《酶工程》教學大綱

1、 PAGE 8華南理工大學課程教學大綱課 程 名 稱： 酶工程(含酶工程實驗) 適 用 專 業(yè)： 生物工程 課 程 類 別： 理論課（含單列實驗課程） 制 定 時 間： 2010.9 酶工程教學大綱Enzyme Engineering開課學院：生物科學與工程學院學時：32學時；學分：2學分適用專業(yè)：生物工程、生物制藥、生物技術及相關專業(yè)授課形式：中文或雙語課程的性質和任務：酶工程是現代生物工程技術體系的重要組成部分。在“秉承工科特色，堅強理學建設”的學科辦學理念指導下，該課程以酶的生產和應用過程中的主要單元操作原理與工藝條件為主要內容，使學生能掌握酶的生產和應用的基本理論，進而由理論指導實踐，

2、學會分析生產和應用過程中存在的技術問題，并解決工程問題。此外，不斷補充國內外現代酶工程研究的重要進展概述，激發(fā)學生對科學探索的激情。針對我校堅持重人品、厚基礎、強能力、寬適應的人才培養(yǎng)指導思想，以及高素質、三創(chuàng)型(創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè))、國際化專門人才的培養(yǎng)目標，酶工程雙語課程突出了創(chuàng)新型、復合型、國際化人才的培養(yǎng)定位。酶是當前生物工程技術基礎科學研究和工程應用的核心之一。以酶為主導，通過雙語課程的教學能將學生已學的各種相關專業(yè)知識組合串接起來，全面提高學生的知識靈活運用水平；并以英語為交流平臺，推動學生在生物科學領域與國際的交流。該課程在本專業(yè)的課程體系中處于核心地位，是我校生物工程、生物制藥專

3、業(yè)的技術基礎課，對于培養(yǎng)現代生物工程技術的高級專門人才至關重要。課程內容體系的模塊設置及學時安排本課程內容體系可分為三大知識模塊： 第一知識模塊：酶生產的基本原理和技術 (總18-24學時) 教學內容包括4個小模塊。1. 酶的基本概念與酶工程發(fā)展概述(2-4學時)；2. 酶的生物合成基本理論與微生物發(fā)酵產酶(8-10學時)；3. 動植物細胞產酶(2學時)；4. 酶的提取與分離純化(6-8學時)。第二知識模塊：酶的應用技術與領域 (總12-16學時) 教學內容包括8個小模塊 (課堂教學結合課外自學，根據實際情況可選用不同小模塊)。1. 酶的分子修飾(4學時)；2. 固定化技術(2-4學時)；3.

4、 酶的非水相催化(2-3學時)；4. 酶反應器(2學時)；5. 酶與現代食品工業(yè)(2-3學時)；6. 酶與醫(yī)藥工業(yè)(2-3學時)；7. 酶與綠色化工制造工業(yè)(2-3學時)；8. 酶與環(huán)境保護(2學時)。 第三知識模塊：酶工程技術綜合實驗 (單列實驗課程，課內24學時以上) 教學內容包括3個小模塊（驗證性、綜合性及拓展性實驗）。1. 酶蛋白的定量測定、酶純度的檢測，基礎驗證性實驗，3學時 2. 酶催化動力學（堿性磷酸酶等），基礎驗證性實驗，3學時3. 酶的固定化（淀粉糖化酶、木瓜蛋白酶等），基礎驗證性實驗，3學時4. 超濾、離子交換層析提取純化酶（木瓜凝乳蛋白酶、酵母木糖還原酶等），綜合性實驗，

5、6學時5.重要工業(yè)酶基因克隆及在畢氏酵母中的表達（南極假絲酵母脂肪酶B等），大型綜合性實驗，9學時6.課外拓展性實驗項目“脂肪酶中試發(fā)酵生產與應用”（16學時以上）課程內容安排緒論 (An introduction: Basic enzymology and historical events in the development of enzyme engineering)酶工程的內容、任務、特點酶工程的發(fā)展概況本課程的要求要求認識酶工程的基本內容，在生物工程領域的重要性，以提高學習的自覺性和主動性。微生物發(fā)酵產酶(Biosynthesis theory of enzyme in eukar

6、yotes and prokaryotes, major microorganism in enzyme production, regulation strategy of enzyme production process, etc.)酶的生物合成基本理論農酶的生產菌產酶菌的培養(yǎng)與發(fā)酵控制提高酶產量的方法酶的生物合成調節(jié)機制遺傳控制、基因突變、基因重組條件控制動植物原料、基因工程菌培養(yǎng)控制要求理論聯(lián)系實際，以大宗工業(yè)酶制劑為主線，讓學生掌握發(fā)酵法生產酶的基本理論與基本技術。酶的分離純化（separation technology, process design and its applic

7、ation in enzyme production, especially in large scale production）酶分離純化的基本原則酶的提取方法酶的純化方法酶的劑型與保存結合具體酶種的生產實例，講授酶的提取與分離純化技術讓學生掌握酶分離純化中最常用的基本技術及其注意事項。酶分子修飾（mechanism and methodology of enzyme molecule modification, application of traditional methods and some new genetic manipulation like site-directed mu

8、tation, direct evolution etc）酶分子修飾的意義各種分子修飾方法蛋白質工程、定向進化等新技術要求學生掌握酶分子修飾的主要方法、特點及其應用前景。酶和細胞固定化（immobilization methodology of enzyme and its application）固定化技術發(fā)展概況固定化酶及固定化細胞的優(yōu)點固定化制備的原則固定化方法結合法、交聯(lián)法、包埋法原生質體固定化固定化酶和固定化細胞的應用要求學生扼要掌握固定化酶、固定化細胞、固定化原生質體的基本概念、制備技術、特點、發(fā)展概況和應用前景。酶的非水相催化(basic concept of bio-catal

9、ysis and biotransformation in non-water solvent, its application)非水相催化的概況非水相體系對酶催化的影響非水相體系酶催化條件的控制要求學生掌握非水相催化的基本概念，了解非水相體系對酶催化反應的影響，初步掌握非水相催化體系條件的選擇和控制。酶反應器(varieties of reactor for enzymatic reaction, common design strategy)酶反應器的概念酶反應器的類型和選擇酶反應器的設計要求學生掌握酶反應器的類型及選擇依據，初步掌握酶反應器的設計方法。酶的應用(all kinds of

10、application of enzyme)酶在輕工食品方面的應用 a. 淀粉糖 b. 織物印染的退漿 c. 生絲脫膠 d. 制革 e. 洗滌劑 f. 其他酶在醫(yī)藥上的應用 a. 藥用酶 b. 診斷用酶 c. 在制藥方面應用酶在分析檢測方面的應用酶在生物工程中的應用 a. 去除細胞壁 b. 大分子切割 c. 分子拼接重點介紹酶在輕工食品、醫(yī)藥和生物工程方面的實際應用。要求學生結合實際例子，掌握酶的主要應用技術。實驗內容和要求：具體安排參見酶工程實驗教學大綱。說明先修課程為微生物學、生物化學與分子生物學、現代生化技術。后修或同時修課程：基因工程、細胞工程中文參考教材：酶工程(第三版)郭勇主編，科

11、學出版社英文參考教材：考慮到學生的專業(yè)英語基礎，教學小組選擇了以下兩本英文酶工程專著作為課程雙語參考教材。由于課時所限及教材成本(國內未引進出版)，我們根據教學需要整理出部分素材作為雙語教學素材供學生使用，并鼓勵學生直接用網絡在線閱讀完整版本。1、Enzymes in Industry: Production and Applications，Editor：Wolfgang AehlePublisher: Wiley-VCH; 2 Revised edition (January 16, 2004) Language: English ISBN-10: 3527295925在線閱讀網址：/gp

12、/reader/3527295925/ref=sib_fs_top2258439?ie=UTF8&p=S00S&checkSum=ElWypWOhrG7Vst3AiYuZQMvHEyATa0gqzpQVjOwOyFU%3D#reader-link2、Handbook of Industrial BiocatalysisEditor：Ching T. HouPublisher: CRC (June 9, 2005) Language: English ISBN-10: 0824724232 在線閱讀網址：/gp/reader/0824724232/ref=sib_dp_

13、pt2258439#reader-link 其他雙語擴充性資料根據課程內容需要，教師將部分英文綜述或指定某些期刊文章進行整理，提供給學生做課外閱讀酶工程實驗課程教學大綱（2010年制訂）一、課程代碼：二、英 文 名：Experiments of Enzyme Engineering三、課程類別：專業(yè)必修課四、先修課程：生物化學、微生物學、酶工程等五、學 分：1學分六、學 時：32學時 （課外學時機動）七、課程概述： 課程設計思想：酶工程技術實驗的設計安排，主要是配合理論課的教學實際，加深學生對酶生產和應用基本理論和關鍵技術的認識，同時強調學生學習中對知識的運用能力及解

14、決問題能力的提升。 課程設計效果：基礎驗證性實驗使學生對酶的基本知識得到進一步的融會貫通。綜合性和設計性實驗的設計，一方面使學生有較多的獨立動手操作的機會，另一方面也讓學生能廣泛地接觸先進的儀器設備，從而能較熟練地掌握酶的生產、分析以及應用的基本技能。相對優(yōu)秀的學生選擇將進入教師的科技創(chuàng)新性活動中，他們對酶工程的新技術有了進一步的認識與學習，為其繼續(xù)深造和學習研究提供了重要基礎。八、課程目標：配合酶工程的理論教學實際，結合酶工程學科的最新發(fā)展趨勢，使學生較好地掌握酶從生產，最終應用的各項單元操作技術，并綜合提升學生獨立操作的能力和科研實踐能力。 九、教學方法：以多媒體教學為手段，在注重基礎性與

15、系統(tǒng)性的同時，應該較多地考慮到實驗內容的先進性與知識結構的合理性。在教學中，力求深入淺出，突出重點，及時反映本學科研究的新進展和生產實踐中出現的新問題，在重視基本理論、基本知識和基本技能教學的同時，加強學生創(chuàng)新思維、實踐能力和科學素質的培養(yǎng)。 課程組織形式：1、課堂教學：分為實驗講解和示范、學生實際操作兩個環(huán)節(jié)；2、課后作業(yè)：學生交實驗報告，教師批改；3、開放實驗室：學期末開放實驗室2周，使學生隨時可以到實驗室鞏固各項實驗操作技術；4、實踐考試：根據教學內容對學生進行操作技能考試，教師根據操作的熟練程度及實驗效果評分。 教師指導方法：1. 在課堂上，首先進行講解示范，并在學生實際操作過程中給予

16、具體指導；2. 課后根據學生交來的實驗報告，找出實驗中的薄弱環(huán)節(jié)，并在下一次實驗課上進行鞏固加強；3. 在實驗室開放期間，對學生進行具體指導，幫助學生復習和鞏固各項實驗操作技術。十、實驗教學基本內容及學時分配：安排六個實驗（包括2個綜合性實驗，1個大型課外拓展性實驗）如下，酶等材料根據實際情況確定。序號實驗名稱內容提要實驗類型實驗時數實驗者類別每組人數主要儀器設備所在實驗室備注1-1酶蛋白的定量測定采用考馬斯亮藍法，用分光光度計對蛋白質進行定量檢測驗證性1本科生2天平、水浴鍋、紫外分光光度計生化實驗室 1-2酶純度檢測SDS-聚丙烯酰胺凝膠的制備、SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測木瓜凝乳蛋白酶純

17、度驗證性2本科生2電泳儀電源、垂直平板電泳裝置生化實驗室 2酶催化動力學研究研究底物濃度、酶濃度、溫度、pH值、金屬離子對堿性磷酸酶催化反應的影響；學習雙倒數作圖確定酶動力學參數驗證性3本科生2-3空氣浴恒溫搖床、水浴鍋、天平、紫外分光光度計等生化實驗室 3酶的固定化（包埋法）酶的準備，包埋劑的準備，包埋操作，活力檢測及計算。驗證性3本科生2空氣浴恒溫搖床、水浴鍋、天平、紫外分光光度計等生化實驗室 4酶的提取和純化掌握超濾技術的原理和Bio-rad超濾系統(tǒng)的使用；掌握離子交換層析原理和層析儀的使用，掌握從發(fā)酵液或其他樣品中提取純化目的產物的方法。綜合性6本科生2-4Bio-rad超濾系統(tǒng)、紫外分光光度計、中高壓層析儀、層析柱、冰箱等生化實驗室 5重要工業(yè)酶基因的克隆及在畢氏酵母中的表達提取目的酶基因片段和載體，載體、目的片段消化和連接，感受態(tài)細胞的制備和轉化，表達產物的檢測綜合性9本科生4-6空氣浴恒溫搖床、恒溫培養(yǎng)箱、水浴鍋、PCR儀、凝膠成像儀、離心機、冰箱等生化實驗室 6酶的發(fā)酵生產與應用菌種準備、發(fā)酵培養(yǎng)基配制、滅菌、發(fā)酵過程監(jiān)控、產物收集、生物催化體系建立等課外拓展性16以上本科生10-15成套全自動發(fā)酵罐、玻璃