蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)中的一些思考

蛋白質(zhì)組學(xué)教學(xué)中的一些思考自1995年基因組計劃的大規(guī)模開展以來，我們得到了前所未有的海量遺傳信息。但是，對這些遺傳信息如何進行解讀，包括：基因的識別，基因時間、空間表達特異性的調(diào)控，多個基因產(chǎn)物之間的相互關(guān)系，等等，都需要通過研究具體的生物功能的體現(xiàn)者和執(zhí)行者——蛋白質(zhì)，才能最終揭示生命活動的真諦。正因為如此，蛋白質(zhì)組學(xué)(Protemics)研究成為后基因組學(xué)(post-genomics)即功能基因組學(xué)(functionalgenomics)中的中流砥柱。Nature和Science雜志也在2001年2月公布人類基因組草圖的同時，分別發(fā)表Y“Andnowfortheproteome”與“Protemicsingenomeland”的綜述，將蛋白質(zhì)組學(xué)的研究提到了前所未有的高度。陜西師大生命科學(xué)學(xué)院積極設(shè)立蛋白質(zhì)組學(xué)這門課程，并將它設(shè)置為生物技術(shù)專業(yè)的限選課及生物科學(xué)和理科基地專業(yè)的專業(yè)任選課。蛋白質(zhì)組學(xué)(Protemics)是一門交叉型的新型學(xué)科，涉及生物化學(xué)、分子生物學(xué)、基因?qū)W、細胞學(xué)及生物信息學(xué)等多種學(xué)科的知識點。同時它又是一門理論與實踐緊密結(jié)合的課程，涉及較多的新型實驗原理與方法，比較抽象，相對較難理解。綜合考慮之后，學(xué)院將該課程的授課時間設(shè)置為大三學(xué)年的第二學(xué)期，一方面學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了各種基礎(chǔ)專業(yè)課程，具備了一定的知識儲備，另一方面經(jīng)過多種學(xué)科配備的實驗課程學(xué)習(xí)，學(xué)生具備了一定的實驗操作技能及科學(xué)思考方法。師大設(shè)置該課程已經(jīng)有近6年的歷史了，通過這幾年的課程教學(xué)，我在該課程的教改方面也進行了思索，有了一些。我在此拋磚引玉，與廣大同仁共同探討。一、蛋白質(zhì)組學(xué)的教學(xué)目標(biāo)蛋白質(zhì)組學(xué)一詞由澳大利亞科學(xué)家MarcWilkins于1994年在意大利Siena的一次二維電泳會議上首次提出。1997年之后，各國科學(xué)家慢慢重視并開展了廣泛研究。雖然蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展歷史非常短暫，但其研究內(nèi)容非常前沿。目前，國家提出高校教改應(yīng)注重學(xué)生的素質(zhì)教育。有學(xué)者提出，素質(zhì)教育與教學(xué)過程的融合是大學(xué)教學(xué)的關(guān)鍵，而構(gòu)建科學(xué)合理的培養(yǎng)方案是“融合”的基礎(chǔ)；其中重要的一項措施就是“注重學(xué)科交叉”。教師要做到給學(xué)生傳授整體性的知識，同時注重其他學(xué)科知識對本學(xué)科的影響，以及在本學(xué)科領(lǐng)域中的應(yīng)用；更要在知識的精選和交叉融合上下工夫，搞好知識的整體優(yōu)化。在授課過程中，切忌簡單地照搬、機械地設(shè)置相關(guān)專業(yè)的課程［1］。目前，蛋白質(zhì)組學(xué)研究在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)各學(xué)科領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，以及不同的偏重。針對師范類院校學(xué)生的專業(yè)特點，并結(jié)合高校教改的素質(zhì)教育要求，我們將本課程的教學(xué)目標(biāo)定位讓學(xué)生從總體上掌握這門課程，從整體上了解這門課程的地位、前沿技術(shù)與發(fā)展動向、面臨的困難與挑戰(zhàn)，等等，拓寬學(xué)生的視野，從而提高學(xué)生的教育教學(xué)水平，促進自身和職業(yè)的發(fā)展。二、蛋白質(zhì)組學(xué)的教學(xué)內(nèi)容根據(jù)以上的教學(xué)目標(biāo)，我們選擇了科學(xué)出版社出版的錢小紅與賀福初院士主編的《蛋白質(zhì)組學(xué)：理論與方法》。并使用多種參考書，如S.R.Pennington,M.J.Dunn編著，錢小紅與賀福初翻譯的《蛋白質(zhì)組學(xué)：從序列到功能》；HubertRehm編著的《ProteinBiochemistryandProteomics》；J.E.Coligan編著，李慎濤翻譯的《精編蛋白質(zhì)科學(xué)實驗指南》。教材及各參考書內(nèi)容新穎、豐富，如何使用，以及如何充分利用36個學(xué)時達到既定教學(xué)目標(biāo)，該課程的內(nèi)容設(shè)置顯得尤為重要。該課程緒論課的內(nèi)容設(shè)置，我認為最好涵蓋其發(fā)展歷史、研究背景、研究內(nèi)容，并結(jié)合大量的新興研究實例（如細胞發(fā)育的蛋白質(zhì)組研究、各種疾病癌變的蛋白質(zhì)組研究等），以期使學(xué)生建立對這門課程的總的認識，務(wù)必使學(xué)生了解這門課程的研究內(nèi)容、研究方向等，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣［2］。在隨后的教學(xué)中，將蛋白質(zhì)組學(xué)研究中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)原理與方法分章節(jié)詳細介紹。第一部分是樣品的制備。結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)過的植物學(xué)、微生物學(xué)、細胞學(xué)等知識，重點闡述樣品制備的通用原則及注意事項。另外，簡單介紹一些針對特殊蛋白質(zhì)的樣品制備技術(shù)，如蛋白質(zhì)的分步分離提取法、亞細胞分離與蛋白質(zhì)提取等。讓學(xué)生掌握通用原則，并根據(jù)具體的研究內(nèi)容進行方案的調(diào)整。第三部分學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)組學(xué)實驗數(shù)據(jù)的分析，介紹相關(guān)的雙向電泳凝膠的染色技術(shù)、數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計分析的軟件，對二維凝膠上的蛋白質(zhì)進行定量分析，最終建立細胞蛋白質(zhì)譜；介紹一些批量凝膠上蛋白質(zhì)點的比對技術(shù)。讓學(xué)生掌握各染色技術(shù)的優(yōu)缺點及應(yīng)用范圍，并對相關(guān)技術(shù)軟件有所熟悉，掌握一些參數(shù)的設(shè)置方法。第四部分對凝膠上特殊的蛋白質(zhì)斑點進行定性分析，尤其是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的質(zhì)譜鑒定技術(shù)，這是本章也是本課程的重點和難點，還是蛋白質(zhì)組研究三大支撐技術(shù)之一。內(nèi)容包括質(zhì)譜的原理、發(fā)展歷程，其中原理是重點也是難點。在質(zhì)譜知識的基礎(chǔ)上，介紹目前使用最為廣泛的基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）、電噴霧質(zhì)譜（ESI-MS）,二者的工作原理是重點難點，需要詳細闡述說明，以及基于這兩種質(zhì)譜而發(fā)展起來的蛋白質(zhì)組鑒定技術(shù)—肽質(zhì)量指紋圖譜（PMF）、肽序列標(biāo)簽（PST）和從頭測序技術(shù)，教師應(yīng)結(jié)合具體的研究實例說明其使用方法，用提問的方式來啟發(fā)學(xué)生，循序漸進、由易到難，根據(jù)實驗結(jié)果讓學(xué)生自己總結(jié)其各自的優(yōu)缺點，最終掌握其工作原理與應(yīng)用范圍。第五部分介紹一些基于質(zhì)譜技術(shù)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾的鑒定方法，主要包括蛋白質(zhì)的磷酸化修飾和糖基化修飾，重點是其原理與技術(shù)方法，同時也是對上一章內(nèi)容的深化與應(yīng)用。第六部分學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)組研究中的生物信息學(xué)。介紹生物信息學(xué)的定義、發(fā)展歷史及其應(yīng)用，根據(jù)上一章節(jié)介紹的質(zhì)譜鑒定得到的信息，具體實例說明如何利用生物信息學(xué)進行蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，讓學(xué)生掌握其在蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的應(yīng)用。第七部分是蛋白質(zhì)的功能研究，重點強調(diào)蛋白質(zhì)相互作用的研究，包括酵母雙雜交、噬菌體展示、蛋白質(zhì)芯片技術(shù)等，最終建立蛋白質(zhì)間的連鎖圖。學(xué)生需要掌握其原理與應(yīng)用范圍，學(xué)會基本的操作方法。最后介紹蛋白質(zhì)組學(xué)研究中一些非凝膠的技術(shù)，包括定量蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)，例如熒光染料標(biāo)記、同位素標(biāo)記及蛋白質(zhì)芯片技術(shù)等?？傊?，該課程的內(nèi)容要緊緊圍繞選課學(xué)生的專業(yè)特點展開，務(wù)必讓學(xué)生從整體上把握該課程，熟悉其研究內(nèi)容與研究前言。三、教學(xué)方法和教學(xué)手段的首先在教學(xué)手段上，以多媒體教學(xué)方法為主、傳統(tǒng)教學(xué)方法為輔。多媒體PPT課件貫穿整個教學(xué)過程，其優(yōu)勢是圖像清晰、形象逼真、表達直觀、闡述清晰明了，可幫助學(xué)生有效地學(xué)習(xí)和掌握知識點，有助于解決教學(xué)重點、突破教學(xué)難點。同時多媒體課件穿插大量的圖片、表格，有效地增加了教學(xué)量，對課本上的內(nèi)容有很好的深化和拓展作用，能取得比較好的教學(xué)效果。但是正因為多媒體的量大，需要結(jié)合傳統(tǒng)板書，一方面可以給學(xué)生思考、消化的時間，另一方面可以對該課時涉及的重點和難點進一步闡述說明，最終讓學(xué)生對所學(xué)的內(nèi)容有個整體認識?？傊瑢⒏鞣N教學(xué)手段的優(yōu)勢發(fā)揮到最大，以期達到最好的教學(xué)效果。其次在教學(xué)方法上，在傳統(tǒng)的講授、學(xué)生聽課的講授法的基礎(chǔ)上，需要激發(fā)學(xué)生的熱情，提高學(xué)生的參與度。教學(xué)過程是師生的雙邊活動，的“教”和學(xué)生的“學(xué)”相互適應(yīng)才能取得預(yù)期的教學(xué)效果。在授課過程中要鼓勵學(xué)生敢于提出問題，獨立思考問題，教師與學(xué)生共同參與教學(xué)內(nèi)容。同時可以在授課過程中，穿插學(xué)生小組討論的環(huán)節(jié)，這樣可以有效地活躍課堂氣氛，吸引學(xué)生注意力，使學(xué)生通過自我思考，最終得到答案。蛋白質(zhì)組學(xué)不僅是一門理論性較強的學(xué)科，而且是一門實驗性很強的學(xué)科。因此在教學(xué)過程中要注意理論與實驗演示相結(jié)合［3，對于實驗室可滿足實驗條件的教學(xué)內(nèi)容，可以采用探究式教學(xué)方法，給學(xué)生自己動腦動手的機會，自己設(shè)計實驗、實施實驗，并發(fā)現(xiàn)問題，最終解決問題、得出結(jié)論。但是目前蛋白質(zhì)組學(xué)研究中一些實驗周期較長，材料準(zhǔn)備比較困難；許多大型儀器都非常昂貴，需要專業(yè)人員而不能任由學(xué)生自由操作；甚至普通的基礎(chǔ)實驗室并無配備。對于這部分的實驗內(nèi)容，教師可以自己實驗并制作相應(yīng)的教學(xué)實驗操作錄像，或者從網(wǎng)絡(luò)上尋找；這樣可以在教學(xué)過程中一邊播放一邊講解，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)［4,例如2-DE的具體操作，生物質(zhì)譜的蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)等，其原理抽象，難于理解，相應(yīng)地采用視聽覺媒體，使得整個教學(xué)過程變得更為形象具體、直觀生動，具有較強的表現(xiàn)力；利用具體的場景和音響刺激學(xué)生，吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生的具體感知認識。在教學(xué)過程中，要注意將科研的思路、科研的方法融入教學(xué)中，從而提高學(xué)生的科研能力。在教學(xué)過程中，教師需注意聽取學(xué)生的反饋意見，注重學(xué)生對教學(xué)效果的評價。教師可以通過建立學(xué)生公共信箱，將某些授課內(nèi)容、習(xí)題、思考題等通過該信箱讓學(xué)生下載；學(xué)生也可通過教師的郵箱，提出建議和意見，及時對課程進行反饋，從而使教師及時調(diào)整教學(xué)活動［5］。在考試形式上，采取課下查文獻、答題相結(jié)合的形式。在教學(xué)過程中針對重要章節(jié)中的知識點，給學(xué)生出思考題，讓學(xué)生結(jié)合已有的知識，查找相關(guān)的文獻，再提出自己的實驗設(shè)計方案；安排一個課時讓學(xué)生課堂討論。這樣可以有效地調(diào)動學(xué)生的積極性，加深對知識的