课程大纲
您现在的位置:首页 >> 课程导航 >> 课程大纲

现代生物学仪器分析

现代生物学仪器分析》课程教学大纲

课程代码:

课程负责人:梁毅

课程中文名称:现代生物学仪器分析

课程英文名称:Modern Biological Instrumental Analysis

课程类别:武汉大学研究生精品课程和研究生学科通开课

课程学分数:2

课程学时数:36

授课对象:生命科学学院全体硕士研究生

 

一、 教学目的

自然界很多有趣现象的发生和人类多种疾病的发病都和具体参与其中的蛋白质结构有关。例如,在绿色植物的体内,存在着由膜蛋白、色素分子和脂分子组成的蛋白脂质体复合物,常文瑞院士课题组运用X射线晶体衍射分析的方法,获得了这个“庞大”复合物的晶体结构,发现它是绿色植物俘获光能的有力武器。现代生物学仪器分析的应用近年来取得多项标志性成果(例如2002年度、2003年度、2009年度和2012年度Nobel化学奖)。因此现代生物学仪器分析在生物医学中有着十分广泛的应用,起着举足轻重的作用,当今生物医学的发展离不开现代生物学仪器分析的鼎力相助。生命科学学院作为武汉大学教学科研强院,为硕士研究生开设一级学科通开课《现代生物学仪器分析》很有必要,它将为生科院研究生教学与科研事业的进一步发展做出贡献。

本课程重点讲述现代生物学仪器分析中的“四大谱”(紫外-可见光谱、红外光谱、核磁共振波谱和质谱)和“三大法”(X射线晶体衍射分析、核磁共振波谱分析和电镜三维重构),系统讲述现代生物学仪器分析的应用(尤其是生物化学与分子生物学、细胞生物学中的应用),比较现代生物学仪器分析方法的优势和局限,介绍现代生物学仪器分析的新进展及面临的挑战。通过传授知识、培养兴趣和能力、提高科研素质为一体的教学,使生命科学学院研究生不仅较好地获得现代生物学仪器分析的知识,而且在动手能力和科研素质方面有较大提高;通过建设好本课程网站和举办精彩的现代生物学仪器分析讲座,提升生命科学学院在现代生物学仪器分析领域中的国际与国内影响力。

 

二、 教学方法

课堂多媒体教学为主,网上教学为辅(在本课程网站上展示现代生物学仪器分析的标志性成果与最新应用)

 

三、 教学内容

 

教学内容(每章或每讲的简要介绍,并注明学时)

              

学时

1 绪论(梁毅教授主讲)

本章主要是对现代生物学仪器分析这门课程做总体介绍,包括本课程的主要内容简介和主讲教师简介。本章提出了现代生物学仪器分析中的“四大谱”和“三大法”,这些将是本课程的主要授课内容,还概要介绍了现代生物学仪器分析的应用和标志性成果,最后给出了本课程计分标准和参考教材。

1

2 X射线晶体衍射分析(梁毅教授、殷雷教授主讲)

X射线晶体衍射分析是现代生物学仪器分析中的“三大法”之一。本章以生物大分子(蛋白质、核酸等)三维结构解析为主线,以X射线晶体衍射分析技术为基础,贯穿蛋白质晶体学原理,讲授X射线晶体衍射解析生物大分子晶体结构的基本知识、理论和研究方法,介绍生物大分子结构研究的新成果、新进展、发展的趋势及面临的挑战。

5

3 核磁共振波谱分析(梁毅教授主讲)

核磁共振波谱分析是现代生物学仪器分析中的“四大谱”(核磁共振波谱)和“三大法”之一。本章主要讲授核磁共振技术发展的历史、核磁共振技术的基本概念和原理,介绍多维核磁共振波谱分析测定蛋白质三维结构的特点以及核磁共振技术测定蛋白质三维结构的步骤。本章还介绍核磁共振波谱分析的最新进展-固体核磁共振波谱分析。

3

4 电镜三维重构(梁毅教授主讲)

电镜三维重构是现代生物学仪器分析中的“三大法”之一。本章内容涵盖:(1) 电镜概述;(2) 电镜样品的制备方法,包括负染、葡萄糖包埋以及冷冻含水等方法;(3) 电镜图像的三维重构概述;(4) 电镜三维重构的优点及示例。与三维晶体的X射线衍射晶体学比较,生物大分子的二维结晶及电镜三维重构技术有着显著优点,具有广泛的应用前景。

2

5 原子力显微技术(梁毅教授主讲)

原子力显微技术通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力) 来获得物质表面形貌的信息。本章内容涵盖:(1) 原子力显微镜的工作原理;(2) 原子力显微镜的工作模式,包括接触模式、非接触模式和轻敲模式及其特点;(3) 原子力显微镜的解析度、制样的关键以及该技术的优缺点,最后通过实例介绍原子力显微技术在生物学研究中的应用。

2

6 紫外-可见光谱(杜海宁教授主讲)

紫外-可见光谱是现代生物学仪器分析中的“四大谱”之一。本章主要讲授紫外-可见光谱的基本原理,生色团与助色团、红移和蓝移以及摩尔消光系数的概念,紫外-可见分光光度计的基本构架,最后通过实例介绍紫外-可见光谱在生物学研究中的应用。

1.5

7 圆二色光谱(杜海宁教授主讲)

本章主要讲授圆二色光谱的基本原理、发展历史及其在生物大分子(蛋白质、核酸等)结构研究中的应用。内容涵盖:(1) 手性分子与圆二色光谱的关系;(2) 偏振光和圆二色性的基本概念及椭圆率的计算方法;(3) 圆二色光谱仪的工作原理和仪器的基本构造、配件的使用方法;(4) 固体圆二色谱,最后通过实例介绍圆二色光谱在生物学研究中的应用。

1.5

8 荧光光谱(自学)

本章主要讲授荧光产生的原理、荧光光谱主要谱参量、天然荧光生色团和荧光探针等小节,最后通过实例介绍荧光光谱在生物学研究中的应用。

0

9 红外与拉曼光谱(梁毅教授主讲)

红外光谱是现代生物学仪器分析中的“四大谱”之一。本章内容涵盖:(1) 红外与拉曼光谱的原理;(2) 红外与拉曼光谱的优缺点;(3) 傅里叶变换红外光谱仪和拉曼光谱仪的工作原理;(4) 红外与拉曼光谱生物样品的制备;(5) 红外与拉曼光谱的参数与数据分析,最后通过实例介绍红外与拉曼光谱在生物学研究中的应用。

2

10 质谱技术(郭林教授主讲)

质谱是现代生物学仪器分析中的“四大谱”之一。本章内容涵盖:(1) 质谱的原理;(2) 蛋白质与蛋白质组;(3) 质谱测肽序列,包括肽质量指纹谱PMF和串联质谱MS/MS(4) 肽质量指纹谱和串联质谱的优缺点;(5) 质谱的参数与数据分析,最后通过实例介绍质谱在在蛋白质组学和蛋白质修饰组学中的应用。

3

11 基因组技术(付向东教授主讲)

本章主要讲授基因组高通量测序技术的发展历史、原理和类型。内容涵盖:(1) 基因组高通量测序技术的概述;(2) 基因组高通量测序技术的原理和类型,包括Solexa/Illumina Sequencing by SynthesisPacBio: Real-time imagingFRET-based Nanomachine(3) 数据的分析;(4) 该技术在生物医学研究中的应用实例。

3

12 等温滴定量热技术(梁毅教授主讲)

本章以生物大分子(蛋白质、核酸等)相互作用为主线,以等温滴定量热技术为基础,讲授等温滴定量热技术在分析生物大分子相互作用中所发挥的重要作用。内容涵盖:(1) 等温滴定量热技术的原理;(2) 该技术的重要热力学参数、用途以及应用范围;(3) 等温滴定量热技术的优点和局限性;(4) 新的等温滴定量热替代法。

3

13 激光扫描共聚焦显微技术(吴燕教授主讲)

本章主要讲授荧光显微镜的基本组成与成像原理、激光扫描共聚焦显微镜的基本结构与成像原理,介绍现代显微成像技术的特点与应用。内容涵盖:(1) 显微镜的种类及其应用范畴;(2) 荧光显微镜的结构与工作原理、荧光滤色镜组的组成与工作原理;(3) 激光扫描共聚焦显微镜的构造、工作原理、操作与使用方法及其注意事项;(4) 几种常用的现代荧光成像技术的工作原理与应用前景。

3

14 流式细胞技术(黄赞教授主讲)

本章内容涵盖:(1) 流式细胞技术的发展史;(2) 流式细胞技术的工作原理及主要技术指标,散射光的测定及荧光测量,荧光补偿及细胞分选原理;(3) 数据的显示与分析;(4) 设门分析技术;(5) 流式细胞仪免疫分析的技术要求,最后通过实例介绍了流式细胞技术在生物医学研究中的应用。

3

现代生物学仪器分析讲座(外单位相关学科的著名专家教授,梁毅教授主持)

清华大学吴嘉炜教授和中国科学院物理数学所唐淳研究员等专家做现代生物学仪器分析相关讲座。

3

 

四、 团队成员的任务分配

 

教学团队成员的任务分配(注明主讲老师和课时)

团队成员姓名、职称

任务分配

主讲老师

课时

梁毅,985工程特聘教授,博士生导师

团队负责人,主讲绪论、X射线晶体衍射分析、核磁共振波谱分析、电镜三维重构、原子力显微技术、红外与拉曼光谱和等温滴定量热技术等课程内容。

梁毅

18

郭林,长江学者特聘教授,博士生导师

团队主要骨干,主讲质谱技术的课程内容。

郭林

3

付向东,“千人计划”特聘教授,博士生导师

团队主要骨干,主讲基因组技术的课程内容。

付向东

3

吴燕,珞珈学者特聘教授,博士生导师

团队骨干,主讲激光扫描共聚焦显微技术的课程内容。

吴燕

3

黄赞,教授,博士生导师

团队骨干,主讲流式细胞技术的课程内容。

黄赞

3

杜海宁,教授,博士生导师

团队骨干,主讲紫外-可见光谱和圆二色光谱的课程内容。

杜海宁

3

殷雷,教授,博士生导师

团队骨干,主讲X射线晶体衍射分析的课程内容。

殷雷

3

 

五、 课程重点、难点及采取的教学方法

(应注明主要教学手段和方式)

 

1 绪论

重点、难点:现代生物学仪器分析中的“四大谱”和“三大法”

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

2 X射线晶体衍射分析

重点、难点:X射线晶体衍射解析生物大分子晶体结构的基本知识、理论和研究方法

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

3 核磁共振波谱分析

重点、难点:核磁共振技术解析生物大分子溶液结构的基本知识、理论和研究方法

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

4 电镜三维重构

重点、难点:电镜三维重构解析生物大分子溶液结构的基本知识、理论和研究方法

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

5 原子力显微技术

重点、难点:原子力显微镜的工作原理及工作模式

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

6 紫外-可见光谱

重点、难点:紫外-可见光谱的基本原理及应用

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

7 圆二色光谱

重点、难点:圆二色光谱仪的工作原理和仪器的使用方法

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

8 荧光光谱

重点、难点:荧光光谱仪的工作原理和仪器的使用方法

采取的教学方法:网上教学

 

9 红外与拉曼光谱

重点、难点:傅里叶变换红外光谱仪和拉曼光谱仪的工作原理及数据分析

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

10 质谱技术

重点、难点:肽质量指纹谱PMF和串联质谱MS/MS的工作原理及应用

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

11 基因组技术

重点、难点:基因组高通量测序技术的原理和类型及数据分析

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

12 等温滴定量热技术

重点、难点:等温滴定量热技术的原理及数据分析

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

13 激光扫描共聚焦显微技术

重点、难点:激光扫描共聚焦显微镜的构造、工作原理、操作与使用方法

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

14 流式细胞技术

重点、难点:流式细胞技术的工作原理,荧光补偿及细胞分选原理

采取的教学方法:课堂多媒体教学

 

六、 教学参考资料目录

 

教学参考书:[1] 结构生物学(第二版),科学出版社,梁毅 主编,2010(普通高等教育十一五国家级规划教材)

[2] 现代仪器分析(第二版),高等教育出版社,刘约权主编,2006

[3] 生物物理学,高等教育出版社,赵南明,周海梦编著2000

[4] 流式细胞术,科学出版社,陈朱波,曹雪涛编著,2010

[5] 激光扫描共聚焦显微镜技术教程,袁兰主编,北京大学医学出版社,2004

[6] 蛋白质组学:从序列到功能,科学出版社,Pennington S.R. and Dunn M.J.编著,钱小红等译,2002

[7] Brian K. Kobilka et al. Crystal structure of the human b2 adrenergic G-protein-coupled receptor. Nature 450, 383-387, 2007

[8] Elaine R. Mardis. A decade’s perspective on DNA sequencing technology. Nature 470, 198-203, 2011

 

七、 考核方式

期末考核(50%)+ 小考(16%)+ 平时作业(24%)+ 自学笔记(10%)

首页  |   课程导航  |   课程建设  |  学习指南  |   教学参考  |  生物世界  |   学习交流
网站访问量: 武汉大学 生命科学学院版权所有 Copyright © 2010-2012 All rights reserved. 地址:武汉市武昌区珞珈山武汉大学生命科学学院 | 邮编:430072 | 电话:027-68756969