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文本内容:
《蛋白质与酶工程实验》课程教学大纲
一、课程基本情况课程代码1061149015课程名称(中/英文)蛋白质与酶工程实验/Experiment ofProtein andEnzyme engineering课程类别专业必修课程课程性质必修总学分
1.5总学时24实验/实践学时24适用专业生物技术适用对象本科先修课程有机化学、生物化学、微生物学开课学院环境工程与化学学院
二、课程简介《蛋白质与酶工程实验》是生物技术专业的必修课程,是现代酶学和生物工程学相互结合而发展起来的技术性学科,具有极强的实践性和应用性蛋白质与酶工程实验课程是理论课的延伸,其任务是使学生掌握常见酶制剂的生产、分离纯化、活力测定、固定化及酶反应器模型的制作等蛋白质与酶工程的基本操作技术,并在各个教学环节中培养学生严谨求实的科学态度和团队合作精神
三、课程教学目标
1.课程对毕业要求的支撑指标点
6.1基于生物技术相关的原理,采用科学方法,针对生物发酵、生物产品分析检验及生物诊断领域的实际问题设计实验方案,并具备进行实施的操作能力;指标点
6.2具备准确采集、整理实验数据,对实验结果与实际问题进行关联分析和讨论,获取合理的结论;
2.课程教学目标
(1)具备发酵液预处理的能力,并通过总活力、总蛋白和比活力的测定对纯化手段进行评价,初步具备设计酶制剂发酵生产工艺的能力;
(2)具备酶制剂活力测定的能力,能够准确记录和分析数据,对酶制剂产品的质量做出判断,培养严谨求实的科学态度,理解团队分工合作的必要性
(3)具备固定化酶制剂的活力、回收率测定的能力,掌握初步设计酶制剂的固定化方案或构建酶反应器模型
3.教学内容与课程教学目标之间的对应关系课程教学目标教学内容教学方法目标1具备发酵液预处理的菌种的活化;发酵培养基的制备;发酵条
1.启发式教学能力,并通过总活力、总蛋件的优化;发酵时间的确定;发酵液的固
2.案例分享白和比活力的测定对纯化液分离;粗酶制剂的制备;酶制剂的纯化;
3.翻转课堂与讨论手段进行评价,初步具备设紫外分光光度法测定酶的总活力、总蛋白
4.操作指导计酶制剂发酵生产量、比活力、纯化倍数及回收率等工艺的能力;目标2具备酶制剂活力测定的能力,能够准确记录和
1.启发式教学分析数据,对酶制剂产品的有机溶剂制备酶制剂;等电点沉淀法分离纯
2.案例分享质量做出判断,培养严谨求化制备粗酶制剂;酶制剂纯化和结晶;酶制
3.翻转课堂与讨论实的科学态度,理解团队分剂产品的活力检测
4.操作指导工合作的必要性;目标3具备固定化酶制剂
1.启发式教学包埋法固定化酶制剂;固定化酶制剂的活力的活力、回收率测定的能
2.案例分享及回收率测定;固定化技术对酶制剂的影力,掌握初步设计酶制剂的
3.翻转课堂与讨论响;固定化酶制备填充床式小型酶反应器模固定化方案或构建酶反应
4.操作指导型及其应用效果检测器模型
四、教学内容实验一枯草杆菌摇瓶发酵生产a—淀粉酶实验实验目的或任务
1、掌握微生物发酵生产酶制剂的一般工艺;
2、掌握摇瓶培养的方法实验原理微生物发酵法是实际生产中酶制剂制取的方法发酵方法有固体发酵法和液体发酵法,生产中多用液体发酵法制备酶在进行大规模液体发酵法生产酶制剂之前,首先在实验室对保藏的目的菌种进行活化和扩大培养,制得生产种子扩大培养多采用摇瓶培养,即在锥形瓶中加入一定量的液体培养基,在摇床上以一定转速摇动进行恒温培养而摇瓶培养也是实验室模拟生产上进行发酵产酶的一种模拟实验实验内容及步骤
1、培养基的制备;
2、摇瓶发酵培养基的灭菌;
3、接种;
4、培养;实验所需设备及材料
1、马铃薯培养基;
2、淀粉蛋白陈培养基;
3、发酵培养基;
4、高压灭菌锅;
5、超净工作台;
6、三角瓶;
7、离心机;
8、水浴锅;
9、摇床培养箱等实验二a—淀粉酶的初步纯化实验实验目的或任务掌握Bradford法测定蛋白质浓度;掌握酶制剂进行初步分离的常用方法实验原理a—淀粉酶是一种胞外酶,其初步分离纯化通常是将发酵液经过预处理后采用过滤或离心的方法进行固液分离,然后加入硫酸钱进行盐析获得酶泥,干燥获得酶制剂在酶的分离纯化过程中,通过测定每步操作后酶总活力、总蛋白和比活力,进而计算酶活力回收率和纯化倍数,从而判断每步使用的纯化手段是否适宜目的酶制剂的分离和纯化实验内容及步骤
1、•淀粉酶的活力测定;
2、蛋白质标准曲线的制作;
3、发酵液蛋白质浓度的测定;
4、发酵液的预处理;
5、盐析法分离酶制剂实验所需设备及材料
1、Bradford液;
2、标准蛋白母液;
3、离心机;
4、硫酸镂等实验三有机溶剂沉淀法制备大豆胭酶实验实验目的或任务
1、了解胭酶的制备过程;
2、掌握有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法和结晶等分离纯化酶的方法和原理实验原理版酶广泛存在于微生物和动植物组织中,1926年Sumner曾用32%的丙酮溶液从刀豆粉中提取腺酶,制得了结晶该酶分子量483kD,由6个亚基组成,等电点
4.9,溶于水和稀缓冲液,粗酶较稳定,纯酶不稳定,结晶酶在低温下可稳定1年以上本实验用乙醇从大豆种子中提取胭酶,用有机溶剂和等电点结合法沉淀制取该酶实验内容及步骤
1、胭酶提取;
2、胭酶纯化;
3、酶的重结晶实验所需设备及材料
1、冰浴、大容量常速离心机、50mLiOmL,5mL离心管、
1.5mL离心管及其他常规仪器;
2、新鲜大豆粉;
3、2%醋酸;
4、64%和32%丙酮实验四月尿酶Km值的测定实验实验目的或任务
1、掌握酶制剂Km值的测定方法;实验原理尿素能够被胭酶催化分解产生碳酸筱碳酸镂在碱性溶液内与奈氏试剂作用,产生橙黄色的碘化双汞铁,在一定范围内,呈色深浅与碳酸镂多少成正比故借比色法可测定单位时间所产生碳酸镂量从而求得酶促反应速度在保持恒温的合适条件(时间、温度及p),以同一浓度的服酶催化不同的尿素分解,于一定限度内,酶促反应速度成正比因此,用酶促反应速度倒数(1/v)为纵坐标,尿素浓度倒数(1/c)为横坐标,依L、K法作图,即可求出胭酶的Km值实验内容及步骤
1、制备不同浓度梯度的底物;
2、酶促反应;
3、记录时间,终止反应;
4、加入显色液,分光光度计测定产物生成量;
5、根据吸光度值作图,计算酶制剂的Km值实验所需设备及材料
1、恒温水浴锅,722型分光光度计,小漏斗,滤纸,移液器等;
2、实验三中制备的麻酸、无水酒精、尿素(AR),Na2Po4,K2PO4,ZnSO4,NaO,酒石酸钾纳、KI、碘、汞、奈氏试剂实验五凝胶包埋法固定化版酶实验实验目的或任务掌握酶固定化的方法和原理实验原理凝胶包埋法是将酶或含酶菌体在各种凝胶内部的微孔中,制成一定形状的固定化酶或固定化菌体常用的凝胶有琼脂、海藻酸钙、明胶、聚丙烯酰胺等本实验把胭酶用聚丙烯酰胺凝胶包埋起来,制成固定化月尿酶,可广泛应用于人工肾或处理尿素废水实验内容及步骤
1、制备聚丙烯酰胺溶液;
2、加入酶制剂制备含酶凝胶;
3、固化后,称重,于4℃冰箱中贮藏实验所需设备及材料
1、天平、小烧杯、刀片等;
2、丙烯酸胺,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂),磷酸缓冲液(p
7.0),10%过硫酸钾溶液(引发剂),10%亚硫酸氢钠溶液,实验三制备的腺酶实验六固定化胭酶活力及其回收率的测定实验实验目的或任务掌握固定化酶技术对酶制剂的影响实验原理固定化酶活力回收率是指固定化酶的活力与固定化的溶液酶的活力之百分比固定化酶的活力测定方法,有振荡测定法、酶柱测定法和连续测定法等多种常用的振荡测定法,是将一定质量的固定化酶,放在一定形状、一定大小的容器中,加入一定量的底物溶液,在固定化酶最适反应条件下,振荡或搅拌反应系统,反应一定时间,取出一定量的反应液,进行活力测定活力测定的反应原理和方法,与溶液酶活力测定相同实验内容及步骤
1、固定化酶活力测定;
2、游离酶活力测定;
3、计算酶活力回收率实验所需设备及材料
1、恒温水浴槽、分光光度计、移液管、比色管及其他常规仪器用具;
2、实验五制备的固定化酶;
3、标准氨溶液、lmol/L2s04和纳氏试剂等实验七填充床式酶反应器的实验模型制作与应用实验实验目的或任务了解填充床式反应器模型制作过程及其应用实验原理填充床反应器(PFR)是当前采用较多的一种反应器形式,又称活塞式反应器其突出的特点是转化率高,要求从填装固定化酶开始就严格操作,填装一定要均匀,运行时流速要稳定本实验采用实验五中制备的固定化酶进行装柱,柱床高度()和直径(D)之比(/D),一般以10-20为宜太大,阻力大,流速慢;过小,底物反应不完全实验内容及步骤
1、柱的准备;
2、装柱;
3、平衡;
4、组装;
5、应用实验所需设备及材料
1、层析柱或碱式滴定管;
2、恒流泵;
3、储液瓶;
4、尿素及磷酸缓冲液;
5、标准盐酸及甲基红-澳酚绿混合指示剂等
五、实验项目及学时安排实验学时实验类型实验要求每组人数序号实验项目名称备注枯草杆菌摇瓶发酵生产14综合性必做3a—淀粉酶2a—淀粉酶的初步纯化4综合性必做3有机溶剂沉淀法制备大豆34综合性必做3胭酶4版酶Km值的简易测定4综合性必做35凝胶包埋法固定化胭酶4综合性必做3固定化服酶活力及其回收6率的测定4综合性选做3二选一填充床式酶反应器的实验74设计性选做3模型制作与应用
六、考核与评分标准
1.课程考核《蛋白质与酶工程实验》是一门专业必修课程,总成绩包括形成性评价(平时成绩)占70%和结果性评价(测验)占30%形成性评价包括实验预习(20%)、实验操作(20%)和实验报告成绩(30%)结果性评价为期末测验(酶制剂生产与应用的方案设计)课程共包含6个实验项目,如果缺做2个及以上实验项目,不论其它成绩高低,课程总成绩记为不及格
2.课程教学目标的考核序号课程教学目标考核内容考核具备发酵液预处理的能力,并通过总活力、总发酵产酶的基本知识;培养预习表现、课堂蛋白和比活力的测定对基的制备和微生物培养操作;提问、实验操作1纯化手段进行评价,初发酵液预处理的要求及规范;效果,实验报告,酶活力指标的测定原理和方法测验步具备设计酶制剂发酵生产工艺的能力;具备酶制剂活力测定的能预习表现、课堂提力,能够准确记录和分析生物提取酶制剂的基本知识;各问、实验操作效2数据,对酶制剂产品的质种分离纯化方法的原理;酶制剂果,实验报告,测分离纯化方法操作要求及规范量做出判断,培养严谨求验实的科学态度,理解团队分工合作的必要性;具备固定化酶制剂的活酶制剂固定化的基本原理;固定预习表现、课堂提力、回收率测定的能力,掌化酶制剂的活力、回收率测定的问、实验操作效3握初步设计酶制剂的固定方法及操作;设计固定化酶制剂果,实验报告,测化方案或构建酶反应器模的应用方案验型
3.成绩评定标准考核环节评价细则实验预习实验操作实验报告测验按时出勤,不迟至U,不早退,积实验过程中操实验报告内容完整极预习,思路清作仔细规范,充实,书写工整规思路清晰,方案设计合(90-100分)晰,提问过程中小组分工明范,实验结果描述准理,进行了可行性分析能够详细了解实确,实验结果确,并结合实验过程验原理和实验过准确可靠中的出现的问题进程行的分析和讨论实验操作过程实验报告内容完整,出勤率较好,能中仔细认真,良好书写规范,实验结果够做好预习工操作规范,小思路清晰,方案设计合(80-90描述准确,简单对实作,提问过程中组分工明确,理,可行性分析不全面分)验结果进基本理解实验原实验结果可行分析和讨论理和实验过程靠有迟到现象,基实验操作过程实验报告内容完整,中等本无预习,提问中仔细认真,书写规范,实验结果思路清晰,方案设计合(70-80过程中未能较好操作规范性不描述准确,未对实验理,无可行性分析分)的掌握实验课程够,小组分工结果进行分析和讨中的实验原理和明确,实验结论操作技术果基本可靠实验操作过程实验报告内容不完及格迟到次数较多,中不严谨,操整,书写不规范,实思路清晰,但方案设计存(60-70无预习,不了解作规范性不验结果描述不清楚,在漏洞分)实验流程够,小组分且存在明显问工不明确,实题验结果不准确实验报告内容不完缺课次数较多,实验操作过不及格(<整,实验结果存在严思路混乱,方案设计存在无预习,不了解程中有明显60分)重错误或报告全文严重技术问题实验流程敷衍现象抄袭迹象明显
七、教学资源建议教材《酶工程实验指导》,王君陆玉建,张玉苗,姚志刚,李甲亮,化学工业,2018参考书
(1)《生物工程专业实验教程》,汪文俊,熊海容,华中科技大学,2012
(2)《酶工程实验指导》,万东石,兰州大学,20H。