蛋白质与酶工程教学大纲
酶工程教学大纲及复习参考范围备课讲稿
《酶工程》教学大纲课程名称：酶工程适用专业：2016级生物工程（专升本函授）、微生物技术及应用（专科函授）辅导教材：《酶工程（第三版）》郭勇编著科学出版社一、本课程的地位、任务和作用酶工程是研究生物催化剂在工程中应用的一门学科，是现代生物技术的重要组成部分，它与生物工程、细胞工程、发酵工程密切相关不可分割。
近代科学把发展酶工程作为现代阶段生物技术的战略重点。
本课程的目的是使学生了解酶工程发展概况及新进展，掌握酶的生产、提取、纯化、修饰及固定化技术，了解酶工程的新理论、新技术，酶反应器的特性和发展方向，掌握酶反应器的设计、操作及应用，扩大学生对酶应用技术的知识面。
它在研究酶的发酵生产、分离纯化和分子工程修饰的基础上着重探讨酶作为一种高效的工业生物催化剂在工程上如何实际应用的问题以及酶作为一种高效的生物大分子在基因工程中应用问题，使酶能够在工业上发挥其独特、重要的作用。
酶作为一种主要的工业催化剂，势必对工业发展的生产模式、发展形态产生深远的影响；酶工程的研究内容向分子水平的拓展，也势必对基因工程等生命前沿学科的发展产生不可估量的影响。
二、本课程的相关课程本课程是生物技术、生物工程、食品科学与工程专业的一门专业课，要求学生已掌握酶学基本知识，酶制剂工艺学，微生物学，生物化学，化工原理等课程。
三、本课程的基本内容及要求第一篇酶学基础理论第一章酶学与酶工程教学要求：重点：①酶的基本概念及特征。
②酶的发展及其主要成就。
酶分类与命名。
教学内容：酶及酶工程的概念、发展及应用前景：酶与酶工程研究的重要意义；酶学研究简史；酶工程简介。
第二章酶的生物学特征教学要求：重点：①酶催化作用的机制，②酶催化的化学本质，③酶活力的测定。
难点：酶催化的化学本质教学内容：酶的命名、分类、组成、结构特点和作用机制；酶催化的化学本质；酶活力的分析。
第三章酶反应动力学教学要求：重点：①酶促反应动力学；②酶的抑制作用难点：①抑制剂对酶反应速度的影响教学内容：单底物动力学：米氏方程推导，米氏方程的意义，Km和Vm 的求取。
酶工程教学大纲
标题：酶工程教学大纲引言：酶工程是将酶的特性与工程原理相结合，应用于生物技术和工业生产中的一门学科。
它涉及酶的分离纯化、活性检测、酶动力学研究和酶反应工程等内容。
鉴于酶工程在现代生物技术和工业领域的广泛应用，培养具备相关专业知识和技能的人才显得尤为重要。
一、课程目的本课程旨在使学生了解酶的基本原理、方法和应用，培养其掌握酶的分离纯化、活性检测和酶反应工程的能力，并能将其应用于生物技术和工业生产中。
二、教学内容1. 酶的基本原理- 酶的定义与分类- 酶的结构与功能- 酶的催化机理2. 酶的分离纯化- 细胞破碎与酶的释放- 酶的分离与纯化方法- 酶的纯化评价指标3. 酶的活性检测方法- 酶活性的测定原理- 酶活性检测的常用方法- 酶抑制剂的筛选与应用4. 酶动力学研究- Michaelis-Menten方程与酶动力学参数- 受抑制和受激动的酶反应- 酶动力学实验与数据处理5. 酶反应工程- 酶反应的工程原理- 酶反应的优化方法- 酶反应的规模化与工业应用三、教学方法本课程将采用多种教学方法相结合，包括理论讲解、案例分析、实验操作、小组讨论等。
理论讲解部分将通过授课和教材阅读进行，案例分析和小组讨论将有助于学生理解酶工程在实际应用中的问题和解决方法。
实验操作将培养学生的实践能力和团队合作精神。
四、教学评估教学评估将以平时作业、实验报告、期中考试和期末考试等方式进行。
平时作业和实验报告将考察学生对课堂理论的掌握程度以及实际操作能力，期中考试和期末考试将全面评估学生对课程内容的理解与掌握。
五、教材参考1. 《酶工程导论》刘旭著，高等教育出版社2. 《现代酶学原理与技术》张三著，科学出版社3. 《酶工程实验指导》李四著，化学工业出版社结语：通过本课程的学习，学生将掌握酶工程领域的基本知识与技能，为今后从事相关研究和工作奠定基础。
同时，使学生对生物技术和工业生产中酶的应用有更深入的了解，并培养其创新思维和解决实际问题的能力。
《蛋白质工程》教学大纲
《蛋白质工程》教学大纲二、课程目的和任务本课程系统介绍蛋白质工程领域的相关基础知识、主要方法和技术以及该方面的最新进展与具有典型意义的研究实例。
通过学习本课程，使学生掌握蛋白质工程科学的基本原理、基础知识、基本技能，熟悉从事蛋白质科学与工程研究的主要方法和技术，了解蛋白质工程领域的研究方向与最新科技成果，为日后从事蛋白质科学以及相关生命科学领域的科学研究与生产实践打下理论基础。
三、本课程与其它课程的关系本课程与生物化学、细胞生物学、微生物学、有机化学及相关实验课程密切相关，应先修以上课程。
四、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）绪论（2学时）1、主要内容蛋白质的生物学意义；蛋白质化学与蛋白质工程。
2、重点蛋白质的生物学意义；蛋白质工程的基本概念。
3、教学要求了解蛋白质的生物学意义以及蛋白质工程的基本概念、主要内容。
理解并掌握蛋白质工程的主要概念与研究内容。
按照学生对本章节知识点应达到的了解、理解、掌握等层次列出。
（二）蛋白质结构基础（10学时）1、主要内容蛋白质的结构生物学；蛋白质结构的基本组件；蛋白质结构的组织和主要类型；蛋白质空间结构的形成；蛋白质结构与蛋白质工程关系。
2、重点蛋白质结构多样性和复杂性；结构特点与蛋白质功能机理的密切关系。
3、教学要求了解蛋白质结构具有极大的多样性和极高的复杂性，构成蛋白质功能多样性的结构基础，蛋白质结构研究方面的最新科研成果；理解这些结构特点与丰富多彩的蛋白质功能机理的密切关系；掌握蛋白质结构特别是三维结构知识和不同蛋白质分子结构之间存在的共同特征。
（三）蛋白质分子设计（8 学时）1、主要内容蛋白质分子设计的基本原理；蛋白质结构分子设计；全新蛋白质设计。
2、重点蛋白质分子设计的基本概念及主要理论基础。
3、教学要求了解蛋白质设计的主要理论基础与核心内容，以及一些最新的蛋白质分子设计成果与设计特点；理解和掌握蛋白质分子设计的基本概念；以及与蛋白质结构方面的基本关系。
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
酶工程教学大纲及复习参考范围
《酶工程》教学大纲课程名称：酶工程适用专业：2016级生物工程（专升本函授）、微生物技术及应用（专科函授）辅导教材：《酶工程（第三版）》郭勇编著科学出版社一、本课程的地位、任务和作用酶工程是研究生物催化剂在工程中应用的一门学科，是现代生物技术的重要组成部分，它与生物工程、细胞工程、发酵工程密切相关不可分割。
近代科学把发展酶工程作为现代阶段生物技术的战略重点。
本课程的目的是使学生了解酶工程发展概况及新进展，掌握酶的生产、提取、纯化、修饰及固定化技术，了解酶工程的新理论、新技术，酶反应器的特性和发展方向，掌握酶反应器的设计、操作及应用，扩大学生对酶应用技术的知识面。
它在研究酶的发酵生产、分离纯化和分子工程修饰的基础上着重探讨酶作为一种高效的工业生物催化剂在工程上如何实际应用的问题以及酶作为一种高效的生物大分子在基因工程中应用问题，使酶能够在工业上发挥其独特、重要的作用。
酶作为一种主要的工业催化剂，势必对工业发展的生产模式、发展形态产生深远的影响；酶工程的研究内容向分子水平的拓展，也势必对基因工程等生命前沿学科的发展产生不可估量的影响。
二、本课程的相关课程本课程是生物技术、生物工程、食品科学与工程专业的一门专业课，要求学生已掌握酶学基本知识，酶制剂工艺学，微生物学，生物化学，化工原理等课程。
三、本课程的基本内容及要求第一篇酶学基础理论第一章酶学与酶工程教学要求：重点：①酶的基本概念及特征。
②酶的发展及其主要成就。
酶分类与命名。
教学内容：酶及酶工程的概念、发展及应用前景：酶与酶工程研究的重要意义；酶学研究简史；酶工程简介。
第二章酶的生物学特征教学要求：重点：①酶催化作用的机制，②酶催化的化学本质，③酶活力的测定。
难点：酶催化的化学本质教学内容：酶的命名、分类、组成、结构特点和作用机制；酶催化的化学本质；酶活力的分析。
第三章酶反应动力学教学要求：重点：①酶促反应动力学；②酶的抑制作用难点：①抑制剂对酶反应速度的影响教学内容：单底物动力学：米氏方程推导，米氏方程的意义，Km和Vm 的求取。
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。
《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。
酶工程教学大纲
酶工程教学大纲
一、引言
A. 背景介绍
B. 目的和目标
C. 教学方法和评估方式
二、酶工程概述
A. 酶的定义与特点
B. 酶工程的定义和作用
C. 酶工程的发展历程
三、酶的结构与功能
A. 酶的化学结构
1. 蛋白质组成
2. 酶的活性中心
3. 酶的辅助分子
B. 酶的功能与作用机制
1. 酶的催化作用原理
2. 酶的底物特异性和催化效率
3. 酶的调控机制
四、酶的分离与纯化
A. 酶的源和提取方法
1. 酶的细胞来源
2. 细胞破碎与酶的提取
B. 酶的分离与纯化方法
1. 萃取分离方法
2. 柱层析方法
3. 电泳分离方法
五、酶的性质和测定
A. 酶的催化速度和底物浓度关系。
《蛋白质与酶工程》课程教学大纲
《蛋白质与酶工程》课程教学大纲课程名称：蛋白质与酶工程课程类别：专业主干课适用专业：生物技术考核方式：考试总学时、学分：32 学时 2 学分其中实验学时：0 学时一、课程教学目的蛋白质与酶工程（Protein and enzyme engneering）是生物技术专业与生物工程专业的主干必修课，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，主要内容包括蛋白质与酶的发酵生产、蛋白质与酶的分离纯化、酶和细胞固定化以及蛋白质与酶的分子工程。
学生通过蛋白质与酶工程的学习，能够掌握蛋白质与酶的生产与分离纯化的基本理论、基本技术以及自然蛋白质与酶、化学修饰蛋白质与酶、固定化酶的研究和应用，了解蛋白质与酶在各行各业中的最新发展及研究趋势。
二、课程教学要求学生通过蛋白质与酶工程的学习，应熟悉从应用目的出发研究蛋白质与酶，在一定生物反应装置中利用酶的催化性质的研究路线，掌握蛋白质与酶的生产与应用的基本理论、基本技术、蛋白质与酶的分离纯化、固定化酶以及酶的化学修饰的研究和应用，进一步了解蛋白质与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。
三、先修课程植物学、动物学、生物化学、有机化学、微生物学、细胞生物学、分子生物学四、课程教学重、难点教学重点：蛋白质与酶的发酵生产、蛋白质与酶的分离纯化、酶和细胞固定化、蛋白质与酶的定向进化、酶反应器、酶在非水相中的催化；教学难点：蛋白质与酶的生产与分离纯化的基本理论、基本技术以及自然蛋白质与酶、化学修饰蛋白质与酶、固定化酶的研究和应用。
五、课程教学方法与教学手段教学方法：PBL法、思维导图法、教师讲授与学生讨论相结合。
教学手段：PPT课件、教学视频、网络在线课程、微信公众平台。
六、课程教学内容第一章绪论（1学时）1．教学内容（1）酶与酶工程、蛋白质与蛋白质工程发展简史；（2）蛋白质工程与酶工程简介；（3）酶的组成及分类。
大学酶工程与蛋白质工程教案
大学酶工程与蛋白质工程教案引言酶工程和蛋白质工程是生物技术领域中最重要的研究方向之一。
这两个领域是紧密联系的，它们的研究旨在开发制造更加高效、可持续和环保的生产方法。
本教案将介绍酶工程和蛋白质工程的基本知识和实践技术。
一、酶工程介绍1. 酶的定义和种类：酶是一种生物催化剂，可加速特定化学反应的速率。
酶的种类包括氧化酶、酯酶、纤维素酶、葡萄糖酶等。
2. 酶的制备和分离：酶的制备和分离过程主要包括培养酶产生菌株、酶提取、酶纯化等步骤。
常用的酶提取方法包括超声波法、高压破碎法等。
3. 酶的催化机理：酶的催化方式与机理因酶而异，通常情况下，酶作用的方式可分为四种基本类型：酸碱催化、亲和催化、共价催化和金属离子催化等。
二、蛋白质工程介绍1. 蛋白质工程的概念：蛋白质工程是指通过有创新性的技术手段，改变蛋白质的某些性质和结构，使其具有特定的功能和应用价值。
2. 蛋白质工程的基本技术：蛋白质工程的基本技术包括蛋白质表达及纯化、变异、修饰、折叠、精细调节、重组等。
3. 蛋白质工程的应用领域：蛋白质工程的应用领域非常广泛，如药物、生物材料、生物传感器、工业酶等。
三、酶工程和蛋白质工程的联系与应用1. 酶工程和蛋白质工程的联系：酶工程和蛋白质工程紧密相连，两者都是通过改变酶或蛋白质的结构和特性来实现更高效的生产。
2. 酶工程和蛋白质工程的应用：酶工程和蛋白质工程的应用领域非常广泛，涉及到药物、食品、能源、生物传感器等领域。
此外，酶工程和蛋白质工程技术也可以用于污水处理、环保等领域。
四、实验与教学内容1. 酶的制备和分离实验：通过培养酶产生菌株，提取和纯化酶，学生们可以掌握酶制备和分离的技术方法。
2. 蛋白质折叠和纯化实验：通过对蛋白质的表达、修饰和折叠过程进行实验，增强学生对蛋白质折叠和纯化的理解。
3. 酶与底物反应动力学实验：通过对酶的催化速率和底物反应动力学的测定，学生们可以学习酶的催化原理和催化机理。
结论总之，酶工程和蛋白质工程是重要的研究领域，在工业生产和医药发展中具有广泛的应用前景。
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
《蛋白质与酶工程实验》实验教学大纲
《蛋白质与酶工程实验》实验教学大纲课程名称：蛋白质与酶工程实验课程类别：专业主干课适用专业：生物技术所属实验室：生化与蛋白质工程实验室实验学时、学分：32 学时 1 学分一、实验教学目的通过系列综合实验设计与实践操作，使学生能自主综合运用所学基本理论与基本实验技术进行综合实验设计与操作，从而更加系统深入的理解蛋白质与酶工程的基础理论与相关实验技术，培养学生综合运用知识与分析、解决问题的能力，为学生进一步独立开展科研课题奠定基础。
二、实验教学要求蛋白质与酶工程实验以设计性和综合性实验为主，学生分组进行，每组约20～25人。
授课教师通过发放微课视频与实验题目，并结合讲解和演示，使学生明白实验目的与任务，掌握实验仪器原理和操作使用过程，提前撰写思维导图式实验方案与流程，经教师审核通过后，方可进生化与蛋白质工程实验室进行实验，并要求在规定时间内熟悉、学习仪器设备的使用与操作，并完成相关实验任务。
三、对学生的指导和要求（一）实验指导要求：教师通过网络教学平台上学生的实验记录，定期检查学生的实验进度，并对学生所出现的问题进行线上与线下指导，引导学生独立分析并解决问题，鼓励学生积极创新。
（二）实验报告要求：采用山西师范大学设备处统一印制的实验纸，以思维导图模式撰写实验目的、实验原理、实验内容、实验材料与方法、实验结果与分析。
或以科研论文形式撰写电子版。
以上两种形式均需上传到网络教学平台。
教师进行线上评阅。
四、实验考核方式主要包括四个方面：思维导图式实验方案与流程、实验操作规范、网络平台实验进度与过程性结果撰写、实验报告，每项各占25%。
五、实验教学内容实验项目(一)：抑制条件下Km和Vmax的测定及抑制类型的判定（5学时）（1）项目类别：必做■ 选做□（2）项目性质：演示性□ 验证性■设计性□综合性■（3）项目主要目的要求：1.掌握米氏方程基本理论；2.掌握抑制条件下Km和Vmax的测定方法；3.掌握酶的抑制类型。
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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
3
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
2
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
2
3
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
2
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：。