细胞的性质与表征一、固定化酶的性质二、固定化细胞的性质三、固定化酶（细胞）的评价指标第三节固定化酶与固定化细胞的应用一、在工业生产上的应用1．氨基酰化酶（Aminoacylase）2．葡萄糖异构酶二、固定化酶在医学上的应用1．消血栓2. 人工肾三、在分析检测中的应用1. 酶传感器1）酶传感器的原理2）酶传感器的应用2. 酶联免疫测定第七章酶反应器 2学时【单元目标】1．了解酶反应器的几种类型2．了解酶反应器的设计原理及操作【授课内容】第一节酶反应器的特点与类型一、酶反应器的类型（一）搅拌罐型（Stirred Tank Reacter, STR）（二）固定床型（也称填充床，Packed Bed Reactor, PBR ）（三）流化床型(Fludized Bed Reactor, FBR)（四）膜式反应器(Membrane Reactor)（五）鼓泡塔型反应器二、酶反应器的发展第二节酶反应器的设计与选择一、酶反应器的设计1.设计目的2.设计原理（依据）二、酶反应器的选择（一）酶的应用形式（二）底物的物理性质（三）反应操作要求（四）酶的稳定性（五）应用的可塑性及成本三、酶反应器的操作第八章酶的应用 4学时【单元目标】1．了解酶在医药方面的应用2．了解酶在食品方面的应用3．了解酶在化工方面的应用4. 了解酶在环境保护方面的应用5. 了解酶在生物技术领域的应用【授课内容】第一节酶在医药方面的应用第二节酶在食品方面的应用第三节酶在化工方面的应用第四节酶在环境保护方面的应用第五节酶在生物技术领域的应用四、使用教材与主要参考书目录1教材《酶工程》（第二版）作者：郭勇科学出版社 20042 主要参考书目郭勇现代生化技术，华南理工大学出版社， 1996郭勇酶的生产与应用，化学工业出版社个，2003罗贵民酶工程，化学工业出版社，2002张树政酶制剂工业，科学出版社，1984邹国林酶学，武汉大学出版社， 1997五、考核方法和成绩构成本课程为考试考核，包括两部分：期中及平时为30%，期末70%。
蛋白质与酶工程
♦ 没有酶的专一性，细胞中有秩序的物质代谢将不复存
在。酶的专一性对酶工程的发展具有重要意义。
♦ 酶可催化正、逆双向反应。
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(3)酶活性可调节
♦ 生命是严格有序的 一方面这种有序过程依赖于酶的催化作用； 另一方面，酶又必然受到这个有序过程的严格调控。
♦ 酶的量、酶的半衰期、酶的活性都是可以控制的 酶水平的调控是代谢调控的基本方式。
6．分子伴侣
♦ 蛋白质中二硫键的形成和少数蛋白质的折叠有赖于 叫做分子伴侣（chaperon）的酶或蛋白质的协助。
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第三节 蛋白质工程的类型
一、蛋白质的设计及改造
1．全新设计——按照人的意志设计合成自然界从未有的 蛋白质 蛋白质工程中最有意义、最为困难的操作类型。
♦ 往往应用于蛋白质类药物研究 如，艾滋病。人们根据艾滋病毒壳蛋白的结构，设计出 能够将其水解的酶。
3．天花粉蛋白改造 ♦ 优点 抑制肿瘤细胞的生长和艾滋病病毒的复制 ♦ 缺点 毒副作用强，造成过敏 ♦ 结构特点 引起毒副作用的结构部分和有用的活
性部分可分开 ♦ 改造设想 降低毒性，单独合成天花粉蛋白的治
病部分，其毒副作用即可排除。
4．抗体蛋白人源化 ♦ 当前用鼠等动物生产人的抗体容易引起不利的
链接
1．Anfinsen一级结构决定空间结构理论 ♦ 只要合成了某种蛋白质的一级结构，空间结构自
动形成 ♦ 人工合成胰岛素的实践初步证实了这一论断
但许多蛋白质从一级结构到空间结构的折叠 过程并非像胰岛素和牛胰核糖核酸酶那样简单。
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2．同源蛋白、蛋白质家族
♦ 蛋白质有结构上的分子进化同源性 ♦ 在预测一种新的蛋白质空间结构时，首先可以在
♦ 大部分酶的特性不适合于工业应用 ♦ 水解酶和异构酶是工业应用的首选酶 ♦ 世界上销售量最大的5种酶 细菌蛋白酶、葡萄糖淀粉
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1161 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。
蛋白质与酶工程课程教学大纲
Thepurposeof the course is to givebiological engineering undergraduatesan understanding and an overview of the subject ofenzyme engineering.The fundamentals of enzyme-catalyzed reactionswill beintroduced,especially as they apply to largescale production of small molecules.Thiscourse aims to familiarize participants with the integrated, interdisciplinary approach required to utilize the catalytic potential of enzymes for the production of useful compounds.
（3）期中考试，占20％。
（4）期中考试，占50％。
Homework
20%
TermProject
10%
Midterm exam
20%
Final Exam
50%
*教材或参考资料
(Textbooks & Other Materials)
参考教材：
《酶工程原理》由德林主编,科学出版社, 2011
Principles of enzyme engineering. Beijing: science press, 2011.
参考书目：
《生物催化-基础与应用》孙志浩、许建和译,化学工业出版社, 2006
《蛋白质工程》教学大纲
《蛋白质工程》教学大纲Protein Engineering课程编码：27A11714 学分：1.5 课程类别：专业任选课计划学时：24 其中讲课：24 实验或实践：0适用专业：生物技术专业推荐教材：刘贤锡著，《蛋白质工程原理与技术》，山东大学出版社，2002年。
参考书目：汪世华著，《普通高等教育"十一五"规划教材-蛋白质工程》，科学出版社，2008年。
课程的教学目的与任务通过本课程的学习，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蛋白质工程的应用，熟悉从事蛋白质工程的重要方法和途径。
形成科学的思维方式、培养学生科学思维能力和勇于探索、善于思考、分析问题的能力，激发学生对蛋白质工程的学习热情，为将来的学习和工作奠定坚实的理论和实践基础。
课程的基本要求本课程的教学目的是使学生掌握蛋白质和蛋白质工程的概念，并在此基础上通过对蛋白质分子设计、蛋白质的热力学和动力学、蛋白质的修饰和表达、蛋白质的结构的学习，加深蛋白质的功能和应用的掌握,通过蛋白质组学的学习了解蛋白质工程的原理。
同时兼顾学科发展动向，着重涉及当今蛋白质工程的应用。
旨在使本科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。
各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）第一章：绪论建议学时：2 [教学目的与要求] 了解蛋白质工程发展的历史及理论基础、基本研究内容与研究程序，掌握蛋白质结构与功能的关系，了解蛋白质工程的发展方向。
[教学重点与难点] 本部分教学重点也是难点为蛋白质结构与功能的关系。
[授课方法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授课内容]§1.1 蛋白质工程概论蛋白质工程的理论基础蛋白质工程的研究内容蛋白质工程的基本程序§1.2蛋白质工程的应用研究蛋白质结构与功能的关系改变蛋白质的特性生产蛋白质和多肽类活性物质设计合成全新蛋白质§1.3 蛋白质工程展望第二章：蛋白质的结构与功能建议学时：4 [教学目的与要求] 了解蛋白质组成与结构，掌握蛋白质的二级、超二级、结构域、三级、四级结构的概念以及不同空间结构的主要代表结构，并掌握不同的蛋白结构与蛋白质功能的关系，了解蛋白质与蛋白质相互作用及主要实例。
《酶工程》课程教学大纲
《酶工程》课程简介课程内容：《酶工程》是生物工程专业、生物技术专业的重要主干课程，在生物工程人才培养中处于至关重要的地位。
课程主要内容包括：酶的发酵生产、酶的分离纯化、酶和细胞固定化、酶反应器类型、酶的定向进化、酶的非水相催化以及酶的工业化应用等。
课程任务是通过讲授酶的发酵生产、分离纯化、固定化、以及酶的定向进化等原理和技术，以及酶作为生物催化剂在实际生产和工业绿色制造中的作用，使学生学会酶工程的基本知识，并综合运用所学的基本理论知识和技术来解决与生产相关的实际问题。
Brief IntroductionCourse Description:This course is the optional subject for the Biotechnological students. The main content of this course include: brief introduction, enzyme production, enzyme seperation & purification, enzyme & cell immobilization, non aqueous enzymatic catalysis, enzyme directed evolution and enzyme application. The mission of this course is to introduce the principle and methods of enzyme production, enzyme purification, enzyme & cell immobilization, enzyme directed evolution, non aqueous enzymatic catalysis and the use of enzyme.《酶工程》课程教学大纲一、教学内容第一章绪论1.1 酶工程的发展史和研究内容1.2 国内外酶制剂工业概况1.3 酶工程研究最新进展教学难点：酶工程的新技术教学重点：酶工程的发展历程、酶工程的新技术第二章酶的生产2.1 微生物产酶2.2 植物来源酶2.3 动物来源酶教学难点：酶的筛选教学重点：微生物酶的生产方法第三章酶的分离纯化3.1 酶的提取方法3.2 酶的分离纯化方法3.3 酶纯化步骤设计教学难点：酶纯化步骤设计教学重点：酶的分离纯化的方法及纯化步骤的设计第四章固定化酶4.1 概述4.2固定化酶的性质及其影响因素4.3 固定化酶和细胞的制备4.4 固定化辅酶和原生质体4.5 固定化酶反应器4.6 固定化酶的应用教学难点：酶固定化的原理教学重点：酶的固定化方法与固定化酶的应用第五章有机介质中的酶促反应5.1 概述5.2 有机介质中酶促反应的条件5.3 有机介质对酶性质的影响5.4 有机介质中酶促反应应用举例教学难点：有机介质中酶促反应的条件教学重点：有机介质对酶性质的影响。
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《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(immobilized enzyme)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
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、课外学习要求
（可包括课前预习、课后复习、读书报告等项内容）
学生应先修完生物化学的课程。
五、考核方式
（可由书面考试、实验考试、读书报告、平时作业等组成，并说明各部分所占总成绩的百分比）
考核方式：书面考试
总分100分，卷面占80%，平时占15%，出勤占5%。
撰写人：裘雪梅
撰写时间： 2007.7.20
审定人：批准人：。