《酶及酶工程》教学大纲.docx
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《酶及酶工程》教学大纲
《酶及酶工程》教学大纲
EnzymeandEnzymeEngineering
课程编码:
27A11419学分:
4.0课程类别:
专业必修课
计划学时:
80其中讲课:
48实验或实践:
32
适用专业:
生物技术
推荐教材:
郭勇主编,《酶工程原理与技术》第二版,高等教育出版社,2010年。
参考书目:
付加芳编,《酶及酶工程实验》,济南大学出版,2015年。
郭勇主编,《酶工程》第三版,科学出版社,2009年。
课程的教学目的与任务
学生通过该课程的学习,应熟悉从应用目的出发研究酶,掌握酶工程的基本原理、酶的生产方法、酶的提取与分离纯化、酶的改造方法、非水相酶催化、酶反应器以及酶的应用,根据需要通过人工操作,掌握酶的生产与应用的技术过程。
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。
本课程实验部分是为《酶及酶工程》课所开的实验。
通过本实验,应使学生掌握酶基本的分离纯化、纯度及分子量测定方法,同时了解凝胶包埋固定脲酶的处理方法及活力、Km值的测定方法,掌握各个因素对脲酶活力的影响测定方法。
通过系统的实验训练,培养学生的独立实验、观察问题、分析问题和解决问题的能力。
课程的基本要求
通过本课程的学习要求学生了解酶及工程的发展概况、应用领域及研究内容;掌握酶的生产及分离纯化、酶和细胞的固定化、酶分子的修饰和改造的理论基础;熟悉工业酶生产常用菌种的产酶特性;熟悉工业酶发酵的工业流程、培养条件的优化调控以及提高酶产量所采取的措施;了解固定化细胞、动、植物细胞发酵产酶的特点及工艺条件控制;掌握酶的结晶、浓缩与干燥的原理与常用方法;掌握酶和菌体固定的原理、方法,以及固定化酶的性质。
掌握和了解微生物、植物、动物细胞和原生质的固定方法及应用。
对酶反应器有一定的认识,并掌握酶反应器的设计原理和操作要点;了解酶的动力学和酶在轻工、食品、医药工业、化工、环境保护等领域的应用以及酶应用的最新发展。
课程的主要任务包括一次期末考试和多次的章节作业以及课程问题讨论等;课程教学致力于引导学生积极参与学习的改革。
培养学生严肃、认真、刻苦、务实的学习兴趣;乐观进取、一丝不苟、科学、严谨的工作作风。
通过本实验课程学习,学生应掌握基本的分离纯化、纯度及分子量测定方法,同时了解凝胶包埋固定脲酶的处理方法及活力、Km值的测定方法,掌握各个因素对脲酶活力的影响测定方法等内容。
该实验主要为操作型实验,要求学生自己按照实验方案进行操作,自己动手完成各项实验,并处理和分析实验结果,增强学生独立完成实验的能力。
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:
4
[教学目的与要求]掌握酶、酶工程的概念和研究内容;掌握酶活力测定的方法和酶的分类命名方法;了解酶及酶工程的发展简史。
[教学重点与难点]酶活力的测定及酶的分类命名。
[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酶的基本概念与发展历史
酶的发现
酶的本质及催化机理研究
酶的催化机理研究
§1.2酶的分类与命名
蛋白类酶的分类与命名
核酸类酶的分类
其它习惯归类命名法
§1.3酶的活力测定
酶活力测定方法
酶活力单位
酶的转换数与催化周期
固定化酶的活力测定
§1.4酶工程发展概况与前景
酶工程发展历程
当代酶工程技术
酶工程应用状况
第二章:
酶生物合成的基本理论建议学时:
4
[教学目的与要求]掌握酶合成的基本理论;掌握酶生物合成的调节。
[教学重点与难点]酶生物合成的调节机制。
[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]
§2.1RNA的生物合成-转录
转录的起始
RNA链的延伸
RNA链合成的终止
RNA前体的加工
§2.2蛋白质的生物合成-翻译
遗传密码及其特点
蛋白质合成过程
蛋白质前体的加工
§2.3酶生物合成的调节
原核生物中酶生物合成的调节机制
真核生物中酶生物合成的调节机制
第三章:
酶的生物合成法生成建议学时:
4
[教学目的与要求]了解主要产酶微生物种类,熟悉发酵工艺条件及控制。
掌握酶生物合成的4种模式。
了解动植物细胞与微生物细胞发酵产酶的异同。
[教学重点与难点]微生物发酵产酶的发酵条件控制和产酶动力学。
[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]
§3.1产酶细胞的选择
优良产酶细胞应具备的条件
应用微生物生产酶的优点
产酶微生物基本要求
§3.2培养基的配制
§3.3产酶工艺条件及其控制
细胞活化与扩大培养
pH的调节控制
温度的调节控制
溶解氧的调节控制
§3.4微生物发酵产酶
微生物发酵产酶的方式及其特点
提高产酶量的措施
酶发酵动力学
固定化微生物细胞发酵产酶
固定化微生物原生质体发酵产酶
§3.5植物细胞培养产酶
植物细胞的特性
植物细胞培养的特点
植物细胞培养的工艺条件及其控制
植物细胞培养产酶的过程
§3.6动物细胞培养产酶
动物细胞培养的特点
动物细胞培养的方式
固定化细胞培养
第四章:
酶的提取与分离纯化建议学时:
8
[教学目的与要求]掌握酶分离纯化的基本原则;掌握酶分离纯化的常用方法及其原理;了解酶的纯化方案的设计。
[教学重点与难点]重点为层析和电泳方法在酶分离提取中的应用,难点是不同分离提取方法的选择。
[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]
§4.1细胞破碎
机械破碎法
物理破碎法
化学破碎法
酶促破碎法
§4.2提取
酶提取的方法
影响酶提取的主要因素
§4.3沉淀分离
盐析沉淀法
等电点沉淀法
有机溶剂沉淀法
复合沉淀
选择性变性沉淀法
§4.4离心分离
离心机的选择
离心方法的选用
离心条件的确定
§4.5过滤与膜分离
非膜过滤
膜分离技术
§4.6层析分离
分配层析
离子交换层析
凝胶层析
亲和层析
层析聚焦
§4.7电泳分离
纸电泳
薄层电泳
薄膜电泳
凝胶电泳
§4.8萃取分离
有机溶剂萃取
双水相萃取
超临界萃取
反胶束萃取
§4.9结晶
盐析结晶法
有机溶剂结晶法
透析平衡结晶法
等电点结晶法
§4.10浓缩与干燥
浓缩
干燥
第五章:
酶改性的基本理论建议学时:
4
[教学目的与要求]掌握酶活性中心的概念及共性。
[教学重点与难点]酶的结构与催化特性的关系。
[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]
§5.1酶的化学组成
蛋白类酶的基本组成单位
核酸类酶的基本组成单位
酶的辅因子
§5.2酶的化学结构
酶蛋白的化学结构
酶RNA的化学结构
§5.3酶的空间结构
酶蛋白的空间结构
酶蛋白的二级结构
超二级结构和结构域
三级结构
四级结构
§5.4酶的活性中心
酶活性中心上的氨基酸残
接触残基附近肽链的一级结构
§5.5酶的结构与催化特性的关系
酶的一级结构与催化特性的关系
酶的三级结构与催化功能的关系
酶的四级结构与催化功能的关系
金属离子与酶催化功能的关系
第六章:
酶分子修饰建议学时:
4
[教学目的与要求]了解酶分子修饰的目的、影响酶蛋白修饰反应的因素。
掌握酶分子修饰的设计、酶分子修饰的方法。
掌握蛋白酶侧链基团的修饰。
[教学重点与难点]重点:
大分子结合修饰的特点与应用;难点:
氨基酸和核苷酸的置换修饰。
[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]
§6.1酶分子的主链修饰
主链切断修饰
主链连接修饰
§6.2酶分子的侧链基团修饰
蛋白类酶侧链修饰方法
核酸类酶侧链修饰方法
酶分子的侧链基团修饰
§6.3酶的组成单位置换修饰
酶分子组成单位置换修饰的作用
定点突变技术在酶分子中的应用
§6.4金属离子置换修饰
金属离子置换修饰的定义及原理
金属离子置换修饰的技术过程
§6.5酶分子的物理修饰
酶分子物理修饰的特点
酶分子物理修饰的作用和意义
第七章:
酶分子定向进化建议学时:
6
[教学目的与要求]掌握酶基因的体外随机突变;掌握酶突变基因的定向选择;熟悉酶分子定向进化的应用。
[教学重点与难点]重点:
酶定向进化中突变基因库的构建方法;难点:
酶突变基因的筛选。
[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]
§7.1酶基因的体外随机突变
基因体外随机突变方法及其特点
易错PCR技术
DNA重排技术
基因家族重排技术
§7.2酶突变基因的定向选择
突变基因文库的构建
突变基因的筛选
§7.3酶分子的定向进化的应用
提高酶的催化活性
增强酶的稳定性
改变酶的底物特异性
第八章:
酶固定化建议学时:
4
[教学目的与要求]掌握固定化酶和固定化细胞的定义及特点;掌握固定化方法,包括吸附、包埋、结合、交联等方法的原理及过程;了解固定化酶和固定化细胞的性质及应用。
[教学重点与难点]重点:
酶和微生物细胞的固定化;难点:
动植物细胞的固定化
[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]
§8.1酶固定化方法
包埋法
结合法
交联法
热处理法
§8.2固定化酶的特性
稳定性
最适温度
最适pH
底物特异性
§8.3固定化技术的应用
固定化酶在工业生产中的应用
固定化酶在酶传感器方面的应用
固定化细胞的应用
第九章:
酶非水相催化建议学时:
4
[教学目的与要求]掌握非水相中酶促反应的特点与一般规律。
[教学重点与难点]重点:
水对有机相中酶促反应的影响;难点:
有机相中酶促反应中水的控制;
[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]
§9.1酶非水相催化的研究概况
有机介质反应体系
有机溶剂对酶促反应的作用
非水介质中生物催化特点
§9.2水对非水相介质中酶催化的影响
水与酶的柔性
结合水
水活度
水对酶活性和选择性的调节
§9.3非水相介质中酶催化的特性
热力学稳定性
酶的特异性
位置选择性和化学选择性
§9.4非水相介质中酶催化反应的条件及其控制
有机溶剂对酶必需水的影响
有机溶剂对底物和产物的影响
有机溶剂对酶的影响
§9.5超临界流体中的酶催化反应
超临界流体应用于酶促反应的优越性
超临界流体对酶立体选择性的影响因
传统的有机溶剂和超临界流体的对比
§9.6离子液中的酶催化反应
离子液的组成与在酶催化反应中的优越性
离子液中酶催化的影响因素
离子液中酶的稳定性
离子液中酶的选择性
专题讨论课酶的应用建议学时:
6
[教学目的与要求]了解酶在各领域的应用。
[授课方法]以课堂讨论为主,教师组织学生以班级为单位分组分别讨论酶的应用。
[授课内容]
酶的应用
讨论酶在医药、食品、化工、环境、生物技术等领域的应用。
实验一:
蛋清溶菌酶的分离建议学时:
6
[教学目的与要求]了解蛋白酶类的热变性与等电点选择性沉淀原理,了解聚丙烯酸处理方法,并掌握盐析沉淀酶的原理。
学生学会下列操作技术:
蛋白酶类的热变性,等电点选择性沉淀蛋白酶,聚丙烯酰胺处理蛋白,盐析沉淀蛋白。
[教学方式]教师课堂讲解,学生分组操作。
[场所及条件要求]生物工程教学实验室。
[作业要求]预习下个实验项目,撰写预习报告。
[注意事项]本实验使用聚丙烯酸进行处理,需做好学生的安全防护教育。
实验二:
蛋清溶菌酶的纯化建议学时:
6
[教学目的与要求]了解聚丙烯层析柱纯化蛋白原理,掌握聚丙烯层析柱纯化蛋白的步骤与方法。
学生学会下列操作技术:
聚丙烯层析柱装柱,加样,洗脱去杂蛋白、收集溶菌酶。
[教学方式]教师课堂讲解,学生分组操作。
[场所及条件要求]生物工程教学实验室。
[作业要求]预习下个实验项目,撰写预习报告。
[注意事项]本实验使用玻璃柱进行层析,需注意玻璃层析柱不要打碎。
实验三:
蛋清溶菌酶纯度以及分子量鉴定建议学时:
6
[教学目的与要求]了解SDS-PAGE蛋白电泳的原理,熟练掌握蛋白电泳的操作。
学生学会下列操作技术:
SDS-PAGE胶板安装,制备分离胶,制备浓缩胶,样品处理与加样,考马斯亮蓝染色,脱色。
[教学方式]教师课堂讲解,学生分组操作。
[场所及条件要求]生物工程教学实验室。
[作业要求]预习下个实验项目,撰写预习报告,第二天观察实验结果。
[注意事项]聚丙烯酰胺凝胶电泳所用的丙烯酰胺单体为剧毒物质,需对学生做好安全防护教育。
实验四:
凝胶包埋法固定脲酶建议学时:
4
[教学目的与要求]了解凝胶包埋法固定脲酶的原理与方法。
学生学会下列操作技术:
聚丙烯酰胺固定脲酶,卡拉胶固定脲酶,琼脂固定脲酶,海藻酸钠固定脲酶,明胶固定脲酶。
[教学方式]教师课堂讲解,学生分组操作。
[场所及条件要求]生物工程教学实验室。
[作业要求]预习下个实验项目,撰写预习报告。
[注意事项]本实验使用的丙烯酰胺单体为剧毒物质,需做好学生的安全防护教育。
实验五:
固定化脲酶酶活力及其回收率的测定建议学时:
6
[教学目的与要求]了解固定化酶活力测定的测定原理,掌握溶液酶活力测定方法。
[教学方式]教师课堂讲解,学生分组操作。
[场所及条件要求]生物工程教学实验室。
[作业要求]预习下个实验项目,撰写预习报告。
[注意事项]酶活反应需要在最适PH值和温度下,需严格控制酶促反应的温度与PH值,尽量使酶促反应处于最佳条件。
实验六:
脲酶酶促反应动力学建议学时:
4
[教学目的与要求]了解脲酶米氏常数Km的计算原理,掌握酶促反应动力学测定方法。
学生学会下列操作技术:
酶促反应与终止,比色法测定脲酶活力,米氏方程计算Km。
[教学方式]教师课堂讲解,学生分组操作。
[场所及条件要求]生物工程教学实验室。
[作业要求]预习下个实验项目,撰写预习报告。
[注意事项]酶促反应动力学测定需要在最适PH值和温度下,需严格控制酶促反应的温度与PH值,尽量使酶促反应处于最佳条件。
成绩考核与评定
成绩考核分为理论课程考核和实验课程考核两部分组成,各占50%,均为百分制。
其中:
(一)理论课程考核成绩=平时成绩×30%+期末考试成绩×70%
平时成绩:
课堂交流,百分制期末考试成绩:
闭卷考试,百分制。
(二)实验课程考核方式为提交实验报告和平时成绩,实验报告占总成绩70%,平时成绩占总成绩30%。
实验报告的评定根据实验原理、步骤、实验结果和讨论分析等部分的撰写情况进行评分;平时成绩根据学生课堂积极性、操作规范性进行评分。
实验报告成绩:
本课程要求学生实验报告应包括以下内容:
①实验原理:
简明,20分;②方法与步骤:
具体操作步骤、注意事项等,20分;③结果:
详述每一步的结果以及计算方法和计算结果,20分;④分析与讨论:
根据所学知识对结果进行分析讨论,阐明所得结果说明了什么问题;如果结果与理论不符,应说明可能的原因,40分。
实验报告成绩由任课教师根据学生实验报告写作是否符合规范要求、试验结果及分析的具体情况给出。
每次报告均评分,实验报告成绩为各次报告成绩的平均值。
撰稿人:
付加芳、宗工理审核人:
王世立
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- 酶及酶工程 工程 教学大纲
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