高级生物化学植物方向)2012教学大纲.doc

四川农业大学研究生课程教学大纲课程编码(暂不填)课程名称中文：高级生物化学(植物方向)开课层次硕士英文： biochemistry开课院别生命理学院学时课内总学时： 56 其中讲课： 16 实验： 40 学 分3任课教师1. 陈惠2. 吴琦 王晓丽 张小凌 芶琳等等实验部分教学课程类别专业学位课技术职称教授 开课学期 1教学方式讲授为主/实验为主考核方式考试教学要求及目的 高级生物化学学习要求掌握蛋白质、生物膜的结构和功能，以及代谢调节与细胞信号转导的基本知识，全面拓宽和深化基础理论，了解当代生物化学研究热门领域的重大成就和发展趋势，达到打好基础、拓宽视野的目的。同时教学中注重创新意识和科学思维方法以及自学能力的培养，将生物化学的研究成果、逻辑思维和研究方法渗透到各专业的研究之中，为充实专业研究内容、开拓新的研究领域服务。课程主要内容绪 论世纪之交的生物学基础研究高级生物化学课程的目的和任务高级生物化学课程的主要内容和安排主要参考书第一部分 理论讲授（16学时）第一章 蛋白质的分子结构与功能目的与要求：在学习蛋白质基本结构的基础上，认识蛋白质结构与功能的关系，深入理解蛋白质之所以能体现生命现象在于它具有特殊的分子结构。了解蛋白质结构研究的主要方法。第一节 蛋白质的分子结构一. 蛋白质一级结构及其研究 1. 肽和肽键 (1) 肽和肽键的结构; (2) 天然活性肽 2. 一级结构的测定 (1) 战略原则 (2)测序步骤 （3）蛋白质一级结构研究进展 3. 一级结构研究意义 (1) 一级结构和功能密切相关 (2) 由一级结构可预测高级结构二. 蛋白质特定构象形成的原因和驱动力 1. 多肽链折叠的空间限制 （1）肽键的单键性质；（2）肽单位的平面结构和二面角；（3）Ramachandran构象图 2. 蛋白质特定构象形成的驱动力 （1）R-侧链基团间的相互作用；（2）肽链与环境水分子的相互作用；（3）天然构象形成的过程是一个自发过程（G0）三. 蛋白质构象的结构层次及其特征 1. 二级结构 (1) 螺旋; (2) b- 片层; (3) 回折; (4) Q-环; (5)无规则卷曲 2. 超二级结构 (1) 类型; (2) 一些已知功能的超二级结构 3. 结构域 (1) 结构域的形成方式; (2) 结构域运动; (3) 结构域分类 4. 球状蛋白三级结构 (1)球状蛋白三维结构的特征; (2) 球状蛋白质的分类 5. 四级结构 (1) 原体、单体与亚基的概念; (2) 四级结构形成的优越性6.生物超分子体系7.纤维状蛋白质的结构 （1）a-角蛋白的结构；（2）丝心蛋白(fibroin)结构；（3）胶原纤维(collagen fibril)第二节 蛋白质的分子结构与功能的关系一、肌红蛋白（Myoglobin）和血红蛋白（Hemoglobin）的结构与功能 1. Mb和Hb的结构特点 2. Mb和Hb的氧合曲线和Hill图 （1）Mb和Hb的氧合曲线比较；（2）Mb的储氧功能和Hb的输氧功能 3. Hb的变构效应与O2的运输 （1）Hb的变构效应；（2）DPG的变构效应剂作用和对血红蛋白氧亲和力的影响；（3）H+浓度、CO2的分压对Hb氧亲和力的影响 4. 异常血红蛋白与分子病 (1)分子表面发生的变异; (2) 血红蛋白结合部位发生变异; (3) 三级结构发生突变; (4) 四级结构发生突变二. 朊病毒的构象变化和功能 1朊病毒（prion protein,PrP）的概念和结构 2PrPC的可能生理功能 3PrPSc和Prion病 4朊病毒的研究有待解决的问题三、转录因子的结构与功能1、转录因子的定义2、转录因子的结构3、转录因子的分类4、转录因子的功能四、 蛋白质结构与功能研究进展 1蛋白质结构研究新方法 2蛋白质组学研究 3生物信息学的介入第三节 蛋白质天然构象的形成与分子伴侣 一、中心法则研究中一个没有完全解决的重大问题 二、蛋白质天然构象的形成 1、蛋白质折叠密码的复杂性;2、蛋白质折叠的灵活性; 3、折叠所需的蛋白质因子：分子伴侣 、酶 4、 蛋白质的自剪接三、热激蛋白(heat shock proteins,Hsp)1、热激蛋白的分类；2、热激蛋白的分子伴侣功能；3、热激蛋白的其它功能 四、蛋白质的翻译后修饰 表观遗传学研究新问题第四节 蛋白质的酶促降解与修饰一、蛋白质酶的种类和专一性 1.肽酶（Peptidase） 2.蛋白酶(Proteinase)二、蛋白质降解的生物学意义三、细胞组织蛋白的胞内降解1. 溶酶体(lysosome)途径2.泛肽（ubiguitin）途径 （1）泛肽；（2）与蛋白质泛肽化有关的酶类；（3）去泛肽化酶；（4）26S蛋白酶体；（5）20S 蛋白酶体；（6）19S 调节复合物；（7）11S调节复合物第二章 生物膜与细胞信号转导目的与要求：介绍细胞信号转导的概念及特征，重点掌握胞外信号跨膜转导的特点和主要途径，以及其后胞内信息分子级联传递，生物信号逐渐放大的机制。第一节 生物膜的结构和功能概述一、生物膜的结构1、细胞膜的共性和遗传性2、生物膜的结构和特点膜的流动镶嵌模型二、生物膜的功能1、生物膜与物质的跨膜运转（1）小分子物质的运送 Na+ . K+ - ATPase (1) K.whittam及其同事的经典实验； (2) Na+ . K+ - ATPase作用的机理；阴离子运送（2）糖和氨基酸的运送:协同运送（co-transport）；基团运送（group transport）（3）生物大分子跨膜运送：外排作用，内吞作用（4）新生蛋白质的跨膜定向运送：分必蛋白质通过内质网的运送：信号肽（signal sequence），信号肽假说（signal hypothesis）；线粒体蛋白质的跨膜运送：线粒体蛋白质跨膜运送的特征，导肽（leader sequences）的性质和特征；离子载体（ionophores）2、生物膜与能量转换（1）、氧化磷酸化能量转换机制：线粒体结构和呼吸链的组成；呼吸链电子传递过程中自由能的变化；Mitchell的化学渗透假说（chemiosmotic hypothesis）；ATP酶的结构与旋转催化理论 （2）光合磷酸化能量转化机制：叶绿体结构和光合链；光合磷酸化机理；氧化磷酸化和光合磷酸化比较第二节 细胞信号转导概述一、细胞信号主要种类1.生物大分子的结构信号2.物理信号3.化学信号（1）细胞间信号分子（第一信使）的类别和特点；（2）细胞内信号分子（第二信使）的类别和特点二、细胞信号转导途径的特点三、参与信号分子相互作用的特殊结构域四、接头蛋白与锚定蛋白第三节 受体及跨摸信号转换一、受体（receptor）1.受体的的概念2.受体的特征3.受体类别 （1）细胞内受体；（2）细胞表面受体4.植物受体的特殊例子二、细胞内受体的作用机制1.甾类激素受体信号转导的基本特征 2.甾类激素受体的结构和功能三、细胞表面受体的种类与结构1.离子通道型受体2.G蛋白偶联受体3.具有酶活性受体四、受体的研究方法1、遗传学方法筛选突变体2、标记配体法检测受体3、亲和技术提纯受体4、分子克隆技术获取微量受体5、酵母双杂交系统6、甾醇类激素核受体作用的DNA原件研究方法7、数据库筛选第四节 G-蛋白与跨摸信号转导一、G-蛋白（GTP-binding protein）概念1.异三聚体G蛋白结构和功能2.小G蛋白结构和功能3、植物G蛋白4、植物小G蛋白二、与G-蛋白偶联的细胞表面受体的跨摸信号转导模型三、小G蛋白偶联的MAPK级联系统 第五节 几种重要的胞内信使及其信号传递途径一、胞内信使cAMP系统 1.cAMP的发现和第二信史学说的提出2.信号分子cAMP的产生和灭活3.受体通过G蛋白与cAMP环化酶偶联的模型 4. cAMP下游的靶蛋白5. cAMP信号系统传递模型6.cAMP信号调节的生理过程二、胞内信使IP2与DG（双信使）系统1.双信使（IP3/Ca2+和DG/PKC）途径的发现2.信号分子（DG，IP3）的产生和灭活3.受体通过G蛋白与磷脂酶C(PLC)偶联的双信使系统模型4.IP2/Ca2+信号传递途径5.DG/PKC信号传递途径6.双信使途径之间的相互作用三、胞内信使Ca2+系统1.细胞Ca2+ 转运系统2. Ca2+信号的产生和终止3.钙信使的信号传递钙结合蛋白的结构与功能4.Ca2+ -CaM依赖性蛋白激酶（CaM-PK）的结构和 作用机理5.CaM-PK的生物学效应6.植物Ca系统的重要性四、cGMP信号传递途径第六节 具有酶活性的细胞表面受体的跨摸信号转导一、受体Tyr蛋白激酶 (receptor protein tyrosine kinase, RPTK)基本结构二、RPTK的活化与跨摸信号转导三、RPTK受体的胞内信号转导通路四、植物生长调节因子参与特殊的信号传导途径五、植物细胞信号转导研究的新进展第七节 蛋白质的磷酸化与脱磷酸化一、蛋白质的可逆磷酸化及其调控机制1.蛋白质磷酸化与其功能的关系2.可逆磷酸化作用调节蛋白质活性的分子机制3.蛋白质可逆磷酸化在介导信号转导中的中心枢纽作用二、蛋白激酶1.蛋白激酶催化反应的一般特征 2.重要的蛋白激酶家族三、蛋白磷酸酶四、蛋白质可逆磷酸化在信号转导中的特点和意义第八节 细胞信号转导途径的多样性和相互作用一、细胞信号转导途径的多样性二、胞内信号转导途径间的复杂性与“交谈”三、细胞对多种信号途径的整合作用第三章 生化实验技术第一节 生物大分子物质的制备一一般过程和原则二注意事项三纯化方案的设计和评价第二节 几类主要的生化实验技术一、层析技术1层析技术一般原理2层析技术分类3常用层析技术及应用二 、电泳技术1电泳的一般原理2. 电泳技术的类别3、常用电泳技术4、电泳技术的拓展三 、离心技术1离心机类别2沉降系数（ sedimentation coefficient, s）3超离心法类别四 、透析和超过滤第三节 核酸研究技术简介一、核酸分子杂交1.原理2.应用 （1）Southern blotting；（2）Northern blotting；（3）原位杂交二、DNA重组技术 1.DNA重组的理论基础和技术基础 2.DNA重组的基本方法 3.DNA重组技术的应用三、基因文库与cDNA文库 1基因文库和cDNA文库的概念 2.文库的构建 四、聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction, PCR） 1.PCR技术原理 2.PCR的应用及发展 五、核酸分子标记技术 1.限制性片段多态性（RFLP, restriction fragment length polymorphism） 2.随机扩增多态DNA（RAPD, random amplified polymorphic DNA） 3.扩增片段长度多态性（AFLP, amplified fragment length polymorphism） 4.基因编码区简单串联重复序列（SSR，simple sequence repeat）六、蛋白质技术和核酸技术的相互增强主讲教师第二部分 实验技术（40学时） 系列实验一 猪红细胞超氧化物歧化酶(SOD)的分离纯化和鉴定1红细胞SOD的提取2SOD 活力测定和蛋白质含量的测定2.Sephadex-G100分子筛层析测定SOD分子量3.不连续PAGE分离SOD同工酶系列实验二 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分离植物种子储存蛋白1. SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳2. 蛋白印迹系列实验三 凝胶层析测定蛋白质分子量1.凝胶层析分离蛋白质2. 凝胶层析测定未知蛋白质分子量任课教师2课程教材或主要参考书教材：文树基 郭蔼光（2003），高级生物化学，西北农林科技大学出版社主要参考书：1.王镜岩等(2002)，生物化学（第三版），高等教育出版社 2.于自然等（2005），现代生物化学，化学工业出版社 3.孙大业等（2008），细胞信号转导，科学出版社 4.朱玉贤（2008），现代分子生物学，高等教育出版社 5.N. 休范德 H.D.贾库布克著，刘克良 何军林等译（2006），肽: 化学