个人介绍
酶工程

主讲教师:罗璇

教师团队:共1

  • 罗璇
学校: 武汉设计工程学院
开课院系: 食品与生物科技学院
专业大类: 生物工程
开课专业: 生物工程
课程英文名称: Enzyme engineering
课程编号: 011012101
学分: 2.5
课时: 52
课程介绍
一、课程简介
     本课程为生物工程本科专业的一门重要的专业核心类必修课。其目的在于使学生在学习生物化学、微生物学的基础上,系统掌握酶生产和应用的基本理论、基本技术和研究方法。通过本课程的学习,使学生掌握酶工程的基本理论和实验技术,了解酶工程领域的最新研究动态进展。

二、教学目标
       在学习过程中,学生应了解酶工程的发展历史与现状;掌握如何制备酶及提高酶的产量;熟悉通过固定化,改变催化介质,分子生物学调控及化学修饰的方法改造酶;运用酶动力学相关知识解决酶的调控;掌握酶工程的重要实验操作技术。运用所学知识,能在酶工程领域从事技术、工艺和产品开发等研究工作。
通过本课程的学习,学生能运用所学知识熟悉、掌握酶在各行业中的应用。通过学习酶工程的发展历史与现状,特别是世界最大酶制剂公司创建、酶工程领域优秀人物的成功案例,激发学生学习酶工程的热情,敢于创新创业的决心,科教兴国的爱国情怀。通过酶工程实验的操作训练,引导学生养成严谨踏实的科研态度,认真负责的工作作风,增强学生的责任担当,培养学生遵守职业道德和职业规范。
教师团队

罗璇

职称:教授

单位:武汉设计工程学院

部门:食品与生物科技学院生物工程系

职位:教师

教学方法

1.  SCI文献资料领学(老师每章节课前准备近三年酶工程领域研究热点权威中英文文献5-10篇,带领学生从看文献入手,了解酶工程研究最新内容,增加学习兴趣)

2. 课程思政

(1)通过酶制剂企业创业案例,鼓励学生大众创业、万众创新,培育和催生经济社会发展新动力。

(2)通过酶制剂企业创业案例鼓励学生指导学生平时进入https://www.nobelprize.org/诺贝 尔奖网  站,学习优秀人物的励志故事,成功案例,鼓舞感染科教兴国的爱国情怀!

(3)通过酶工程实验课教学,教育学生科学研究应该严谨踏实,数据真实准确。

(4)酶合成的调节机制教育学生要敬畏大自然,尊重大自然,每个存在的生物都是有生存的道理。

(5)创新发展科学技术,利用生物酶工程科学技术实现资源的优化利用 ,统筹经济发展与生态环境保护。 树立科学发展观和生态环保的理念。


课程章节

第一章  绪论4学时)

目的要求:了解酶工程发展的历史与现状增加学生对课程学习的兴趣通过讲述印度首富基兰创立世界上最大酶制剂公司的故事,激发学生学习酶工程的热情,敢于创新创业的决心。通过学习酶工程领域诺贝尔奖获得者的成功案例,激发学生科教兴国的爱国情怀。

重点难点:重点是酶工程的概念及内涵,难点是国内外酶制剂工业概况,酶工程创新发展方向

1.1 酶工程的课程性质及学习内容概述1学时)

1.2 酶工程的基本概念及内涵1学时)

1.3 酶工程的研究内容简史与研究现状1学时)

1.4 酶制剂工业概况0.5学时)

1.5 酶与现代生活0.5学时)

第二章  酶工程基础2学时)

目的要求:掌握酶反应动力学酶催化特性酶活力、比活力单位概念米式方程意义通过课程中酶活与酶的比活力的概念的讲解,启发学生认识事物应该从现象深入到本质,看待问题要全面深刻,不能只看表面,对事物的理解不深刻、不全面会导致错误的分析判断。 

重点难点:重点是酶催化特性酶活力、比活力单位米式方程概念难点是酶反应动力学意义及计算

2.1 酶的催化特点以及影响因素1学时)

2.2 酶的活力测定0.5学时)

2.3 酶反应动力学(0.5学时)

章  酶的发酵工程4学时)

    目的要求:掌握如何通过发酵的方法得到酶及优化条件提高酶的产量通过对酶合成调节机制的讲解,使学生懂得敬畏大自然,尊重大自然,每个存在的生物都是有生存的道理。树立正确的生态观念,体会人与自然是相互依存、相互联系的整体。培养以人为本,尊重规律,和谐相处的人文情怀。

重点难点:重点是酶发酵动力学。难点是酶生物合成的代谢调控    

3.1 酶生物合成及调节(2学时)

    3.1.1 酶的生物合成(0.2学时)

    3.1.2 酶生物合成的调节(1学时)

    3.1.3 提高酶产量的策略(0.3学时)

    3.1.4 酶生物合成的模式(0.5 学时)

3.2 微生物发酵产酶及酶发酵动力学(1学时)

    3.2.1 产酶微生物的分离和选育(0.4 学时)

    3.2.2 微生物发酵产酶方法(0.2 学时)

    3.2.3 微生物酶的类型(0.2 学时)

    3.2.4 酶发酵动力学(0.2 学时)

3.3 酶发酵生产的工艺控制(1学时)

    3.3.1 培养条件对产酶的调控(0.5学时)

    3.3.2 发酵方法对产酶的调控(0.3 学时)

    3.3.3 提高酶产量的策略(0.2学时)

章  酶的分离工程4学时)

目的要求:掌握酶的分离和纯化方法。

重点难点:重点是酶分离原理;难点是酶的纯化方法。    

4.1 细胞破碎(1学时)                                

4.2 酶的提取(1学时)                                

4.3 酶的分离方法(1学时)                            

    4.4 酶的浓缩、干燥与结晶(1学时)

章  固定化酶与固定化细胞4学时)

目的要求:掌握固定化酶的原理、方法及应用

重点难点:重点是酶和菌体的固定化方法,难点是固定化酶的评价。 

5.1 酶的固定化(2学时)

    5.1.1 固定化酶的制备(0.5 学时)

    5.1.2 固定化酶的性质(0.5 学时)

    5.1.3 固定化酶的评价(0.5 学时)

    5.1.4 固定化酶的应用(0.5 学时)

5.2 细胞的固定化 1.5学时)

    5.2.1 固定化细胞的分类0.5学时)

    5.2.2 细胞固定化的方法学时)

5.3 辅酶的固定化(0.5学时)

章  化学酶工程3学时)

目的要求:掌握如何通过化学的方法改造酶。结合新冠肺炎疫情中抗体酶的应用,陈薇院士团队对新冠疫苗研制的现实案例,加深学生对抗体酶概念的理解,激发学生对课程学习的热情和科教兴国的抱负。

重点难点:重点是酶分子化学修饰的方法,难点是抗体酶在生物医药中的实际应用。

6.1 酶分子的化学修饰(1.5学时)

6.2 抗体酶(1学时)

6.3 印迹酶(0.5学时)

章  生物酶工程3学时)

目的要求:了解如何通过分子生物学的方法改造酶,掌握核酶的概念。通过T.CechS.Altman发现核酶共同获得了1989年度诺贝尔化学奖的过程,启发学生要认真开展科学研究,敢于提出问题、分析问题并设法解决问题,要不为常识所束缚,能根据别人刚刚发表的成果马上修正自己的研究工作

重点难点:重点是酶的定点突变和酶分子定向进化的概念区分,难点是核酶的分类。

7.1  酶分子的生物改造(2学时)

    7.1.1 酶的定点突变1学时)

    7.1.2 酶分子定向进化1学时)

7.2 核酶1学时)

    7.2.1 核酶的发现(0.3学时)

    7.2.2 核酶的概念和分类(0.5学时)

    7.2.3 核酶在医药领域的应用(0.2学时)

章  非水相酶催化4学时)

目的要求:掌握酶在非水相介质中的催化性质,机制。

重点难点:重点是非水相酶催化反应的类别及优势。难点是非水相酶催化的应用。

8.1  非水相酶催化反应的介质(1学时)

8.2  有机介质中的酶促反应2学时)

     8.2.1 酶促反应的有机介质体系

     8.2.2 有机介质中酶促反应的影响因素

     8.2.3 有机介质中酶的性质

8.3  非水相酶催化的应用(1学时)

章  酶抑制剂及酶的应用(4学时)

目的要求:掌握酶抑制作用的概念及类别,了解酶在各行各业的应用。

重点难点:重点是酶抑制剂的作用机制及其动力学,难点是抑制类型的特征和酶在疾病诊断方面的应用。

9.1  酶抑制剂(2学时)

    9.1.1酶抑制剂的概念(0.5学时)

    9.1.2抑制作用的分类1.0学时)

    9.1.3 酶抑制剂的应用(0.5学时)

9.2  酶工程应用领域(2学时)

    9.2.1 酶在医药领域的应用0.5学时)

    9.2.2 酶在农业领域的应用0.5学时)

    9.2.3 酶在食品领域的应用0.5学时)

    9.2.4 酶在轻工、化工方面的应用0.5学时)

 

实验环节安排

序号

项目名称

目的与内容

学时

实验性质

实验类型

主要仪器设备

1

生姜蛋白酶的制备

目的:学习和掌握生姜中粗酶提取、酶活测定等方面的基本原理和方法教育学生科学研究应该严谨踏实,实验过程严格操作规范,数据真实准确

内容:以新鲜生姜为材料,洗净,切块研磨,进而用缓冲液抽提其中的粗蛋白酶,制作酪氨酸标准曲线,测定其酶活性

4

必修

综合性

离心机恒温水浴锅,电子天平,天平,分光光度计

2

生姜蛋白酶的纯化

目的:掌握酶纯化的原理、实验方法及评价

内容:采用分子筛层析对实验一粗提生姜蛋白酶进行纯化,得到纯酶制品,测定酶得率、纯化倍数。

4

必修

综合性

恒流泵、分部收集器、层析柱;分光光度计等

3

生姜蛋白酶的酶学性质研究

目的:了解生姜蛋白酶的结构特点、酶活测定影响因素要充分利用酶的最适合反应条件 ,创造更多的有益于人类生活的高价值产品每个人也应该尽力创造达到个人发展的最适合条件,努力实现人生目标。

内容:本次实验采用实验一、实验二获得的纯化生姜蛋白酶测定生姜蛋白酶的最适pH、最适温度、作用时间、酶的稳定性等

4

必修

综合性

恒温水浴锅,分光光度计,天平等

4

生姜蛋白酶的固定化

目的:学习壳聚糖固定化生姜蛋白酶的方法、掌握共价结合法固定化酶的原理和方法。

内容:采用以戊二醛为双功能试剂的载体交联法固定化生姜蛋白酶,测定固定化酶的酶活

4

必修

综合性

水浴锅,冰箱,恒温振荡器,分光光度计


教学效果

近5年以第一作者发表“酶工程教研论文”两篇;获得武汉设计工程学院2019年度教学质量一等奖。

参考教材

(一)推荐教材

[1] 斌,于国萍食品酶学与酶工程(第三版)[M]. 北京:中国农业大学出版社,2021.

[2] 魏东芝酶工程(第一版)[M]. 北京:高等教育出版社,2020.

[3] 由德林酶工程原理(第三十一版)[M]. 北京:科学出版社, 2021.

(二)参考出版物

[1] 魏东芝生物催化剂与酶工程(第三十一版)[M]. 北京:科学出版社,2021.

[2](美)J.A.杜德娜等主编;朱必凤等译酶学方法(第三十一版)[M]. 北京:科学出版社, 2020.

[3] 梅乐和、岑沛霖.现代酶工程(第一版)[M]. 北京:化学工业出版社,2018.

[4] 王君酶工程实验指导(第一版)[M]. 北京:化学工业出版社,2018.

[5] 赵蕾酶工程(双语教材)(第一版)[M]. 北京:科学出版社,2018.

(三)期刊论文

[1] 张菊,贾东升,赵士豪,等菌菇复合多糖对秀丽线虫氧化胁迫抗性的影响[J].中国食品学报,2022,(01):1-13

[2] 毛婷,叶泽,牛永艳,等酶制剂在家禽生产中研究进展及应用[J].饲料研究,2022(01):150-152.

 [3] 齐焱熠,陈邦,赵鹏涛,等脂肪酶Novozym 435催化合成羟基酪醇油酸酯[J].中国油脂,2022,(01):1-11

[4] 姜慧慧,杨新,弭苗苗,等. DNA甲基转移酶在急性髓系白血病中作用的研究进展[J].国际检验医学杂志,2022

          43(01):106-109+125.

 [5] 吴子君,陈思沅,杜昭君,等产脂肪酶菌株的筛选、鉴定及产酶条件优化[J].河南工业大学学报(自然科学版)2021

           42(06):10-16.

(四)网络资源

[1] https://coursehome.zhihuishu.com/courseHome/1000009802#teachTeam,智慧树网,酶工程,滨州医学院

[2] https://coursehome.zhihuishu.com/courseHome/1000010731#teachTeam,智慧树网,酶工程,聊城大学

[3] http://e133c31d362e48469cd376bab96566d4.h.wap.cn/中国酶制剂信息网



课程评价

教学资源
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1.1 ppt课件
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1.4 参考阅读文献
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1.5 本章练习题
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1.6 翻译一篇英文文献的摘要
作业
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2.6 课堂过关测试(2)
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2.7 本章练习题
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3.5 课堂过关测试(1)
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3.6 课堂过关测试(2)
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3.7 课堂过关文献(2)
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3.10 本章练习题
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4.5 课堂文献精度2
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4.6 本章随堂测试
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4.7 酶工程期中笔记检查
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5.5 固定化酶应用自学参考文献
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5.7 本章练习题
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6.4 本章随堂测试
作业
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6.5 推荐课后阅读
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6.6 作业:完成章节思维导图
作业
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7.4 本章练习题
作业
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2024-02-28 --
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8.4 课堂精读文献
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8.5 课堂过关测验(1)
作业
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8.6 课堂过关检测(2)
作业
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8.7 本章练习题
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9.2 本章过关测试
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9.3 参考阅读文献
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9.4 小组ppt文献分享汇报综合作业
作业
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2024-04-09 --
10.1 PPT课件
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10.2 视频资源
视频
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视频
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10.3 参考阅读文献资源
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图书
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11.2 本章练习题
作业
.work
2024-03-15 --
12.3 参考阅读资源
图书
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