蛋白質工程范文

導語：如何才能寫好一篇蛋白質工程，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、 教學目標

1、知識方面

（1）舉例說出蛋白質工程崛起的緣由。

（2）簡述蛋白質工程的原理。

2、情感態度與價值觀方面

（1）關注蛋白質工程的發展。

（2）認同蛋白質工程的應用促進生產力的提高。

3、能力方面

嘗試運用逆向思維分析和解決問題。

二、 教學重點和難點及解決策略

1、教學重點

（1）為什么要開展蛋白質工程的研究？

解決策略：復習基因工程有關知識，由基因工程的市值及基因工程的成果（蛋白質類的藥物）產生問題矛盾，水到渠成。

（2）蛋白質工程的原理。

解決策略：以舊促新——“中心法則”的逆推。

2、教學難點

蛋白質工程的原理。

“問題 探討”式。不能直接改變蛋白質的原因？ 改造基因為什么能改造蛋白質？根據什么去改造基因？等問題。

三、教學方法：

采用“提出問題—思考、探究—再提出新問題—再探究”的教學模式。

四、學法：

以舊促新，逆向思維的鍛煉。

五、教具

POWERPOINT課件

六、 教學過程

（一）導入：

復習導入法。

讓我們先來復習一下有關基因工程的知識吧！

1、Powerpoint課件：表格“有關基因工程的知識”

2、基因工程碩果累累，例如大腸桿菌為人類生產出了胰島素；牛的乳腺生物反應器為人類制造出了蛋白質類藥物；煙草植物體內含有了某種藥物蛋白。

3、峰回路轉

但基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質，而這些天然的蛋白質不一定符合人類生產和生活的需要。那么，我們人類如何解決這一矛盾呢？

人們就要對現有的蛋白質進行改造，制造出從天然蛋白質中找不到的蛋白質，即非天然的蛋白質。

這樣一來，蛋白質工程就應運而生了。

板書 1.4 蛋白質工程的崛起

預知內容

在這個小專題中我們主要研究三個問題：1、蛋白質工程崛起的原因是什么？2、蛋白質工程怎么做？即蛋白質工程的基本原理。3、蛋白質工程進展如何？

板書1、崛起原因：2、基本原理3、進展和前景

（二）教學目標的達成：

1、蛋白質工程崛起的緣由

首先我們來回答第一個問題：崛起的原因是什么？

引導學生回答（生產符合人類需要的非天然蛋白質）

2、蛋白質工程的基本原理

（1）下面我們大家一起分享蛋白質工程的兩個成果：

Powerpoint課件展示：“干擾素的耐貯存性”和“lys含量高的玉米”簡要過程。

（2）提出問題：上述的兩個例子是對蛋白質分子的直接操作嗎？

大家看P26左側第二個問號（《？》），希望它能給你帶來很大的幫助。（四人一組）

引導學生回答（不能，第一，改造過的蛋白質無法遺傳；第二，改造蛋白質難度大，不易操作）

（3）再提出問題：改造基因為什么就能使蛋白質得以改造呢？基因與蛋白質之間有什么關系？基因如何決定蛋白質的？你還記得嗎？

（4）學生講述基因表達的過程教師板演

由此可見，蛋白質的合成過程是按中心法則進行的。

剛剛我們大家討論過：要獲取人類所需要的非天然的，就要先改造決定它的基因。這個目的基因是什么？怎么知道？依據什么去合成我們所需要的目的基因呢？

大家想一想，討論一下

（5）引導學生回答，中心法則的逆推過程（板書）

及時的鼓勵，同學們的思路，正是科學家們的思路

（6）小小結 其實在蛋白質工程操作過程中一共進行了兩次中心法則。但一個假的（中心法則的逆推過程）；一個是真的（為人類生產所需要的非天然的蛋白質）大家看黑板，蛋白質的功能是由DNA決定的，那么要制造出新的蛋白質或非天然的蛋白質，就要改造DNA，

（7）因此，蛋白質工程的實質是？（對編碼蛋白質的基因改造）

（8）原理應該是？（中心法則的逆推）

（9）P27討論題。

有利于學生對學習內容的理解，也能鍛煉學生的思維。Powerpoint課件展示“遺傳密碼子表”

（10）通過以上的分析和討論，你能否給蛋白質工程下一個定義呢？

Powerpoint課件以提示

（11）對現有的蛋白質的改造或制造心的蛋白質，必須通過基因修飾或基因合成來實現，因此蛋白質工程最終還是要回到基因工程上來，所以，可以說，蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。（板書）

3、蛋白質工程的進展和前景

同學們回味一下，基因工程和蛋白質工程的產生和發展離不開人類的需要，離不開社會生產力的需要，離不開理論和技術的支撐。可以說蛋白質工程的前景是光明的，道路是曲折的。

學生齊讀P26第一自然段和P28課文，總結蛋白質工程的理論支撐、成果、困難。

盡管路漫漫其修遠兮，但吾將上下而求索

七、小結

你有什么收獲？

如果你是一個出題者，分值最多的應該分布在哪？（指出重點）

八、鞏固練習（見課件）

九、作業：P28“思考與討論”第2題

十、板書設計

1.4 蛋白質工程的崛起

1、崛起的緣由：

生產符合人類需求的非天然的蛋白質

2、基本原理：

（1）原理：

中心法則的逆推

（2）實質：

改造編碼蛋白質的基因

（3）流程：

3、進展和前景：

（1）理論與技術的支撐

（2）現狀

篇2

關鍵詞　核糖體　大小亞基　諾貝爾獎　新型抗生素

中圖分類號Q-49

文獻標識碼　E

隨著2009年諾貝爾化學獎的揭曉，人們的目光聚焦于一座無比復雜而又極其精密的“蛋白質合成工廠”――核糖體，它幾乎遍布生物體的每一個細胞，承擔著上萬種蛋白質合成的重任，在化學水平上制造生命并控制著它的走向。

1　核糖體的發現

1953年，瑞賓遜和布恩用電鏡觀察植物細胞時發現胞質中存在一種顆粒物質；1955年帕拉蒂在動物細胞中也看到同樣的顆粒，并進一步研究了這些顆粒的化學成份和結構；1958年羅伯茨根據化學成份將其命名為核糖白體，簡稱核糖體。對核糖體的研究歷經數載，至20世紀90年代進入新的發展時期，2009年諾貝爾化學獎就是很好的佐證。

2　核糖體的組成與結構

核糖體為不規則顆粒，無膜，包括大、小兩個亞基，由蛋白質和rRNA組成，相對分子質量約為2.5―3兆道爾頓，直徑為25―30 nm，光鏡下不可見，是生命體中最小的細胞器，10萬轉／min的高速離心條件下可從細胞中分離出來。核糖體的大小以沉降系數s表示，s值越大，顆粒越大、相對分子質量越大。

糖體蛋白和rRNA的比例在原核細胞中為1.5:1，在真核細胞中為1:1。真核細胞核糖體為80S，大亞基60S，有大約49種蛋白質和三種rRNA(28s、5s和5.8S)；小亞基為40S，有大約33種蛋白質和一種rRNA(18S)。原核細胞核糖體為70S，大亞基50S，有大約34種蛋白質和2種rRNA(23S、5S)；小亞基為30S，有大約21種蛋白質和1種rRNA(16S)。每個亞基中，以一條或二條高度折疊的rRNA為骨架，將幾十種蛋白質組織起來，二者靠非共價鍵緊密結合，蛋白質主要分布在核糖體的表面，rRNA大部分圍在內部，小部分露在表面。

在活細胞中，核糖體的大小亞基、單核糖體和多聚核糖體處于一種不斷解聚與聚合的動態平衡中，隨功能而變化，執行功能時為多聚核糖體，功能完成后解聚為大、小亞基。大亞基側面觀是倒圓錐形，底面不平，邊緣有3個突起，中央為一凹陷，似沙發的靠背和扶手。小亞基是略帶弧形的長條，一面稍凹陷，一面稍外突，趴在大亞基上，似沙發上趴了一只小猴。大小亞基凹陷部位對應結合，形成了一個內部空間，可容納mRNA、tRNA及進行氨基酸縮合等反應。此外，在大亞基內有可排放多肽鏈的中央管。

單個核糖體上具有一系列與蛋白質合成有關的結合位點與催化位點：與mRNA的結合位點，位于小-亞基上；接受氨酰基tRNA的部位，又稱A部位，主要在大亞基上；釋放tRNA的部位，又稱P部位，主要在小亞基上；肽酰轉移酶部位，簡稱T因子，位于大亞基上，催化氨基酸間形成肽鍵，使肽鏈延長；GTP酶部位，即轉位酶，簡稱G因子，對GTP具有活性，催化肽鏈從P部位―A部位；另外，核糖體上還有許多與起始因子、延長因子、釋放因子以及各種酶相結合的位點。

從分子角度看，核糖體是生物體中最復雜的分子機器。

3　核糖體的分類

除哺乳類成熟的紅細胞外，一切活細胞中均有核糖體，真核細胞比原核細胞多，幼稚細胞、未分化細胞、胚胎細胞、培養細胞、腫瘤細胞等尤其多。按存在部位分為細胞質核糖體、線粒體核糖體和葉綠體核糖體；按存在的生物類型分為真核生物核糖體和原核生物核糖體；按沉降系數分為70S核糖體(存在于線粒體、葉綠體以及原核細胞)和80S核糖體(存在于真核細胞的細胞質中)。真核細胞中，游離在細胞質中的核糖體稱為游離核糖體；附著在內質網表面的核糖體稱為附著核糖體，這兩類核糖體所合成的蛋白質種類不同。

無論哪種核糖體，其結構與化學組成完全相同；在進行蛋白質合成時，常3～5個或幾十個甚至更多聚集并與mRNA結合在一起，由mRNA分子與小亞基凹溝處結合，再與大亞基結合，形成一串，可排列成螺紋狀，念珠狀等，稱為多聚核糖體(游離多聚核糖體及固著多聚核糖體)，是合成蛋白質的功能團。mRNA的長短，決定多聚核糖體的多少。

4　核糖體的功能

核糖體是生物體內的“蛋白質合成工廠”，它將遺傳信息翻譯成肽鏈，進而生產出生物所需的全部蛋白質。蛋白質合成過程需要核糖體，而且還必須有mRNA、tRNA、20種氨基酸和一些蛋白質因子及酶、Mg2+、K+等參與，并由ATP、GTP提供能量。mRNA是合成模板，tRNA是識別密碼子、轉運相應氨基酸的工具；核糖體則是蛋白質的裝配機，它不僅組織了mRNA和rRNA的相互識別，將遺傳密碼翻譯成蛋白質的氨基酸順序，并且控制多肽鏈的形成。它能沿著mRNA模板一邊移動，一邊精確地“翻譯”著mRNA上的遺傳密碼。

結構蛋白在游離的核糖體上合成，分泌蛋白質多肽的合成一開始也在游離多聚核糖體上，但其mRNA在AUG之后有一段45―90bp的信號順序(密碼)，由此能翻譯出15-30個氨基酸的多肽(信號肽)。這種能合成信號肽的核糖體將成為附著核糖體與內質網結合，不能合成信號肽的為游離核糖體，仍散布于胞質中。從細菌到人類，各種生命體中核糖體的工作方式都驚人地相似。

真核細胞與原核細胞中蛋白質的合成雖有差異，但基本步驟相同，主要包括以下過程：

氨基酸與tRNA結合形成氨酰基-tRNA復合物后被轉運到核糖體上，多肽鏈合成開始；

在起始因子和Mg2+的作用下，小亞基與mRNA結合，甲硫氨酰tRNA識別并與mRNA上的AUG結合，接著大亞基也結合上去；

第二個密碼對應的氨酰基tRNA進入核糖體的A位，在轉位酶的作用下，P部位的氨酰基tRNA轉移到A位并與形成肽鍵，tRNA脫離P位并離開P位，進入胞質，核糖體沿mRNA往前移動，新的密碼又處于核糖體的A位，新氨酰基tRNA又入A位，形成三肽，核糖體又向前移動，如此反復，多肽鏈不斷延伸。

當mRNA上出現終止密碼時(uGA、UAA、UAG)，就無對應的氨基酸運人核糖體，肽鏈的合成停止，多肽鏈順著大亞基中央管全部釋放離開核糖體。同時大小亞基與mRNA分離，可再與mRNA起始密碼處結合，也可游離于胞質中或被降解，mRNA也可被降解。

5　核糖體的生物發生

核糖體的有趣之處不僅在于其功能，而且還在于它與蛋白質裝配的發生過程。真核細胞中，核糖體的生物發生與核仁有關，生物發生過程包括rRNA的合成、加工和核糖體亞單位的裝配。核仁組成成分包括rRNA、rDNA和核糖白，是rRNA基因存儲、rRNA

合成加工以及核糖體亞單位的裝配場所。

在普通的細胞中，存在著超過100個rDNA重復序列，位于染色體的核仁組織區，rDNA轉錄產生rRNA。和mRNA不同，rRNA是基因的最終產物。rDNA在RNA聚合酶I催化下產生初始轉錄產物――rRNA前體，不同生物的rRNA前體大小不同，哺乳動物為45S；真核細胞rRNA加工過程比較緩慢，其中間產物可從各種細胞中分離出來，加工過程比較清楚。45S rRNA前體很快與來自胞質的蛋白質結合，經加工剪切形成28S、18S和5.8S的rRNA，5s rRNA在核仁外合成。28S、5.8S及5S rRNA與蛋白質結合形成大亞基前體，成熟后經核孔入胞質為大亞基；18SrRNA與蛋白質結合，成熟后經核孔進入胞質為小亞基。大小亞基在胞質中可解離存在，但只有組成完整核糖體時才具有合成功能。

原核細胞核糖體的生物發生類似于真核細胞，也是先合成大的rRNA再切出小的rRNA。

6　核糖體研究與新型抗生素生產

在常規的抗生素中，有50％都是核糖體的抑制劑，主要作用是與核糖體結合，干擾或抑制菌體蛋白質的合成，細菌與哺乳動物的核糖體大小亞基的化學組成及功能特性有明顯差異，所以抗生素對人或動物沒有明顯影響。不過，這些抗生素大都是隨機發現的，而非從核糖體的結構出發有意研發。而約納特與施泰茨等人則期望從核糖體三維結構模型出發，研發出新型抗生素，他們已構筑了核糖體的三維模型，展示了不同的抗生素如何綁定到核糖體以抑制核糖體功能。更好地了解核糖體可以有助于利用計算機模擬研制出療效更好的抗生素，從而解決病原微生物對抗生素的“抗性”，有效地消滅“抗性”病原菌。

篇3

關鍵詞：酶分子；基因工程；蛋白質；前景

一、酶與酶的分子改造

（一） 酶

酶是指以蛋白質為主體的生物催化劑，具有在常溫常壓和近中性pH等溫和條件下，高效率地進行區域或對映體選擇性催化的特點。迄今為止，從生物界已發現和定性了近3000種酶，分屬氧化還原、轉移、水解、裂合、異構、連接六大類。由于酶具有反應專一性、催化效率高及反應條件溫和等優點，因此在工業、農業、醫藥和環保等方面已經得到越來越多的應用。但總體還沒有達到大規模應用的程度，其主要原因在于酶自身性質上的一些不足。因此，人們希望通過各種方法、按照需要定向地改造酶分子，甚至創造出自然界尚未發現的新酶，從而滿足各行各業的需要。

（二）酶的改造

在酶的應用過程中，有時會因酶的穩定性差、活力不夠理想及具有抗原性等缺點而受到一定的限制，為此常需對酶分子進行適當的改造和加工，以改善酶的性能。酶分子的改造以提高酶的穩定性和活性、增強酶的選擇性、改變酶的表面特性為目標.

二、改造酶的方法

（一） 化學修飾法

酶分子的化學修飾是指通過主鏈的剪接切割和側鏈的化學修飾對酶分子進行改造，其目的在于改變酶的一些性質，創造出天然酶不具備的某些優良性狀，擴大酶的應用以達到較高的經濟效益。

酶在進行化學修飾后，大多數酶的性質會發生一些變化，如熱穩定性、抗各類失活因子能力、抗原性、半衰期、最適PH值等。

酶修飾中存在的問題是，隨著酶與修飾劑結合率提高，酶活回收率將下降。克服的方法是采取一些保護措施，如添加酶的競爭性抑制劑，保護酶活性部位以及改進現有的修飾工藝，進一步完善酶的化學修飾法。

化學修飾酶的目標是提高酶活力，改進酶的穩定性，改變酶的特異性，提高催化過程的反應效率。

（二）生物酶工程法

酶的化學修飾法并非改造酶的惟一手段。隨著人們對酶的深入研究以及氨基酸一級結構的測定、基因重組技術的應用等，可以徹底地改造、合成并且模擬酶。這也就是生物酶工程的主要內容。生物酶工程主要包括基因工程技術和蛋白質工程技術。

1.基因工程技術改造和生產酶

基因工程改造酶分子主要包括三方面內容：①用基因工程技術大量生產酶。②修飾酶基因，產生遺傳修飾。③設計出新酶基因，合成自然界從未有過的酶。

自從 20 世紀 70 年代重組DNA技術的建立，使人們在很大程度上擺脫了對天然酶的依賴。近十年來，基因工程的發展使得人們可以較容易地克隆各種各樣天然的酶基因，使其在微生物中高效表達，并通過發酵進行大量生產。目前已有100多種酶基因克隆成功，包括尿激酶基因、凝乳酶基因等。

2.蛋白質工程改造和生產酶

蛋白質工程改造和生產酶包括合理設計技術和定向進化技術。

合理設計技術是蛋白質工程最早使用的技術，現在也在廣泛的使用。合理設計技術要做好三個方面的工作，首先要用結晶學技術來獲得蛋白質結晶體，然后利用x射線技術對晶體進行測量、分析，確定蛋白質的三維結構。其次，借助計算機對蛋白質進行選擇修飾，從氨基酸的化學結構預見空間結構，或通過人工智能等其它方法來確定蛋白質和功能的關系，找到要修飾的位點。第三，通過對基因序列的了解，運用定點突變技術來進行堿基替換。通過此法來改變蛋白質的功能，要想獲得理想的蛋白質工程產物往往要經過多次分析，替換才能達到目的。

定向進化技術是蛋白質工程的新策略，它是在不需要事先了解蛋白質空間結構的情況下通過模擬自然進化機制，以改進的誘變技術結合確定進化方向的選擇方法。因此它能解決合理設計所不能解決的問題，在生產中的應用越來越受到重視。定向進化是在待進化蛋白質基因的PCR擴增反應中，利用TaqDNA多聚酶不具有校對功能的性質，配合適當條件，以很低的比率向目的基因中引入突變，構建突變庫，憑借定向選擇方法，選出所需性質的蛋白質。定向進化實際就是隨機突變加上選擇，它與自然進化不同，整個過程都是在人為控制下進行的，并且還可以模擬真核細胞中DNA隨機拼接這一蛋白質進化過程來加速蛋白質的優化。

酶的蛋白質工程是在基因工程的基礎上發展起來的，而且仍需要應用基因工程的全套技術。所不同的是，酶的基因工程主要解決的是酶大量生產的問題，而蛋白質工程則致力于天然蛋白質的改造，制備各種定做的蛋白質，但也要用到基因工程的技術手段。

（三）酶分子的定點突變法

定點突變需要知道酶蛋白的一級結構及編碼序列，并根據蛋白質空間結構知識來設計突變位點。定點突變技術可以隨心所欲地在已知DNA序列中取代、插入或缺失一定長度的核苷酸片段。該方法與使用化學因素、自然因素導致突變的方法相比，具有突變率高、簡單易行、重復性好的特點。然而，定點突變技術只能對天然酶蛋白中少數的氨基酸殘基進行替換，酶蛋白的高級結構基本維持不變，因而對酶功能的改造較為有限。

篇4

【關鍵詞】生物知識 健康教育 科學素養

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）09-0144-01

一、神經系統的調節

在機體的生命活動中，神經系統發揮著廣泛的調節作用。神經系統作用時間短，在短時間內就能傳導一個興奮或抑制信號，而且起效快，分布較廣泛。在這節課的教學中，教師不妨從生活中的實例出發，解釋一些常見的壞習慣。運動會中發生急性扭傷、挫傷或無損傷磕碰時，很多人會選擇立刻揉搓，因為他們堅信這樣會減少疼痛，其實這是一種非常錯誤的想法，在磕碰的部位，神經更加興奮，血流速度更快，由于神經興奮，Na+內流，K+外流，導致內環境的滲透壓改變，從而紅細胞的形態會受到影響，如果這個時候立即揉搓，會造成皮下出血以及水腫，最恰當的處理方式是采取傷處局部急速降溫，如果磕傷較嚴重，應到醫院及時處理。

二、人體細胞獲得氧氣的過程

人體是通過肺進行呼吸的，除了肺之外，呼吸系統還包括呼吸道即鼻、咽、喉、氣管、支氣管。在教學過程中，向學生展示呼吸系統的圖片，來讓學生深入了解呼吸系統的構造，并通過具體的實例理解肺部適于氣體交換的形態結構特點，同時要倡導學生講究個人呼吸衛生，養成良好的衛生習慣，培養學生關心他人健康，關注環境質量的情感，其中最重要的是讓學生養成健康的生活習慣，有的同學喜歡在吃飯時大聲說笑，結果嗆住了，引起劇烈的咳嗽，這是一種壞習慣。為什么吃飯時不能大聲說笑呢？因為咽是食物和空氣進入體內的通道，呼吸時會厭軟骨像抬起的蓋子，使空氣暢通無阻，吞咽時，又像蓋子一樣蓋住喉管，以免食物進入氣管，如果吃飯時大聲說笑，會厭軟骨來不及蓋下，食物進入氣管，就會引起劇烈的咳嗽，所以吃飯時不宜大聲說笑，由此可見，生活中的好習慣的養成不容忽視。

三、自然界中的細菌、真菌

細菌在自然界中當分解者的角色，對自然界的自我更新起到不容忽視的作用，這是一小部分細菌的作用，絕大部分的細菌對人類來說還是有害無利的。寒冷的冬季來臨，感冒會一次又一次在人群中蔓延，有的感冒是病毒引起的，通常這類感冒的癥狀是流鼻涕，一般不用吃藥，多喝水，就能好。但是，如果感冒是細菌引起的，情況就會變得很糟，通常會高燒，而且持續的時間長，這時候就需要藥物來輔助治療，方可治愈。

真菌中絕大多數是蘑菇，其中少數無毒的可以使用，一般顏色鮮艷，看起來很誘人的蘑菇，食用起來就要小心了，還有一些真菌會引發一些疾病，像我們通常所熟知的“黑指甲”病就是真菌感染所致，治療起來很困難，所以在公共場合，尤其是洗浴中心這樣人群聚集的的地方，要做好自我保護意識，養成講衛生的好習慣，一旦被染上黑指甲，就不要到公共場所，以免傳染給別人，要做到愛惜自己，更要愛惜別人。

四、蛋白質工程的崛起

蛋白質工程作為分子生物學水平上對蛋白質結構和功能進行改造的手段已經收到越來越多的研究人員的關注，并且其應用廣泛，目前已經在蛋白質藥物、工業酶制劑、農業生物技術、生物代謝途徑等方面取得了突破性的進展。

隨著蛋白質工程的不斷進展，許多騙人的勾當層出不窮，例如，女性朋友都比較鐘愛的膠原蛋白產品不斷涌現出來，有些不法商家大肆宣揚自己的產品，聲稱是蛋白質工程的產物，對于皮膚的效果顯著，其實是由一些化學藥品精制而成，產品中根本不存在膠原蛋白。另外，口服的蛋白類產品，所含的膠原蛋白在分子量為1000-3000道爾頓范圍內才能夠直接被身體吸收；絕大多數的膠原蛋白分子量大于5000道爾頓，這樣的大分子蛋白進入人體后，被分解為小分子肽以及氨基酸分子，進而被人體吸收，所以美容產品中真正被人體有效吸收的成分并不多。

五、輸血與血型

近年來，一些大醫院的血庫中的血仍是供不應求，獻血的人主要顧忌獻血的過程中會感染一些疾病，如乙型肝炎、艾滋病等，這就需要相關的醫療部門加大力度來保證獻血人的安全，還有大多數人仍然考慮到獻血會對自己的身心帶來損害，其實在身體所允許的范圍內獻血，不但對身體無害，而且還可以促進血細胞的再生，一般的，正常人的總血量約占體重的7%～8%，獻血后，身體會很快恢復，血漿1～2小時恢復，血細胞3～4小時恢復，為促進這一過程，可以適當的補充營養。

篇5

作者：孫娜 楊雪 單位：哈爾濱三聯藥業有限公司

基因工程在醫學方面的應用

基因診斷生物技術的開發應用，提供了新的診斷技術，20世紀90年代就開始了基因診斷。DNA診斷技術是利用重組DNA技術，從基因中尋找病根主要應用于腫瘤、人類遺傳性疾病、傳染性疾病等多種疾病的診斷。DNA診斷技術特點是專一性強、靈敏度高、操作簡便，只要檢測出該病變基因的存在，就能確診。目前最新診斷技術是聚合酶鏈式反應的基因診斷技術。醫生使用“探針”就可正確診斷任何一種基因疾病。聚合酶鏈式反應的基因診斷技術也用于產前診斷和癥狀前診斷。聚合酶鏈式反應的基因診斷技術使我國具有對珠蛋白基因缺陷性貧血、血友病、杜氏肌營養不良癥等遺傳疾病診斷的能力。基因治療生物技術在疾病治療方面主要包括提供藥物、基因治療和器官移植等方面。基因治療是一種應用基因工程技術和分子遺傳學原理對某種基因缺陷引起的遺傳病進行糾正。世界上第一例成功的基因治療是一位4歲的美國女孩。目前接受基因治療和基因轉移的患者總數已有幾千名患者。目前，基因治療已擴大到心血管系統疾病、腫瘤、神經系統疾病等的治療。人類也已成功實現了肝、胰、腎、肺等器官移植。

蛋白質工程在藥學方面的應用

藥物作用機理目前，許多藥用的活性化合物在體內的作用機理并不清楚，應用蛋白質組學技術，可以更清楚更詳盡的闡明藥物的作用機理，從而提供更為有效、合理的藥理模型。Page等通過比較抗肝癌化合物OGT719和5-氟尿嘧啶分別處理過的腫瘤細胞株的蛋白質組表達圖譜，發現它們二者2-DE的表達圖譜發生了類似的變化，這表明二者在體內的作用機制相類似，其中一種發生顯著變化的蛋白質，經蛋白質組學技術鑒定為核糖體RNA結合蛋白(嘧啶合成途徑的一種重要蛋白質)，這表明，OGT719確實與已知的5-*Fu的作用機制類似[1]，Chevalier等運用蛋白質組學方法，比較了大鼠原代培養的肝細胞在過氧化物酶增殖因子萘酚平peroxisomeproliferatornafenopin）和表皮生長因子（epiˉdermalgrowthfactor，EGF）作用下的蛋白表達，發現了32種由過氧化物酶增殖因子萘酚平誘導的蛋白，包括毒蕈堿類乙酰膽堿受體3、中間絲波形蛋白等，從蛋白質水平上闡明了過氧化物酶增殖因子的致癌機制[2]。新藥篩選的研究目前，組合化學技術的成熟可以源源不斷地提供大量新藥開發的新化合物，但是，由于現有的篩選技術存在許多明顯的局限，而蛋白質組技術可通過分析比較化合物處理(治療)前后模型細胞或組織的蛋白質組的表達圖譜，快速提取該化合物的有效性和毒性方面有價值信息。隨著蛋白質組技術的不斷發展成熟，蛋白質組篩選技術將在今后的新藥開發中起著越來越重要的作用。藥物不良反應的研究蛋白質組學對藥物不良反應的研究，一般是通過比較正常組織和用欲研究的藥物處理過的組織細胞的蛋白質組，尋找藥物所具有毒副作用的跡象。蛋白質組指由一個基因組(genOME)，或一個細胞、組織表達的所有蛋白質(PROTein),MollerA等對胰腺癌細胞經較高劑量的細胞毒性藥柔紅霉素(Daunorubicin，DRC)處理后的蛋白質組的改變進行了研究，發現許多蛋白在DRC處理后調，而這些改變用逆轉錄PCR卻無法檢測到[3]。生物信息學的發展，已不僅是單純的對基因組、蛋白質組數據的分析，而且可以對已知的或新的基因產物進行全面分析。由此可見，檢測經藥物刺激的組織細胞的蛋白質組，可以幫助我們了解它們的毒理學機制。

篇6

【關鍵詞】生物催化技術發展化學制藥研究

生物催化是指通過酶或生物有機體的催化作用實現生物的化學轉化，故又被稱為生物轉化。隨著科技的進步和發展，生物催化逐漸進入人們的生產生活，從根本上改善了人們的經濟效益、能源消耗和原料來源，對環境保護也作出了積極貢獻。生物催化技術是生物技術改革中的第三次浪潮，成為歷年來生物技術中的標志性技術。

1.生物催化技術及其發展

（1）生物催化技術。經濟合作與發展組織（OECD）指出，生物酶催化技術是目前工業發展中最有利于可持續發展的一項技術。生物催化技術主要涉及到化學領域和生物學領域，在醫藥化工領域中可通過酶或微生物的催化作用實現大規模生物的轉化。生物催化技術在很大程度上促使衍生物往多樣性方向發展，實現對復雜產物的結構修飾及簡單分子化合物庫的新建，產物在經過生物催化后能夠延伸出現的生理活動物質。

先導化合物在生物催化作用下具有一定的優越性，主要體現在以下幾點：①可能反應的產物范圍大；②在反應過程中無需進行脫保護和基團保護，一步便可完成相關反應；⑧實現生產的定向立體選擇和區域選擇；④生物催化的反應條件溫和，利于穩定復雜的分子結構；⑤在均一和溫和的反應條件下可獲取反應的重現性及實現反應的自動化；⑥由于酶具有固定化特性，故在生產過程中可反復循環使用催化劑。

（2）生物催化技術的發展。生物催化技術的提出是源于科學家對活體細胞成分的認識，一部分的專家和學者認為某些細胞成分可用于特定條件下的化學轉化。例如苯甲醛從植物中提取后與氫氰酸結合可制成（R）一苯乙醇腈，半合成抗生素的生產則依靠G酞基轉移酶的幫助。1980年后，隨著科技的發展和進步，蛋白質工程技術得到空前的發展，使得酶的底物范圍大大增加，實現了常見合成中間物的生物合成。在此科技背景之下，生物催化技術逐漸被運用于精細化化學和藥物中間體生產領域。

（3）隨著近年來基因合成、生物信息學、蛋白質工程和序列分析等觀念的進步及電腦建模和生物學工具的更新，越來越多的專家學者在分子生物學的基礎上對分子進行快速進化處理，極大的改善了原有的生物催化劑。生物催化劑經過改造后可穩定處：T-60℃的有機溶液中，在接受新的底物時可自動催化新的生物反應。

2.化學制藥中的生物催化技術研究

在生物催化技術的發展背景之下，酶和微生物反應成為生物學領域的關注熱點。許多長期研究微生物和酶的專家學者開始著手于有機合成的研究，促使生物催化技術逐漸發展成為一項不對稱合成的生物技術。

（1）西他列汀游離堿。美國的Codexis公司和德國的Merck公司通過酶做催化劑實現西他列汀游離堿的生產。他們較早發現R構型選擇性轉氨酶的分子結構類似于西他列汀酮，其中一些分子質量較小的可阻斷甲基酮并具有一定活性。而后Codexis公司對轉氨-酶進行改造，實現了一種催化加氫路線的構建，且在生產過程中并不產生S豐勾型西他列汀酮。由于該生物技術具有一步到位的優點，故設備的生產能力和分子的反應能力得到有效提高，且在一定程度上降低了廢棄物品的產出。

（2）阿伐他汀（立普妥）。6-氰3和5一二羥基乙酸叔丁酯是阿伐他汀（立普妥）生產過程中需要的活性中間體，美國Codexis公司通過生物催化實現此種活性中間體的生產。Codexis公司以分子重組為基礎，采用了最先進的直接優化技術，開發了具有穩定性、選擇性和活性的3種酶。前手性氯酮在2種優化酶手性選擇性的催化作用下發生氫化反應，生成純手性的氯乙醇。

（3）普瑞巴林。美國的Pfizer公司通過生物催化的方式實現普瑞巴林的生產。基于蛋白質工程技術進行改造的水解酶問世后，運用該水解酶會對S-2-羧乙基-3氰基-5-甲基乙酸的鉀鹽進行選擇性水解，在溫和條件下物質發生一系列水解反應，最終得到普瑞巴林。-2-羧乙基-3氰基-5-甲基乙酸在脂肪酶的選擇性水解下產出-2-羧乙基-3氰基-5-甲基乙酸的鉀鹽，在此基礎上進行化學合成，實現普瑞巴林的制備，可獲取40%的最終收率，通過對目標產物的檢測可得其ee值為99.7%。

篇7

劉曉晴，首都師范大學生命科學學院教學副院長。1990年畢業于山東大學發育生物學專業，獲得碩士學位。同年任教于首都師范大學生物系，1998年赴德國Tuebingen大學攻讀博士學位，于2002年3月獲得博士學位，在此期間主要從事生物化學及分子生物學領域的研究工作，研究方向為分子水平酶的活性調控機理；2002年11月回國后繼續從事蛋白質的結構與功能方向的研究工作，擔任生物化學、蛋白質工程的教學工作。近年來主要從事嗜熱酶的結構和功能研究。

從本科、碩士到博士，從普通工作人員到學院教學副院長、教授，期間既要工作，又要學習，還要照顧家庭，現在又要承擔繁重的行政管理任務。借用劉曉晴近期的研究方向來做比喻，她真的是憑著自己的一腔“嗜熱”激情，不懈努力，一步一個腳印地走過來的，各種艱辛只有她自己知曉。

科研篇　嗜熱激情點亮科研前路

進入管理崗位之前，劉曉晴長期從事生物科學與教研工作。目前研究方向主要有蛋白質的結構與功能的關系、極端環境酶的研究和利用、利用化學酶法探究藥物合成的新途徑三個方面，而這三方面的工作都是以嗜熱菌的研究為介質的。

嗜熱菌，顧名思義是依賴于高溫而生存的微生物，又稱高溫細菌。它是一類生活在高溫環境中的微生物，如火山口及其周圍區域、溫泉、工廠高溫廢水排放區等。近30年來，這一類微生物越來越廣泛地引起了科學家們的重視和興趣。特別是在水的沸點和沸點以上溫度條件下能生活的細菌被發現后，更促進了對嗜熱微生物的研究。

據劉曉晴介紹，來源于嗜熱菌的蛋白酶由于其在高溫條件下仍具有水解蛋白質的功能，使得在造紙業、食品加工業、紡織業、工業廢水處理等領域有著廣泛的應用價值。但由于培養多數天然嗜熱菌的條件比較苛刻，其生長速度極其緩慢，酶產量低而且酶的活性也較低，難以滿足工業生產的應用，制約了它的廣泛發展。近些年來，隨著蛋白質工程技術的發展，人們采用分子生物學手段，將嗜熱菌酶的基因轉移到普通宿主菌中，在溫和的條件下生產嗜熱菌酶，從而為大量制備嗜熱菌酶提供了行之有效的方法，同時，也為進一步研究嗜熱菌酶的結構、功能、耐熱機制等基礎方面研究提供了有力保證。

鎖定嗜熱菌研究方向，在研究過程中，劉曉晴逐漸形成了三方面研究內容。

首先，在蛋白質的結構與功能的關系研究中，劉曉晴將研究的重點放在蛋白質復合體的結構研究上，以丙酮酸脫氫酶復合體和鐵硫簇合成途徑中的蛋白復合體為研究對象，從酶動力學和酶結構兩方面來探討酶復合體的結構與功能的關系。

其次，在極端環境酶的研究和利用工作中，她和她所帶領的團隊以嗜熱蛋白酶的研究為基礎，力求解析極端酶的嗜熱機理，結構與功能關系，發掘新型極端酶和利用基因改造技術從而獲得突變酶。

三是因為化學酶法合成有潛在應用價值的藥物，利用酶的催化活性在體外可以針對性地合成特定的化合物，所以，劉曉晴及其團隊希望用這種組合生物合成的方法――化學酶法，作為合成先導化合物的策略，用于探究藥物合成的新途徑。這項工作與德國馬爾堡大學的李書明教授一直合作。

據統計，近期由劉曉晴擔任項目支持人的項目共5項，包括3項國家自然基金項目和來自北京市教委、留學回國人員科研啟動等項目。研究內容囊括了對多酶復合體活性調節的分子機制、嗜熱菌蛋白酶的結構功能及其熱穩定性的分子機制、嗜熱菌鐵硫簇SUF合成途徑的研究等，大部分已有成果，廣獲業界好評。在此期間培養了十多名研究生，有的轉為博士繼續學習，有的已經畢業走上工作崗位。

教學管理篇　教研管理兩相長

如果說教學與科研為“雙肩”，那么，管理和教研又為“兩棲”。事實上，無論是教學與科研，還是管理與教研，無非就是能力的使用和貫通。這句話，放到劉曉晴身上再合適不過。除了一直以來擔當的科研工作者之外，她還有另外兩重重要的身份，即園丁育人及管理人才。而無論做什么，她都能憑借自己的聰明與才智、豐富學識和縝密的思維，放到哪里，哪里都能“生根”、“開花”。

在教書育人方面，劉曉晴堅持教師職業的信念，把教書育人看成是一種幸福，以積極飽滿的熱情去做好教書育人的每一件事。她長期擔任本科生和研究生的教學工作，對本科教育頗有心得：“本科教育真的是需要有無私奉獻的精神，只要用一顆愛學生的心去理解學生、關心學生、引導學生，學生一定會感受得到，而快樂學習是他們獲得進步的源泉。”正因為用心去工作，近年來，劉曉晴在教學領域獲得了諸多成績：2007年獲得師德先進個人；由她負責的“生物技術綜合實驗”校級精品課程經市教委嚴格審批，獲評為2010年度北京市高等學校精品課程。

“敢于創新、注重交流”成為她教學生涯中的亮點：由她負責的生物化學課程2006年首先開始雙語授課；從2005年開始申請負責德國DAAD資助的交流學生互換項目，其中，首師大生科院與德國圖賓根大學生化所交流互換已進行6年，截至目前已有中德雙方各20名學生在對方的學校進行學習。

篇8

這位患有多種并發癥的女性患者王××，于元月6日經陜西省西安第四軍醫大學附屬醫院介紹轉入中國煤礦工人北戴河療養院，鼻導管吸氧狀態下動脈血氧分壓僅為36.6mmHg，呼吸每分鐘40余次，心率每分鐘160次以上，隨時都有生命危險。

PAP唯一有效的治療方法是全肺大容量灌洗。而患者當時身體狀況根本不能承受肺灌洗治療的麻醉風險，或因低氧血癥危及生命，或因脆弱的炎性肺組織破裂而導致水氣胸。而不做肺灌洗治療，病人就會在較短時間內死亡。鑒于能否實施肺灌洗，何時何條件灌洗，術中如何確保患者萬無一失等技術難題，院領導多次組織院內外專家會診。秦皇島市呼吸系統疾病專家面對這名患者嚴重的肺感染等并發癥，表示對病情預后不抱希望，勸患者家屬早作“準備”。

該患者自轉入中國煤礦工人北戴河療養院起，醫生們制定詳細的治療方案。有效地控制肺臟感染，阻止病情發展，維系生命，進而為肺灌洗手術創造條件；年輕醫生運用進修學習獲得的先進醫學技術，給患者以無創呼吸機行面罩進行呼吸支持，促使血氧飽和度數值升高，全身狀況好轉；經過了20天的臨床治療，肺部炎癥得到有效控制。終于在確保術中麻醉安全、預防低氧血癥等關鍵環節有了較大把握條件下，于1月26日對患者實施了肺灌洗治療。術中采用了內給氧的特殊措施，以保證灌洗術順利進行。手術一直進行了11個小時，一次麻醉，雙肺同期灌洗。其難度是17年來3400多例治療中少見的。為了減輕患者的治療風險和經濟負擔，在沒有體外循環和膜氧合等的輔助設備下， 醫生們有效地“人工控制”患者術中血液氧濃度，保證了灌洗術安全。

篇9

        1.加強實驗教學，激發興趣

        我們知道，化學是一門以實驗為基礎的科學，實驗是化學的重要研究方法。只有重視實驗，才能使化學教學獲得成功；只有通過趣味新奇的化學實驗探究，才能激發學生的好奇心理，才能激發他們思索的欲望。教學中我們發現，不少的學生對元素符號、化學式、化學方程式、物質結構以及基本概念和基本理論等知識，常會感到抽象難懂，枯燥乏味，沒有興趣。為此，教師可以通過引導學生設計有關的實驗來激發學生的學習興趣，有意安排一些有趣的化學實驗，讓學生自我感悟與探索，從而培養其學習興趣。如在進行原電池教學時，引導學生設計不同的水果電池，并開展小組之間的競爭，從而激發學生學習化學的興趣和探究熱情。

        2.巧妙地借用古詩詞，激發興趣

        新課程要求化學教師關注學生的全面和諧發展，古詩詞是我國五千年燦爛文化的精髓，先人在創作時巧妙地借用了許多化學知識，使其作品大放異彩。新課程強調注重學科滲透和情感價值觀，而古詩詞不失為對學生進行綜合素養教育的優良素材。在中學化學課程的教學中，教師可以充分利用古詩詞中有關化學的內容，不僅可以培養學生綜合運用化學知識及利用學科知識解決實際問題的能力，還可以讓學生感受古人的智慧，從內心感懷我們的先輩，從而激起學生學習的興趣和熱情。如在學習“酯”這一內容時，可這樣引起學生的注意：唐代黃巢在《》中寫道：“沖天香陣透長安，滿城盡帶黃金甲。”宋代林和靖在《山園小梅》中描寫梅花“疏影橫斜水清淺，暗香浮動月黃昏”。杜甫在《樹間》中也寫道：“岑寂雙柑樹，婆娑一樹香”。花兒為什么這樣香？因為有些花的花瓣中有一種油細胞，能分泌易揮發的酯類物質——芳香油。這樣的課堂既充滿了詩情畫意，又讓學生覺得耳目一新，自然也就吸引了學生的眼球。

        3.巧妙設“疑”，激發興趣

        教育家陶行知說過：“發明千千萬，起點是一問。智者問的巧，愚者問得笨。”教師對“問題的提出要掌握好時間，要把握好火候。這些問題就如指向明確的路標，引導學生尋求答案而自覺踴躍的思考、分析、推理論證。在講“糖類，蛋白質”時，可以設計如下問題：“糖都是甜的嗎？為什么？”  “燒焦的頭發為什么有氣味？是什么氣味？”  “生物學上講的蛋白質工程與我們講的蛋白質結構有沒有關系？”  “蛋白質在生命活動中究竟有什么作用？”等等。這些看似與教學內容無關的“問題”會促使學生思維活躍，產生想象，激發興趣。

        4.關注時事，激發求知

篇10

1. 求異性思維能力的開發。求異性思維在創造性思維發展的初期表現得特別明顯。它要求關注客觀事物的不同性與特殊性、現象與本質、形式與內容的不一致性。如，高中生物教材必修一第56頁有這樣一個實驗：為了研究細胞核是否為活細胞所必需，一位生物學家做了這樣的實驗。他研究了100個細胞，把每個細胞都分成兩個部分，一部分含有細胞核，另一部分不含細胞核，所有細胞都放在一定條件下培養，他得到如下兩個結果：第一，100個無核的細胞到第四天都全部死亡；第二，100個有核的細胞大部分存活下來，但隨著培養天數的增加也在減少，培養到第30天，只有65個細胞存活。要學生解釋第一個結果為什么全部死亡，第二個結果為什么大部分存活下來，但是要解釋第二個結果中為什么還有那么多細胞死亡就有難度了，要能夠合乎邏輯地解釋此種現象，就要求學生要有求異性思維。教學中通過學生討論，引導學生超出細胞核本身的功能來解釋此種現象，逐漸得出第二個結果減少的可能原因：人為因素，如培養基不合理導致死亡，或者是因為細胞壽命而正常凋亡等。在這個討論過程中，就培養了學生的求異性思維能力。用于求異性思維培養的材料還有很多，如傘藻的嫁接和核移植實驗、主動運輸只有離子進入細胞，有沒有離子排除細胞、分析雜交育種的優缺點等等。

2. 聯想性思維能力的開發。聯想是將表面看來互不相干的事物聯系起來。如，必修一第38頁：1969年，人們在墜落于澳大利亞啟遜鎮的隕石中發現了氨基酸，這些氨基酸不是來自地球，對此你可以做出什么聯想？又如，必修一第60頁：把裝有蔗糖溶液的長頸漏斗放在盛有清水的燒杯中，漏斗口密封一層半透膜，漏斗的液面為什么會升高？通過學生思考和討論，得出滲透作用的條件：一是需要半透膜，二是半透膜兩側需要濃度差，由此現象聯想細胞是怎樣吸水和失水的？細胞吸水和失水是否也具有這兩個條件，充分發揮學生聯想的思維能力。通過紅細胞和洋蔥鱗片葉表皮細胞的吸水和失水的實驗，使學生認識到細胞也是通過滲透作用吸水和失水，同樣具備滲透作用的條件，這樣的教學過程成功地培養了學生的聯想性思維能力。

3. 發散性思維能力的開發。發散性是指從某一點出發，既無一定方向，也無一定范圍的思維。如，必修一第50頁：溶酶體含有多種水解酶，為什么溶酶體膜不會被分解？又如，必修三第30頁：假如你是一位工程師，要為胰島素分泌不足的糖尿病患者設計一個隨身攜帶的“人工胰島”，請寫出你的設計思路，指出要解決的主要問題。對于類似于上述這類問題的探究和思考，學生會從不同角度、不同方向回答，這樣就可以從不同的角度發掘他們的思維能力，來解決這些問題，有利于培養學生的發散性思維能力。

4. 綜合性思維能力的開發。綜合是把事物的各個側面、部分和屬性統一為整體的認識，是按他們內在的、必然的、本質的聯系把整個事物在思維中再現出來的方法。如，高中生物教材中畫概念圖的練習，像必修一第58頁：將動物細胞中各種結構的名稱及其相互關系以概念圖的形式表示出來等，通過畫概念圖就是對學生綜合思維能力的開發。又如，必修二第40頁思維拓展題：從細菌到人類，性狀都受到基因控制。是否所有生物的基因都遵循孟德爾遺傳規律，為什么？類似于這類問題的探究和討論，都是很好地培養學生綜合性思維能力的途徑。

5. 逆向性思維能力的開發。逆向性思維是指不沿著前輩或者自己長久形成的、固有的思路思考問題，而是從相反的方向尋找解決問題的途徑和辦法。在必修二遺傳題中，解題方法主要有兩種：正推發，即已知親代推導子代性狀和基因型積比率；但更多的是第二種逆推法，即根據子代的性狀推導親代的基因型。這類遺傳題的訓練有利于培養學生逆向性思維能力。再如，蛋白質工程的基本思路就是運用逆向思維的方法來解決這個問題。正常的思維是由DNA推定信使RNA，再有信使RNA推定蛋白質，但蛋白質工程則相反，是由蛋白質推定信使RNA，再由信使RNA推定DNA，這樣內容的教學同樣培養了學生的逆向性思維能力。