《蛋白質組學》課程教學初探

詹世雄

摘 要：蛋白質組學是以細胞內全部蛋白質的存在及其活動方式為研究對象的一門新興學科。在教學過程中，精選教學內容，合理組織和采取多種教學方法，從學生的角度出發，廣泛利用多媒體等信息技術手段，理論聯系實際，激發學生的積極性和學習興趣，鍛煉和培養學生的思維能力和科研能力，提高教學水平和本科人才培養質量。

關鍵詞：蛋白質組學；教學；探索

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）06-0083-03

Abstract： As an emerging discipline， Proteomics targets all of the proteins and the existence and activity in the cells. During the process of teaching， we select teaching contents， organize and adopt a variety of teaching methods reasonably， make extensive use of information technologies such as multimedia from a student's point of view， integrate theory with practice， stimulate students' enthusiasm and interest in learning， and train and train students thinking ability and research ability， improving the quality of teaching and undergraduate personnel training.

Keywords： proteomics； teaching； exploration

蛋白質組學（Proteomics）自20世紀90年代中期由澳大利亞學者Wilkins等[1]首先提出以來，在短短二十多年內，得到了迅猛的發展。它是以細胞內全部蛋白質的存在及其活動方式為研究對象，其研究的開展不僅是生命科學研究進入后基因組時代的里程碑，同時也是后基因組學時代基因功能分析的重要組成部分。蛋白質組學是一門典型的交叉學科，具有涵蓋內容多、知識范圍廣等特點，內容涉及多個學科，包括生物學、化學、生物信息學等，研究技術和方法已廣泛用于生物、農學、醫學等生命科學的研究領域，將對生命系統活動與疾病發生分子機制等的認識由基因層面深入到蛋白質層面。

蛋白質組學技術已被廣泛應用于生命科學的各個領域。很多學生對該學科抱有非常濃厚的興趣，因此開設蛋白質組學課程對學生掌握蛋白質組學的基礎理論知識、相關研究技術及開展科學研究和全面了解學科前沿動態都有著重要的意義[2]。學生掌握了蛋白質組學的基礎理論知識及相關研究技術，對其將來無論從事基礎理論研究還是應用開發工作都是非常有利的。

本課程是為我院生物技術專業本科生開設的專業選修課，在學習完生物化學、細胞生物學、分子生物學和遺傳學等專業必修課程之后開設的，共36學時，2學分。課程從介紹該領域發展背景與研究概況入手，學習蛋白質組學的基本概念、基本研究內容、研究技術及應用進展。學習內容包括蛋白質雙向電泳、質譜鑒定、定量蛋白質學研究技術，蛋白質相互作用研究技術等。使學生全面了解蛋白質組學基礎理論知識和實驗技術，尤其是生物體內蛋白質分離、鑒定、定量，以及功能蛋白質的研究手段和實驗方法等，為深入學習和從事科學研究打下蛋白質組學知識基礎。

一、精選教材和教學內容

結合本校學生的具體情況，我們選用由錢小紅和賀福初主編，科學出版社出版的《蛋白質組學：理論與方法》為教材，參考書包括何華勤主編，中國林業出版社于2011年出版的《簡明蛋白質組學》，以及由錢小紅和賀福初等翻譯的《蛋白質組學：從序列到功能》。授課內容將蛋白質組學基本理論、技術進展及其應用結合起來。

當今科技發展迅猛，蛋白質組學相關的基礎理論、基本技術和相關儀器設備的進展非常迅速。完全按照已有的教材很難滿足向學生講授前沿知識和理論體系的需要，同時，傳統的教學方式已不能適應時代需要[3]。因此，授課教師在課堂中應結合國內外研究現狀、緊跟學科前沿、把握學科發展方向，在有限的授課時間盡量把該領域的熱點知識、前沿技術介紹給學生。

蛋白質組學是一門綜合性學科，與生物化學、細胞生物學、分子生物學、遺傳學等學科的部分內容有關聯和滲透[4]。同時又是一門交叉學科，要求學生在具有基本的生物學知識前提下進行學習，這對授課教師提出了更高的要求。因此教師應結合本課程的優勢突出教學重點，合理取舍教學內容。教研室也應盡可能多組織各學科教師之間進行交流，定期互相聽課，精選授課內容，避免內容的重復。各門課教師還應多留意教學內容上的整合和銜接，在授課時間上有先后，教學內容上有主次，為后續課程留下余地，突出學科特色，從整體上對學科知識進行優化。

基于以上原因，蛋白質組學的課堂教學應該強調整體性的知識體系，以便學生能深入理解和掌握。主要教學內容可以分為以下幾點：第一，介紹蛋白質組學的定義和產生背景、研究現狀及發展趨勢，讓學生建立蛋白質組學的整體知識框架；第二，講解蛋白質組學技術體系，重點在于利用雙向電泳分離蛋白質、生物質譜分析和生物信息學鑒定，同時根據國內外現狀和最新的文獻報道，詳細講解基于質譜的定量蛋白質組學分析，詳細講解生物信息學在這方面的廣泛應用，引導學生把理論知識和網絡資源有機結合；第三，講授蛋白質相互作用研究的基本原理和主要技術方法，使學生掌握蛋白質相互作用研究的主要技術流程、應用和優缺點；第四，講解蛋白質組學在醫學、微生物學、植物學等研究領域的應用，理解蛋白質組學技術在腫瘤研究中的應用實例。蛋白質組學的整體教學內容應緊緊圍繞生物技術專業的特點和知識結構展開，讓學生從整體上把握課程基礎理論知識、基本技術原理和實驗操作方法，熟悉該領域的基礎內容和研究熱點。

二、優化教學組織形式，突出教學重難點

蛋白質組學內容涉及的原理及概念多且抽象，技術流程繁瑣復雜，光靠教師在課堂上講授，學生難以理解[5]。因此，根據授課章節內容的特點，在現代多媒體的基礎上結合傳統的教學方式進行講授。多媒體教學通過圖像、動畫等方式傳遞信息，具有生動、形象、逼真的特點，增強學生的感性認識，將其應用到教學中可以使抽象、復雜的理論概念更加直觀、簡潔，同時，圖文并茂的畫面可以激發學生的學習興趣，調動課堂氣氛，提高學生的學習效率。然而，多媒體教學也存在缺點，制作的動畫為了讓學生更容易理解，多采用理想的模式化，很容易給學生造成誤解，因此還需教師對部分實驗原理等重點和難點進一步闡述，同時也要介紹在實際操作時會有其他因素的影響，引導學生思考、想象和理解。如蛋白質組學中兩大技術：雙向電泳技術和質譜技術。雙向電泳技術原理就是根據等電點和分子量的不同分離蛋白質，原理比較抽象，我們可以用理想的模式圖來闡述，便于學生理解；同時還應該說明，在實際的樣品中，蛋白質受到不同物質如脂類、核酸、多糖或其他修飾的影響時，會有不同的結果。另一方面質譜技術中生物質譜的結構組成、電離原理、結果分析、數據庫檢索等方面更加抽象，對于生物技術專業的學生比較難理解和掌握，這時我們就可以充分發揮多媒體動畫的優勢，使抽象的問題直觀化、表象化，通過一些動畫和圖片來刺激學生的視覺和聽覺，便于學生理解和掌握。

蛋白質組學研究內容涉及多種技術，實驗操作過程步驟多、實驗周期長、儀器昂貴且數量有限，再加上課程的安排很難開設相關實驗課。教師可以充分利用多媒體軟件和網絡資源，在教學過程中播放自己制作或下載的相關視頻和動畫[6]，同時詳細講解操作過程中的注意事項、細節尤其是自身的實驗體會與學生分享，更有利于學生進一步理解。例如，在講解完雙向電泳的原理之后再用視頻的形式補充課堂教學，把整個實驗以視頻的形式呈現給學生們，加強學生的感性認識，加深記憶和理解，達到知識性、趣味性的結合。總之，在具體教學過程中，多媒體只是技術，起到輔助課堂教學的作用，同時授課教師也應該及時更新和完善多媒體教學的內容，這樣才有利于提高教學質量。

三、理論聯系實際，結合研究前沿進展，以科研促教學

科研與教學相輔相成，以科研促進教學是提高教學質量、培養高水平人才的重要途徑。同時，蛋白質組學是一門理論和應用并重的學科，教師可以憑借科研活動，更好地了解本專業的最新發展動態，不斷更新知識[7]。因此，教師把學科的最新發展動態以及自己的科研體會和成果引入課堂教學活動中，不僅可以豐富課堂的教學內容，加深學生對教學內容的理解和認識，同時還可以激發學生的學習興趣、培養學生的創新和科研能力。筆者在攻讀博士期間就是利用雙向電泳聯合生物質譜等技術和方法進行肽段的分離、純化和鑒定，并用質譜方法從數據庫中Blast獲得該肽段的氨基酸序列組成，用化學固相合成后，處理原代培養的細胞，再裂解細胞獲得總蛋白，進行基于iTRAQ的定量蛋白質組學研究，分析肽段處理前和處理后，細胞內重要信號通路關鍵蛋白的差異表達情況，從而研究該肽段的生物學意義和功能。因此，將課程內容結合自身科研的具體內容和體會進行教學，效果更佳，同時將自己的科研成果向同學們展示，更顯真實和新穎，可以激發學生的深入學習的興趣。

另一方面可以將一些與蛋白質組學授課內容相關的社會熱點新聞或研究進展拿到課堂中，引導學生進行分析[8]，可以先布置幾個選題，由學生們自由組合成小組，課后查閱文獻、整理資料、分析問題，并制作成PPT課件，再到課堂上向其他同學展示，并在授課教師的指導下進行討論、探討和交流。這種課堂討論以啟發式教育引導學生主動思考，增強團隊協作能力，加深對知識的理解，更主要的是培養他們的創新思維和創新意識。

四、綜合考核方式

考核是教學活動的一個重要環節，不僅能對教學起到反饋、調節、評價和促進作用，而且對培養學生良好的學習方法和學習習慣、調動學生學習的積極性同樣具有重要作用。由于是專業選修課，沒有進行書面考試，而是采用課程論文綜述的方法進行考查，同時結合課程性質，設立了綜合的課程考核方法。在原有的課后作業、期末考查方式的基礎上，增加平時成績包括考勤、課堂研討參與度、網絡輔助學習、分組匯報內容PPT講解等多種形式的考核方式，綜合評價學生課堂表現和課外拓展的學習效果。課程論文綜述分析可以考查學生資料查詢、文獻整合、撰寫規范等多方面的綜合能力；分組匯報和PPT課件制作則考查學生口頭表達、動手能力及自信心的培養。綜合考核方式強化了課程教學過程中學生的參與度和靈活性，使學生在輕松環境下主動學習。教師也可以根據考核后的反饋信息，及時調整和改進教學內容和教學方法，以學生為主體，促進教學水平的提高和教學效果的優化。

五、結束語

蛋白質組學是一門內容新穎、發展迅猛、技術先進且與實際應用緊密結合的重要課程。在教學過程中應以學生為主，深入研究學科特點，精選教學內容，不斷跟蹤學科發展動態，注重結合自身的研究課題進行教學，或提供學生參與相關教師科研課題的機會。利用合理的教學組織方式，采取多種教學方法，從學生的角度出發，廣泛應用多媒體等信息技術手段，不斷提高教學質量。理論聯系實際，激發學生的學習積極性和興趣，鍛煉和培養學生的學習能力、思維能力和科研能力，提高教學水平和本科人才培養質量。

參考文獻：

[1]Wilkins M R， Sanchez J C， Gooley A A， et al. Progress with proteome projects： why all proteins expressed by a genome should be identified and how to do it [J].Biotechnology & genetic engineering reviews，1996（13）：19-50.

[2]劉春麗，馮偉華，黃才國，等.蛋白質組學選修課教學的實踐與體會[J].山西醫科大學學報（基礎醫學教育版），2007，9（6）：656-657.

[3]馬珊珊，關方霞.高校蛋白質組學研究型教學改革的探索[J].中國校外教育，2014（12）：440，444.

[4]錢小紅，賀福初.蛋白質組學：理論與方法[M].北京：科學出版社出版，2003.

[5]王玉琪，趙利鋒，黃卓烈，等.蛋白質組學課程教學實踐與體會[J].安徽農業科學，2013，41（6）：2780-2781.

[6]甄艷，諸葛強，施季森.高校蛋白質組學課程教學初探[J].生物學雜志，2010，27（5）：97-99.

[7]楊立明.蛋白質組學課程教學思路的探討[J].吉林省教育學院學報，2010，26（12）：76-78.

[8]盧春花，韋宇拓，白先放，等.《蛋白質組學》課程教學實踐與探討[J].實驗科學與技術，2014，12（5）：197-200.