蛋白质工程范文

导语：如何才能写好一篇蛋白质工程，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

一、 教学目标

1、知识方面

（1）举例说出蛋白质工程崛起的缘由。

（2）简述蛋白质工程的原理。

2、情感态度与价值观方面

（1）关注蛋白质工程的发展。

（2）认同蛋白质工程的应用促进生产力的提高。

3、能力方面

尝试运用逆向思维分析和解决问题。

二、 教学重点和难点及解决策略

1、教学重点

（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？

解决策略：复习基因工程有关知识，由基因工程的市值及基因工程的成果（蛋白质类的药物）产生问题矛盾，水到渠成。

（2）蛋白质工程的原理。

解决策略：以旧促新——“中心法则”的逆推。

2、教学难点

蛋白质工程的原理。

“问题 探讨”式。不能直接改变蛋白质的原因？ 改造基因为什么能改造蛋白质？根据什么去改造基因？等问题。

三、教学方法：

采用“提出问题—思考、探究—再提出新问题—再探究”的教学模式。

四、学法：

以旧促新，逆向思维的锻炼。

五、教具

POWERPOINT课件

六、 教学过程

（一）导入：

复习导入法。

让我们先来复习一下有关基因工程的知识吧！

1、Powerpoint课件：表格“有关基因工程的知识”

2、基因工程硕果累累，例如大肠杆菌为人类生产出了胰岛素；牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物；烟草植物体内含有了某种药物蛋白。

3、峰回路转

但基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而这些天然的蛋白质不一定符合人类生产和生活的需要。那么，我们人类如何解决这一矛盾呢？

人们就要对现有的蛋白质进行改造，制造出从天然蛋白质中找不到的蛋白质，即非天然的蛋白质。

这样一来，蛋白质工程就应运而生了。

板书 1.4 蛋白质工程的崛起

预知内容

在这个小专题中我们主要研究三个问题：1、蛋白质工程崛起的原因是什么？2、蛋白质工程怎么做？即蛋白质工程的基本原理。3、蛋白质工程进展如何？

板书1、崛起原因：2、基本原理3、进展和前景

（二）教学目标的达成：

1、蛋白质工程崛起的缘由

首先我们来回答第一个问题：崛起的原因是什么？

引导学生回答（生产符合人类需要的非天然蛋白质）

2、蛋白质工程的基本原理

（1）下面我们大家一起分享蛋白质工程的两个成果：

Powerpoint课件展示：“干扰素的耐贮存性”和“lys含量高的玉米”简要过程。

（2）提出问题：上述的两个例子是对蛋白质分子的直接操作吗？

大家看P26左侧第二个问号（《？》），希望它能给你带来很大的帮助。（四人一组）

引导学生回答（不能，第一，改造过的蛋白质无法遗传；第二，改造蛋白质难度大，不易操作）

（3）再提出问题：改造基因为什么就能使蛋白质得以改造呢？基因与蛋白质之间有什么关系？基因如何决定蛋白质的？你还记得吗？

（4）学生讲述基因表达的过程教师板演

由此可见，蛋白质的合成过程是按中心法则进行的。

刚刚我们大家讨论过：要获取人类所需要的非天然的，就要先改造决定它的基因。这个目的基因是什么？怎么知道？依据什么去合成我们所需要的目的基因呢？

大家想一想，讨论一下

（5）引导学生回答，中心法则的逆推过程（板书）

及时的鼓励，同学们的思路，正是科学家们的思路

（6）小小结 其实在蛋白质工程操作过程中一共进行了两次中心法则。但一个假的（中心法则的逆推过程）；一个是真的（为人类生产所需要的非天然的蛋白质）大家看黑板，蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质或非天然的蛋白质，就要改造DNA，

（7）因此，蛋白质工程的实质是？（对编码蛋白质的基因改造）

（8）原理应该是？（中心法则的逆推）

（9）P27讨论题。

有利于学生对学习内容的理解，也能锻炼学生的思维。Powerpoint课件展示“遗传密码子表”

（10）通过以上的分析和讨论，你能否给蛋白质工程下一个定义呢？

Powerpoint课件以提示

（11）对现有的蛋白质的改造或制造心的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成来实现，因此蛋白质工程最终还是要回到基因工程上来，所以，可以说，蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。（板书）

3、蛋白质工程的进展和前景

同学们回味一下，基因工程和蛋白质工程的产生和发展离不开人类的需要，离不开社会生产力的需要，离不开理论和技术的支撑。可以说蛋白质工程的前景是光明的，道路是曲折的。

学生齐读P26第一自然段和P28课文，总结蛋白质工程的理论支撑、成果、困难。

尽管路漫漫其修远兮，但吾将上下而求索

七、小结

你有什么收获？

如果你是一个出题者，分值最多的应该分布在哪？（指出重点）

八、巩固练习（见课件）

九、作业：P28“思考与讨论”第2题

十、板书设计

1.4 蛋白质工程的崛起

1、崛起的缘由：

生产符合人类需求的非天然的蛋白质

2、基本原理：

（1）原理：

中心法则的逆推

（2）实质：

改造编码蛋白质的基因

（3）流程：

3、进展和前景：

（1）理论与技术的支撑

（2）现状

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关键词　核糖体　大小亚基　诺贝尔奖　新型抗生素

中图分类号Q-49

文献标识码　E

随着2009年诺贝尔化学奖的揭晓，人们的目光聚焦于一座无比复杂而又极其精密的“蛋白质合成工厂”――核糖体，它几乎遍布生物体的每一个细胞，承担着上万种蛋白质合成的重任，在化学水平上制造生命并控制着它的走向。

1　核糖体的发现

1953年，瑞宾逊和布恩用电镜观察植物细胞时发现胞质中存在一种颗粒物质；1955年帕拉蒂在动物细胞中也看到同样的颗粒，并进一步研究了这些颗粒的化学成份和结构；1958年罗伯茨根据化学成份将其命名为核糖白体，简称核糖体。对核糖体的研究历经数载，至20世纪90年代进入新的发展时期，2009年诺贝尔化学奖就是很好的佐证。

2　核糖体的组成与结构

核糖体为不规则颗粒，无膜，包括大、小两个亚基，由蛋白质和rRNA组成，相对分子质量约为2.5―3兆道尔顿，直径为25―30 nm，光镜下不可见，是生命体中最小的细胞器，10万转／min的高速离心条件下可从细胞中分离出来。核糖体的大小以沉降系数s表示，s值越大，颗粒越大、相对分子质量越大。

糖体蛋白和rRNA的比例在原核细胞中为1.5:1，在真核细胞中为1:1。真核细胞核糖体为80S，大亚基60S，有大约49种蛋白质和三种rRNA(28s、5s和5.8S)；小亚基为40S，有大约33种蛋白质和一种rRNA(18S)。原核细胞核糖体为70S，大亚基50S，有大约34种蛋白质和2种rRNA(23S、5S)；小亚基为30S，有大约21种蛋白质和1种rRNA(16S)。每个亚基中，以一条或二条高度折叠的rRNA为骨架，将几十种蛋白质组织起来，二者靠非共价键紧密结合，蛋白质主要分布在核糖体的表面，rRNA大部分围在内部，小部分露在表面。

在活细胞中，核糖体的大小亚基、单核糖体和多聚核糖体处于一种不断解聚与聚合的动态平衡中，随功能而变化，执行功能时为多聚核糖体，功能完成后解聚为大、小亚基。大亚基侧面观是倒圆锥形，底面不平，边缘有3个突起，中央为一凹陷，似沙发的靠背和扶手。小亚基是略带弧形的长条，一面稍凹陷，一面稍外突，趴在大亚基上，似沙发上趴了一只小猴。大小亚基凹陷部位对应结合，形成了一个内部空间，可容纳mRNA、tRNA及进行氨基酸缩合等反应。此外，在大亚基内有可排放多肽链的中央管。

单个核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点：与mRNA的结合位点，位于小-亚基上；接受氨酰基tRNA的部位，又称A部位，主要在大亚基上；释放tRNA的部位，又称P部位，主要在小亚基上；肽酰转移酶部位，简称T因子，位于大亚基上，催化氨基酸间形成肽键，使肽链延长；GTP酶部位，即转位酶，简称G因子，对GTP具有活性，催化肽链从P部位―A部位；另外，核糖体上还有许多与起始因子、延长因子、释放因子以及各种酶相结合的位点。

从分子角度看，核糖体是生物体中最复杂的分子机器。

3　核糖体的分类

除哺乳类成熟的红细胞外，一切活细胞中均有核糖体，真核细胞比原核细胞多，幼稚细胞、未分化细胞、胚胎细胞、培养细胞、肿瘤细胞等尤其多。按存在部位分为细胞质核糖体、线粒体核糖体和叶绿体核糖体；按存在的生物类型分为真核生物核糖体和原核生物核糖体；按沉降系数分为70S核糖体(存在于线粒体、叶绿体以及原核细胞)和80S核糖体(存在于真核细胞的细胞质中)。真核细胞中，游离在细胞质中的核糖体称为游离核糖体；附着在内质网表面的核糖体称为附着核糖体，这两类核糖体所合成的蛋白质种类不同。

无论哪种核糖体，其结构与化学组成完全相同；在进行蛋白质合成时，常3～5个或几十个甚至更多聚集并与mRNA结合在一起，由mRNA分子与小亚基凹沟处结合，再与大亚基结合，形成一串，可排列成螺纹状，念珠状等，称为多聚核糖体(游离多聚核糖体及固着多聚核糖体)，是合成蛋白质的功能团。mRNA的长短，决定多聚核糖体的多少。

4　核糖体的功能

核糖体是生物体内的“蛋白质合成工厂”，它将遗传信息翻译成肽链，进而生产出生物所需的全部蛋白质。蛋白质合成过程需要核糖体，而且还必须有mRNA、tRNA、20种氨基酸和一些蛋白质因子及酶、Mg2+、K+等参与，并由ATP、GTP提供能量。mRNA是合成模板，tRNA是识别密码子、转运相应氨基酸的工具；核糖体则是蛋白质的装配机，它不仅组织了mRNA和rRNA的相互识别，将遗传密码翻译成蛋白质的氨基酸顺序，并且控制多肽链的形成。它能沿着mRNA模板一边移动，一边精确地“翻译”着mRNA上的遗传密码。

结构蛋白在游离的核糖体上合成，分泌蛋白质多肽的合成一开始也在游离多聚核糖体上，但其mRNA在AUG之后有一段45―90bp的信号顺序(密码)，由此能翻译出15-30个氨基酸的多肽(信号肽)。这种能合成信号肽的核糖体将成为附着核糖体与内质网结合，不能合成信号肽的为游离核糖体，仍散布于胞质中。从细菌到人类，各种生命体中核糖体的工作方式都惊人地相似。

真核细胞与原核细胞中蛋白质的合成虽有差异，但基本步骤相同，主要包括以下过程：

氨基酸与tRNA结合形成氨酰基-tRNA复合物后被转运到核糖体上，多肽链合成开始；

在起始因子和Mg2+的作用下，小亚基与mRNA结合，甲硫氨酰tRNA识别并与mRNA上的AUG结合，接着大亚基也结合上去；

第二个密码对应的氨酰基tRNA进入核糖体的A位，在转位酶的作用下，P部位的氨酰基tRNA转移到A位并与形成肽键，tRNA脱离P位并离开P位，进入胞质，核糖体沿mRNA往前移动，新的密码又处于核糖体的A位，新氨酰基tRNA又入A位，形成三肽，核糖体又向前移动，如此反复，多肽链不断延伸。

当mRNA上出现终止密码时(uGA、UAA、UAG)，就无对应的氨基酸运人核糖体，肽链的合成停止，多肽链顺着大亚基中央管全部释放离开核糖体。同时大小亚基与mRNA分离，可再与mRNA起始密码处结合，也可游离于胞质中或被降解，mRNA也可被降解。

5　核糖体的生物发生

核糖体的有趣之处不仅在于其功能，而且还在于它与蛋白质装配的发生过程。真核细胞中，核糖体的生物发生与核仁有关，生物发生过程包括rRNA的合成、加工和核糖体亚单位的装配。核仁组成成分包括rRNA、rDNA和核糖白，是rRNA基因存储、rRNA

合成加工以及核糖体亚单位的装配场所。

在普通的细胞中，存在着超过100个rDNA重复序列，位于染色体的核仁组织区，rDNA转录产生rRNA。和mRNA不同，rRNA是基因的最终产物。rDNA在RNA聚合酶I催化下产生初始转录产物――rRNA前体，不同生物的rRNA前体大小不同，哺乳动物为45S；真核细胞rRNA加工过程比较缓慢，其中间产物可从各种细胞中分离出来，加工过程比较清楚。45S rRNA前体很快与来自胞质的蛋白质结合，经加工剪切形成28S、18S和5.8S的rRNA，5s rRNA在核仁外合成。28S、5.8S及5S rRNA与蛋白质结合形成大亚基前体，成熟后经核孔入胞质为大亚基；18SrRNA与蛋白质结合，成熟后经核孔进入胞质为小亚基。大小亚基在胞质中可解离存在，但只有组成完整核糖体时才具有合成功能。

原核细胞核糖体的生物发生类似于真核细胞，也是先合成大的rRNA再切出小的rRNA。

6　核糖体研究与新型抗生素生产

在常规的抗生素中，有50％都是核糖体的抑制剂，主要作用是与核糖体结合，干扰或抑制菌体蛋白质的合成，细菌与哺乳动物的核糖体大小亚基的化学组成及功能特性有明显差异，所以抗生素对人或动物没有明显影响。不过，这些抗生素大都是随机发现的，而非从核糖体的结构出发有意研发。而约纳特与施泰茨等人则期望从核糖体三维结构模型出发，研发出新型抗生素，他们已构筑了核糖体的三维模型，展示了不同的抗生素如何绑定到核糖体以抑制核糖体功能。更好地了解核糖体可以有助于利用计算机模拟研制出疗效更好的抗生素，从而解决病原微生物对抗生素的“抗性”，有效地消灭“抗性”病原菌。

篇3

关键词：酶分子；基因工程；蛋白质；前景

一、酶与酶的分子改造

（一） 酶

酶是指以蛋白质为主体的生物催化剂，具有在常温常压和近中性pH等温和条件下，高效率地进行区域或对映体选择性催化的特点。迄今为止，从生物界已发现和定性了近3000种酶，分属氧化还原、转移、水解、裂合、异构、连接六大类。由于酶具有反应专一性、催化效率高及反应条件温和等优点，因此在工业、农业、医药和环保等方面已经得到越来越多的应用。但总体还没有达到大规模应用的程度，其主要原因在于酶自身性质上的一些不足。因此，人们希望通过各种方法、按照需要定向地改造酶分子，甚至创造出自然界尚未发现的新酶，从而满足各行各业的需要。

（二）酶的改造

在酶的应用过程中，有时会因酶的稳定性差、活力不够理想及具有抗原性等缺点而受到一定的限制，为此常需对酶分子进行适当的改造和加工，以改善酶的性能。酶分子的改造以提高酶的稳定性和活性、增强酶的选择性、改变酶的表面特性为目标.

二、改造酶的方法

（一） 化学修饰法

酶分子的化学修饰是指通过主链的剪接切割和侧链的化学修饰对酶分子进行改造，其目的在于改变酶的一些性质，创造出天然酶不具备的某些优良性状，扩大酶的应用以达到较高的经济效益。

酶在进行化学修饰后，大多数酶的性质会发生一些变化，如热稳定性、抗各类失活因子能力、抗原性、半衰期、最适PH值等。

酶修饰中存在的问题是，随着酶与修饰剂结合率提高，酶活回收率将下降。克服的方法是采取一些保护措施，如添加酶的竞争性抑制剂，保护酶活性部位以及改进现有的修饰工艺，进一步完善酶的化学修饰法。

化学修饰酶的目标是提高酶活力，改进酶的稳定性，改变酶的特异性，提高催化过程的反应效率。

（二）生物酶工程法

酶的化学修饰法并非改造酶的惟一手段。随着人们对酶的深入研究以及氨基酸一级结构的测定、基因重组技术的应用等，可以彻底地改造、合成并且模拟酶。这也就是生物酶工程的主要内容。生物酶工程主要包括基因工程技术和蛋白质工程技术。

1.基因工程技术改造和生产酶

基因工程改造酶分子主要包括三方面内容：①用基因工程技术大量生产酶。②修饰酶基因，产生遗传修饰。③设计出新酶基因，合成自然界从未有过的酶。

自从 20 世纪 70 年代重组DNA技术的建立，使人们在很大程度上摆脱了对天然酶的依赖。近十年来，基因工程的发展使得人们可以较容易地克隆各种各样天然的酶基因，使其在微生物中高效表达，并通过发酵进行大量生产。目前已有100多种酶基因克隆成功，包括尿激酶基因、凝乳酶基因等。

2.蛋白质工程改造和生产酶

蛋白质工程改造和生产酶包括合理设计技术和定向进化技术。

合理设计技术是蛋白质工程最早使用的技术，现在也在广泛的使用。合理设计技术要做好三个方面的工作，首先要用结晶学技术来获得蛋白质结晶体，然后利用x射线技术对晶体进行测量、分析，确定蛋白质的三维结构。其次，借助计算机对蛋白质进行选择修饰，从氨基酸的化学结构预见空间结构，或通过人工智能等其它方法来确定蛋白质和功能的关系，找到要修饰的位点。第三，通过对基因序列的了解，运用定点突变技术来进行碱基替换。通过此法来改变蛋白质的功能，要想获得理想的蛋白质工程产物往往要经过多次分析，替换才能达到目的。

定向进化技术是蛋白质工程的新策略，它是在不需要事先了解蛋白质空间结构的情况下通过模拟自然进化机制，以改进的诱变技术结合确定进化方向的选择方法。因此它能解决合理设计所不能解决的问题，在生产中的应用越来越受到重视。定向进化是在待进化蛋白质基因的PCR扩增反应中，利用TaqDNA多聚酶不具有校对功能的性质，配合适当条件，以很低的比率向目的基因中引入突变，构建突变库，凭借定向选择方法，选出所需性质的蛋白质。定向进化实际就是随机突变加上选择，它与自然进化不同，整个过程都是在人为控制下进行的，并且还可以模拟真核细胞中DNA随机拼接这一蛋白质进化过程来加速蛋白质的优化。

酶的蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，而且仍需要应用基因工程的全套技术。所不同的是，酶的基因工程主要解决的是酶大量生产的问题，而蛋白质工程则致力于天然蛋白质的改造，制备各种定做的蛋白质，但也要用到基因工程的技术手段。

（三）酶分子的定点突变法

定点突变需要知道酶蛋白的一级结构及编码序列，并根据蛋白质空间结构知识来设计突变位点。定点突变技术可以随心所欲地在已知DNA序列中取代、插入或缺失一定长度的核苷酸片段。该方法与使用化学因素、自然因素导致突变的方法相比，具有突变率高、简单易行、重复性好的特点。然而，定点突变技术只能对天然酶蛋白中少数的氨基酸残基进行替换，酶蛋白的高级结构基本维持不变，因而对酶功能的改造较为有限。

篇4

【关键词】生物知识 健康教育 科学素养

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）09-0144-01

一、神经系统的调节

在机体的生命活动中，神经系统发挥着广泛的调节作用。神经系统作用时间短，在短时间内就能传导一个兴奋或抑制信号，而且起效快，分布较广泛。在这节课的教学中，教师不妨从生活中的实例出发，解释一些常见的坏习惯。运动会中发生急性扭伤、挫伤或无损伤磕碰时，很多人会选择立刻揉搓，因为他们坚信这样会减少疼痛，其实这是一种非常错误的想法，在磕碰的部位，神经更加兴奋，血流速度更快，由于神经兴奋，Na+内流，K+外流，导致内环境的渗透压改变，从而红细胞的形态会受到影响，如果这个时候立即揉搓，会造成皮下出血以及水肿，最恰当的处理方式是采取伤处局部急速降温，如果磕伤较严重，应到医院及时处理。

二、人体细胞获得氧气的过程

人体是通过肺进行呼吸的，除了肺之外，呼吸系统还包括呼吸道即鼻、咽、喉、气管、支气管。在教学过程中，向学生展示呼吸系统的图片，来让学生深入了解呼吸系统的构造，并通过具体的实例理解肺部适于气体交换的形态结构特点，同时要倡导学生讲究个人呼吸卫生，养成良好的卫生习惯，培养学生关心他人健康，关注环境质量的情感，其中最重要的是让学生养成健康的生活习惯，有的同学喜欢在吃饭时大声说笑，结果呛住了，引起剧烈的咳嗽，这是一种坏习惯。为什么吃饭时不能大声说笑呢？因为咽是食物和空气进入体内的通道，呼吸时会厌软骨像抬起的盖子，使空气畅通无阻，吞咽时，又像盖子一样盖住喉管，以免食物进入气管，如果吃饭时大声说笑，会厌软骨来不及盖下，食物进入气管，就会引起剧烈的咳嗽，所以吃饭时不宜大声说笑，由此可见，生活中的好习惯的养成不容忽视。

三、自然界中的细菌、真菌

细菌在自然界中当分解者的角色，对自然界的自我更新起到不容忽视的作用，这是一小部分细菌的作用，绝大部分的细菌对人类来说还是有害无利的。寒冷的冬季来临，感冒会一次又一次在人群中蔓延，有的感冒是病毒引起的，通常这类感冒的症状是流鼻涕，一般不用吃药，多喝水，就能好。但是，如果感冒是细菌引起的，情况就会变得很糟，通常会高烧，而且持续的时间长，这时候就需要药物来辅助治疗，方可治愈。

真菌中绝大多数是蘑菇，其中少数无毒的可以使用，一般颜色鲜艳，看起来很诱人的蘑菇，食用起来就要小心了，还有一些真菌会引发一些疾病，像我们通常所熟知的“黑指甲”病就是真菌感染所致，治疗起来很困难，所以在公共场合，尤其是洗浴中心这样人群聚集的的地方，要做好自我保护意识，养成讲卫生的好习惯，一旦被染上黑指甲，就不要到公共场所，以免传染给别人，要做到爱惜自己，更要爱惜别人。

四、蛋白质工程的崛起

蛋白质工程作为分子生物学水平上对蛋白质结构和功能进行改造的手段已经收到越来越多的研究人员的关注，并且其应用广泛，目前已经在蛋白质药物、工业酶制剂、农业生物技术、生物代谢途径等方面取得了突破性的进展。

随着蛋白质工程的不断进展，许多骗人的勾当层出不穷，例如，女性朋友都比较钟爱的胶原蛋白产品不断涌现出来，有些不法商家大肆宣扬自己的产品，声称是蛋白质工程的产物，对于皮肤的效果显著，其实是由一些化学药品精制而成，产品中根本不存在胶原蛋白。另外，口服的蛋白类产品，所含的胶原蛋白在分子量为1000-3000道尔顿范围内才能够直接被身体吸收；绝大多数的胶原蛋白分子量大于5000道尔顿，这样的大分子蛋白进入人体后，被分解为小分子肽以及氨基酸分子，进而被人体吸收，所以美容产品中真正被人体有效吸收的成分并不多。

五、输血与血型

近年来，一些大医院的血库中的血仍是供不应求，献血的人主要顾忌献血的过程中会感染一些疾病，如乙型肝炎、艾滋病等，这就需要相关的医疗部门加大力度来保证献血人的安全，还有大多数人仍然考虑到献血会对自己的身心带来损害，其实在身体所允许的范围内献血，不但对身体无害，而且还可以促进血细胞的再生，一般的，正常人的总血量约占体重的7%～8%，献血后，身体会很快恢复，血浆1～2小时恢复，血细胞3～4小时恢复，为促进这一过程，可以适当的补充营养。

篇5

作者：孙娜 杨雪 单位：哈尔滨三联药业有限公司

基因工程在医学方面的应用

基因诊断生物技术的开发应用，提供了新的诊断技术，20世纪90年代就开始了基因诊断。DNA诊断技术是利用重组DNA技术，从基因中寻找病根主要应用于肿瘤、人类遗传性疾病、传染性疾病等多种疾病的诊断。DNA诊断技术特点是专一性强、灵敏度高、操作简便，只要检测出该病变基因的存在，就能确诊。目前最新诊断技术是聚合酶链式反应的基因诊断技术。医生使用“探针”就可正确诊断任何一种基因疾病。聚合酶链式反应的基因诊断技术也用于产前诊断和症状前诊断。聚合酶链式反应的基因诊断技术使我国具有对珠蛋白基因缺陷性贫血、血友病、杜氏肌营养不良症等遗传疾病诊断的能力。基因治疗生物技术在疾病治疗方面主要包括提供药物、基因治疗和器官移植等方面。基因治疗是一种应用基因工程技术和分子遗传学原理对某种基因缺陷引起的遗传病进行纠正。世界上第一例成功的基因治疗是一位4岁的美国女孩。目前接受基因治疗和基因转移的患者总数已有几千名患者。目前，基因治疗已扩大到心血管系统疾病、肿瘤、神经系统疾病等的治疗。人类也已成功实现了肝、胰、肾、肺等器官移植。

蛋白质工程在药学方面的应用

药物作用机理目前，许多药用的活性化合物在体内的作用机理并不清楚，应用蛋白质组学技术，可以更清楚更详尽的阐明药物的作用机理，从而提供更为有效、合理的药理模型。Page等通过比较抗肝癌化合物OGT719和5-氟尿嘧啶分别处理过的肿瘤细胞株的蛋白质组表达图谱，发现它们二者2-DE的表达图谱发生了类似的变化，这表明二者在体内的作用机制相类似，其中一种发生显著变化的蛋白质，经蛋白质组学技术鉴定为核糖体RNA结合蛋白(嘧啶合成途径的一种重要蛋白质)，这表明，OGT719确实与已知的5-*Fu的作用机制类似[1]，Chevalier等运用蛋白质组学方法，比较了大鼠原代培养的肝细胞在过氧化物酶增殖因子萘酚平peroxisomeproliferatornafenopin）和表皮生长因子（epiˉdermalgrowthfactor，EGF）作用下的蛋白表达，发现了32种由过氧化物酶增殖因子萘酚平诱导的蛋白，包括毒蕈碱类乙酰胆碱受体3、中间丝波形蛋白等，从蛋白质水平上阐明了过氧化物酶增殖因子的致癌机制[2]。新药筛选的研究目前，组合化学技术的成熟可以源源不断地提供大量新药开发的新化合物，但是，由于现有的筛选技术存在许多明显的局限，而蛋白质组技术可通过分析比较化合物处理(治疗)前后模型细胞或组织的蛋白质组的表达图谱，快速提取该化合物的有效性和毒性方面有价值信息。随着蛋白质组技术的不断发展成熟，蛋白质组筛选技术将在今后的新药开发中起着越来越重要的作用。药物不良反应的研究蛋白质组学对药物不良反应的研究，一般是通过比较正常组织和用欲研究的药物处理过的组织细胞的蛋白质组，寻找药物所具有毒副作用的迹象。蛋白质组指由一个基因组(genOME)，或一个细胞、组织表达的所有蛋白质(PROTein),MollerA等对胰腺癌细胞经较高剂量的细胞毒性药柔红霉素(Daunorubicin，DRC)处理后的蛋白质组的改变进行了研究，发现许多蛋白在DRC处理后调，而这些改变用逆转录PCR却无法检测到[3]。生物信息学的发展，已不仅是单纯的对基因组、蛋白质组数据的分析，而且可以对已知的或新的基因产物进行全面分析。由此可见，检测经药物刺激的组织细胞的蛋白质组，可以帮助我们了解它们的毒理学机制。

篇6

【关键词】生物催化技术发展化学制药研究

生物催化是指通过酶或生物有机体的催化作用实现生物的化学转化，故又被称为生物转化。随着科技的进步和发展，生物催化逐渐进入人们的生产生活，从根本上改善了人们的经济效益、能源消耗和原料来源，对环境保护也作出了积极贡献。生物催化技术是生物技术改革中的第三次浪潮，成为历年来生物技术中的标志性技术。

1.生物催化技术及其发展

（1）生物催化技术。经济合作与发展组织（OECD）指出，生物酶催化技术是目前工业发展中最有利于可持续发展的一项技术。生物催化技术主要涉及到化学领域和生物学领域，在医药化工领域中可通过酶或微生物的催化作用实现大规模生物的转化。生物催化技术在很大程度上促使衍生物往多样性方向发展，实现对复杂产物的结构修饰及简单分子化合物库的新建，产物在经过生物催化后能够延伸出现的生理活动物质。

先导化合物在生物催化作用下具有一定的优越性，主要体现在以下几点：①可能反应的产物范围大；②在反应过程中无需进行脱保护和基团保护，一步便可完成相关反应；⑧实现生产的定向立体选择和区域选择；④生物催化的反应条件温和，利于稳定复杂的分子结构；⑤在均一和温和的反应条件下可获取反应的重现性及实现反应的自动化；⑥由于酶具有固定化特性，故在生产过程中可反复循环使用催化剂。

（2）生物催化技术的发展。生物催化技术的提出是源于科学家对活体细胞成分的认识，一部分的专家和学者认为某些细胞成分可用于特定条件下的化学转化。例如苯甲醛从植物中提取后与氢氰酸结合可制成（R）一苯乙醇腈，半合成抗生素的生产则依靠G酞基转移酶的帮助。1980年后，随着科技的发展和进步，蛋白质工程技术得到空前的发展，使得酶的底物范围大大增加，实现了常见合成中间物的生物合成。在此科技背景之下，生物催化技术逐渐被运用于精细化化学和药物中间体生产领域。

（3）随着近年来基因合成、生物信息学、蛋白质工程和序列分析等观念的进步及电脑建模和生物学工具的更新，越来越多的专家学者在分子生物学的基础上对分子进行快速进化处理，极大的改善了原有的生物催化剂。生物催化剂经过改造后可稳定处：T-60℃的有机溶液中，在接受新的底物时可自动催化新的生物反应。

2.化学制药中的生物催化技术研究

在生物催化技术的发展背景之下，酶和微生物反应成为生物学领域的关注热点。许多长期研究微生物和酶的专家学者开始着手于有机合成的研究，促使生物催化技术逐渐发展成为一项不对称合成的生物技术。

（1）西他列汀游离碱。美国的Codexis公司和德国的Merck公司通过酶做催化剂实现西他列汀游离碱的生产。他们较早发现R构型选择性转氨酶的分子结构类似于西他列汀酮，其中一些分子质量较小的可阻断甲基酮并具有一定活性。而后Codexis公司对转氨-酶进行改造，实现了一种催化加氢路线的构建，且在生产过程中并不产生S丰勾型西他列汀酮。由于该生物技术具有一步到位的优点，故设备的生产能力和分子的反应能力得到有效提高，且在一定程度上降低了废弃物品的产出。

（2）阿伐他汀（立普妥）。6-氰3和5一二羟基乙酸叔丁酯是阿伐他汀（立普妥）生产过程中需要的活性中间体，美国Codexis公司通过生物催化实现此种活性中间体的生产。Codexis公司以分子重组为基础，采用了最先进的直接优化技术，开发了具有稳定性、选择性和活性的3种酶。前手性氯酮在2种优化酶手性选择性的催化作用下发生氢化反应，生成纯手性的氯乙醇。

（3）普瑞巴林。美国的Pfizer公司通过生物催化的方式实现普瑞巴林的生产。基于蛋白质工程技术进行改造的水解酶问世后，运用该水解酶会对S-2-羧乙基-3氰基-5-甲基乙酸的钾盐进行选择性水解，在温和条件下物质发生一系列水解反应，最终得到普瑞巴林。-2-羧乙基-3氰基-5-甲基乙酸在脂肪酶的选择性水解下产出-2-羧乙基-3氰基-5-甲基乙酸的钾盐，在此基础上进行化学合成，实现普瑞巴林的制备，可获取40%的最终收率，通过对目标产物的检测可得其ee值为99.7%。

篇7

刘晓晴，首都师范大学生命科学学院教学副院长。1990年毕业于山东大学发育生物学专业，获得硕士学位。同年任教于首都师范大学生物系，1998年赴德国Tuebingen大学攻读博士学位，于2002年3月获得博士学位，在此期间主要从事生物化学及分子生物学领域的研究工作，研究方向为分子水平酶的活性调控机理；2002年11月回国后继续从事蛋白质的结构与功能方向的研究工作，担任生物化学、蛋白质工程的教学工作。近年来主要从事嗜热酶的结构和功能研究。

从本科、硕士到博士，从普通工作人员到学院教学副院长、教授，期间既要工作，又要学习，还要照顾家庭，现在又要承担繁重的行政管理任务。借用刘晓晴近期的研究方向来做比喻，她真的是凭着自己的一腔“嗜热”激情，不懈努力，一步一个脚印地走过来的，各种艰辛只有她自己知晓。

科研篇　嗜热激情点亮科研前路

进入管理岗位之前，刘晓晴长期从事生物科学与教研工作。目前研究方向主要有蛋白质的结构与功能的关系、极端环境酶的研究和利用、利用化学酶法探究药物合成的新途径三个方面，而这三方面的工作都是以嗜热菌的研究为介质的。

嗜热菌，顾名思义是依赖于高温而生存的微生物，又称高温细菌。它是一类生活在高温环境中的微生物，如火山口及其周围区域、温泉、工厂高温废水排放区等。近30年来，这一类微生物越来越广泛地引起了科学家们的重视和兴趣。特别是在水的沸点和沸点以上温度条件下能生活的细菌被发现后，更促进了对嗜热微生物的研究。

据刘晓晴介绍，来源于嗜热菌的蛋白酶由于其在高温条件下仍具有水解蛋白质的功能，使得在造纸业、食品加工业、纺织业、工业废水处理等领域有着广泛的应用价值。但由于培养多数天然嗜热菌的条件比较苛刻，其生长速度极其缓慢，酶产量低而且酶的活性也较低，难以满足工业生产的应用，制约了它的广泛发展。近些年来，随着蛋白质工程技术的发展，人们采用分子生物学手段，将嗜热菌酶的基因转移到普通宿主菌中，在温和的条件下生产嗜热菌酶，从而为大量制备嗜热菌酶提供了行之有效的方法，同时，也为进一步研究嗜热菌酶的结构、功能、耐热机制等基础方面研究提供了有力保证。

锁定嗜热菌研究方向，在研究过程中，刘晓晴逐渐形成了三方面研究内容。

首先，在蛋白质的结构与功能的关系研究中，刘晓晴将研究的重点放在蛋白质复合体的结构研究上，以丙酮酸脱氢酶复合体和铁硫簇合成途径中的蛋白复合体为研究对象，从酶动力学和酶结构两方面来探讨酶复合体的结构与功能的关系。

其次，在极端环境酶的研究和利用工作中，她和她所带领的团队以嗜热蛋白酶的研究为基础，力求解析极端酶的嗜热机理，结构与功能关系，发掘新型极端酶和利用基因改造技术从而获得突变酶。

三是因为化学酶法合成有潜在应用价值的药物，利用酶的催化活性在体外可以针对性地合成特定的化合物，所以，刘晓晴及其团队希望用这种组合生物合成的方法――化学酶法，作为合成先导化合物的策略，用于探究药物合成的新途径。这项工作与德国马尔堡大学的李书明教授一直合作。

据统计，近期由刘晓晴担任项目支持人的项目共5项，包括3项国家自然基金项目和来自北京市教委、留学回国人员科研启动等项目。研究内容囊括了对多酶复合体活性调节的分子机制、嗜热菌蛋白酶的结构功能及其热稳定性的分子机制、嗜热菌铁硫簇SUF合成途径的研究等，大部分已有成果，广获业界好评。在此期间培养了十多名研究生，有的转为博士继续学习，有的已经毕业走上工作岗位。

教学管理篇　教研管理两相长

如果说教学与科研为“双肩”，那么，管理和教研又为“两栖”。事实上，无论是教学与科研，还是管理与教研，无非就是能力的使用和贯通。这句话，放到刘晓晴身上再合适不过。除了一直以来担当的科研工作者之外，她还有另外两重重要的身份，即园丁育人及管理人才。而无论做什么，她都能凭借自己的聪明与才智、丰富学识和缜密的思维，放到哪里，哪里都能“生根”、“开花”。

在教书育人方面，刘晓晴坚持教师职业的信念，把教书育人看成是一种幸福，以积极饱满的热情去做好教书育人的每一件事。她长期担任本科生和研究生的教学工作，对本科教育颇有心得：“本科教育真的是需要有无私奉献的精神，只要用一颗爱学生的心去理解学生、关心学生、引导学生，学生一定会感受得到，而快乐学习是他们获得进步的源泉。”正因为用心去工作，近年来，刘晓晴在教学领域获得了诸多成绩：2007年获得师德先进个人；由她负责的“生物技术综合实验”校级精品课程经市教委严格审批，获评为2010年度北京市高等学校精品课程。

“敢于创新、注重交流”成为她教学生涯中的亮点：由她负责的生物化学课程2006年首先开始双语授课；从2005年开始申请负责德国DAAD资助的交流学生互换项目，其中，首师大生科院与德国图宾根大学生化所交流互换已进行6年，截至目前已有中德双方各20名学生在对方的学校进行学习。

篇8

这位患有多种并发症的女性患者王××，于元月6日经陕西省西安第四军医大学附属医院介绍转入中国煤矿工人北戴河疗养院，鼻导管吸氧状态下动脉血氧分压仅为36.6mmHg，呼吸每分钟40余次，心率每分钟160次以上，随时都有生命危险。

PAP唯一有效的治疗方法是全肺大容量灌洗。而患者当时身体状况根本不能承受肺灌洗治疗的麻醉风险，或因低氧血症危及生命，或因脆弱的炎性肺组织破裂而导致水气胸。而不做肺灌洗治疗，病人就会在较短时间内死亡。鉴于能否实施肺灌洗，何时何条件灌洗，术中如何确保患者万无一失等技术难题，院领导多次组织院内外专家会诊。秦皇岛市呼吸系统疾病专家面对这名患者严重的肺感染等并发症，表示对病情预后不抱希望，劝患者家属早作“准备”。

该患者自转入中国煤矿工人北戴河疗养院起，医生们制定详细的治疗方案。有效地控制肺脏感染，阻止病情发展，维系生命，进而为肺灌洗手术创造条件；年轻医生运用进修学习获得的先进医学技术，给患者以无创呼吸机行面罩进行呼吸支持，促使血氧饱和度数值升高，全身状况好转；经过了20天的临床治疗，肺部炎症得到有效控制。终于在确保术中麻醉安全、预防低氧血症等关键环节有了较大把握条件下，于1月26日对患者实施了肺灌洗治疗。术中采用了内给氧的特殊措施，以保证灌洗术顺利进行。手术一直进行了11个小时，一次麻醉，双肺同期灌洗。其难度是17年来3400多例治疗中少见的。为了减轻患者的治疗风险和经济负担，在没有体外循环和膜氧合等的辅助设备下， 医生们有效地“人工控制”患者术中血液氧浓度，保证了灌洗术安全。

篇9

        1.加强实验教学，激发兴趣

        我们知道，化学是一门以实验为基础的科学，实验是化学的重要研究方法。只有重视实验，才能使化学教学获得成功；只有通过趣味新奇的化学实验探究，才能激发学生的好奇心理，才能激发他们思索的欲望。教学中我们发现，不少的学生对元素符号、化学式、化学方程式、物质结构以及基本概念和基本理论等知识，常会感到抽象难懂，枯燥乏味，没有兴趣。为此，教师可以通过引导学生设计有关的实验来激发学生的学习兴趣，有意安排一些有趣的化学实验，让学生自我感悟与探索，从而培养其学习兴趣。如在进行原电池教学时，引导学生设计不同的水果电池，并开展小组之间的竞争，从而激发学生学习化学的兴趣和探究热情。

        2.巧妙地借用古诗词，激发兴趣

        新课程要求化学教师关注学生的全面和谐发展，古诗词是我国五千年灿烂文化的精髓，先人在创作时巧妙地借用了许多化学知识，使其作品大放异彩。新课程强调注重学科渗透和情感价值观，而古诗词不失为对学生进行综合素养教育的优良素材。在中学化学课程的教学中，教师可以充分利用古诗词中有关化学的内容，不仅可以培养学生综合运用化学知识及利用学科知识解决实际问题的能力，还可以让学生感受古人的智慧，从内心感怀我们的先辈，从而激起学生学习的兴趣和热情。如在学习“酯”这一内容时，可这样引起学生的注意：唐代黄巢在《》中写道：“冲天香阵透长安，满城尽带黄金甲。”宋代林和靖在《山园小梅》中描写梅花“疏影横斜水清浅，暗香浮动月黄昏”。杜甫在《树间》中也写道：“岑寂双柑树，婆娑一树香”。花儿为什么这样香？因为有些花的花瓣中有一种油细胞，能分泌易挥发的酯类物质——芳香油。这样的课堂既充满了诗情画意，又让学生觉得耳目一新，自然也就吸引了学生的眼球。

        3.巧妙设“疑”，激发兴趣

        教育家陶行知说过：“发明千千万，起点是一问。智者问的巧，愚者问得笨。”教师对“问题的提出要掌握好时间，要把握好火候。这些问题就如指向明确的路标，引导学生寻求答案而自觉踊跃的思考、分析、推理论证。在讲“糖类，蛋白质”时，可以设计如下问题：“糖都是甜的吗？为什么？”  “烧焦的头发为什么有气味？是什么气味？”  “生物学上讲的蛋白质工程与我们讲的蛋白质结构有没有关系？”  “蛋白质在生命活动中究竟有什么作用？”等等。这些看似与教学内容无关的“问题”会促使学生思维活跃，产生想象，激发兴趣。

        4.关注时事，激发求知

篇10

1. 求异性思维能力的开发。求异性思维在创造性思维发展的初期表现得特别明显。它要求关注客观事物的不同性与特殊性、现象与本质、形式与内容的不一致性。如，高中生物教材必修一第56页有这样一个实验：为了研究细胞核是否为活细胞所必需，一位生物学家做了这样的实验。他研究了100个细胞，把每个细胞都分成两个部分，一部分含有细胞核，另一部分不含细胞核，所有细胞都放在一定条件下培养，他得到如下两个结果：第一，100个无核的细胞到第四天都全部死亡；第二，100个有核的细胞大部分存活下来，但随着培养天数的增加也在减少，培养到第30天，只有65个细胞存活。要学生解释第一个结果为什么全部死亡，第二个结果为什么大部分存活下来，但是要解释第二个结果中为什么还有那么多细胞死亡就有难度了，要能够合乎逻辑地解释此种现象，就要求学生要有求异性思维。教学中通过学生讨论，引导学生超出细胞核本身的功能来解释此种现象，逐渐得出第二个结果减少的可能原因：人为因素，如培养基不合理导致死亡，或者是因为细胞寿命而正常凋亡等。在这个讨论过程中，就培养了学生的求异性思维能力。用于求异性思维培养的材料还有很多，如伞藻的嫁接和核移植实验、主动运输只有离子进入细胞，有没有离子排除细胞、分析杂交育种的优缺点等等。

2. 联想性思维能力的开发。联想是将表面看来互不相干的事物联系起来。如，必修一第38页：1969年，人们在坠落于澳大利亚启逊镇的陨石中发现了氨基酸，这些氨基酸不是来自地球，对此你可以做出什么联想？又如，必修一第60页：把装有蔗糖溶液的长颈漏斗放在盛有清水的烧杯中，漏斗口密封一层半透膜，漏斗的液面为什么会升高？通过学生思考和讨论，得出渗透作用的条件：一是需要半透膜，二是半透膜两侧需要浓度差，由此现象联想细胞是怎样吸水和失水的？细胞吸水和失水是否也具有这两个条件，充分发挥学生联想的思维能力。通过红细胞和洋葱鳞片叶表皮细胞的吸水和失水的实验，使学生认识到细胞也是通过渗透作用吸水和失水，同样具备渗透作用的条件，这样的教学过程成功地培养了学生的联想性思维能力。

3. 发散性思维能力的开发。发散性是指从某一点出发，既无一定方向，也无一定范围的思维。如，必修一第50页：溶酶体含有多种水解酶，为什么溶酶体膜不会被分解？又如，必修三第30页：假如你是一位工程师，要为胰岛素分泌不足的糖尿病患者设计一个随身携带的“人工胰岛”，请写出你的设计思路，指出要解决的主要问题。对于类似于上述这类问题的探究和思考，学生会从不同角度、不同方向回答，这样就可以从不同的角度发掘他们的思维能力，来解决这些问题，有利于培养学生的发散性思维能力。

4. 综合性思维能力的开发。综合是把事物的各个侧面、部分和属性统一为整体的认识，是按他们内在的、必然的、本质的联系把整个事物在思维中再现出来的方法。如，高中生物教材中画概念图的练习，像必修一第58页：将动物细胞中各种结构的名称及其相互关系以概念图的形式表示出来等，通过画概念图就是对学生综合思维能力的开发。又如，必修二第40页思维拓展题：从细菌到人类，性状都受到基因控制。是否所有生物的基因都遵循孟德尔遗传规律，为什么？类似于这类问题的探究和讨论，都是很好地培养学生综合性思维能力的途径。

5. 逆向性思维能力的开发。逆向性思维是指不沿着前辈或者自己长久形成的、固有的思路思考问题，而是从相反的方向寻找解决问题的途径和办法。在必修二遗传题中，解题方法主要有两种：正推发，即已知亲代推导子代性状和基因型积比率；但更多的是第二种逆推法，即根据子代的性状推导亲代的基因型。这类遗传题的训练有利于培养学生逆向性思维能力。再如，蛋白质工程的基本思路就是运用逆向思维的方法来解决这个问题。正常的思维是由DNA推定信使RNA，再有信使RNA推定蛋白质，但蛋白质工程则相反，是由蛋白质推定信使RNA，再由信使RNA推定DNA，这样内容的教学同样培养了学生的逆向性思维能力。