《蛋白質(zhì)組學(xué)》課程教學(xué)初探

詹世雄

摘 要：蛋白質(zhì)組學(xué)是以細(xì)胞內(nèi)全部蛋白質(zhì)的存在及其活動(dòng)方式為研究對(duì)象的一門新興學(xué)科。在教學(xué)過程中，精選教學(xué)內(nèi)容，合理組織和采取多種教學(xué)方法，從學(xué)生的角度出發(fā)，廣泛利用多媒體等信息技術(shù)手段，理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和科研能力，提高教學(xué)水平和本科人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì)組學(xué)；教學(xué)；探索

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(zhì)組學(xué)（Proteomics）自20世紀(jì)90年代中期由澳大利亞學(xué)者Wilkins等[1]首先提出以來，在短短二十多年內(nèi)，得到了迅猛的發(fā)展。它是以細(xì)胞內(nèi)全部蛋白質(zhì)的存在及其活動(dòng)方式為研究對(duì)象，其研究的開展不僅是生命科學(xué)研究進(jìn)入后基因組時(shí)代的里程碑，同時(shí)也是后基因組學(xué)時(shí)代基因功能分析的重要組成部分。蛋白質(zhì)組學(xué)是一門典型的交叉學(xué)科，具有涵蓋內(nèi)容多、知識(shí)范圍廣等特點(diǎn)，內(nèi)容涉及多個(gè)學(xué)科，包括生物學(xué)、化學(xué)、生物信息學(xué)等，研究技術(shù)和方法已廣泛用于生物、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)等生命科學(xué)的研究領(lǐng)域，將對(duì)生命系統(tǒng)活動(dòng)與疾病發(fā)生分子機(jī)制等的認(rèn)識(shí)由基因?qū)用嫔钊氲降鞍踪|(zhì)層面。

蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。很多學(xué)生對(duì)該學(xué)科抱有非常濃厚的興趣，因此開設(shè)蛋白質(zhì)組學(xué)課程對(duì)學(xué)生掌握蛋白質(zhì)組學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)、相關(guān)研究技術(shù)及開展科學(xué)研究和全面了解學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)都有著重要的意義[2]。學(xué)生掌握了蛋白質(zhì)組學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)及相關(guān)研究技術(shù)，對(duì)其將來無論從事基礎(chǔ)理論研究還是應(yīng)用開發(fā)工作都是非常有利的。

本課程是為我院生物技術(shù)專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)選修課，在學(xué)習(xí)完生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和遺傳學(xué)等專業(yè)必修課程之后開設(shè)的，共36學(xué)時(shí)，2學(xué)分。課程從介紹該領(lǐng)域發(fā)展背景與研究概況入手，學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)組學(xué)的基本概念、基本研究?jī)?nèi)容、研究技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)展。學(xué)習(xí)內(nèi)容包括蛋白質(zhì)雙向電泳、質(zhì)譜鑒定、定量蛋白質(zhì)學(xué)研究技術(shù)，蛋白質(zhì)相互作用研究技術(shù)等。使學(xué)生全面了解蛋白質(zhì)組學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，尤其是生物體內(nèi)蛋白質(zhì)分離、鑒定、定量，以及功能蛋白質(zhì)的研究手段和實(shí)驗(yàn)方法等，為深入學(xué)習(xí)和從事科學(xué)研究打下蛋白質(zhì)組學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)。

一、精選教材和教學(xué)內(nèi)容

結(jié)合本校學(xué)生的具體情況，我們選用由錢小紅和賀福初主編，科學(xué)出版社出版的《蛋白質(zhì)組學(xué)：理論與方法》為教材，參考書包括何華勤主編，中國(guó)林業(yè)出版社于2011年出版的《簡(jiǎn)明蛋白質(zhì)組學(xué)》，以及由錢小紅和賀福初等翻譯的《蛋白質(zhì)組學(xué)：從序列到功能》。授課內(nèi)容將蛋白質(zhì)組學(xué)基本理論、技術(shù)進(jìn)展及其應(yīng)用結(jié)合起來。

當(dāng)今科技發(fā)展迅猛，蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)理論、基本技術(shù)和相關(guān)儀器設(shè)備的進(jìn)展非常迅速。完全按照已有的教材很難滿足向?qū)W生講授前沿知識(shí)和理論體系的需要，同時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已不能適應(yīng)時(shí)代需要[3]。因此，授課教師在課堂中應(yīng)結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、緊跟學(xué)科前沿、把握學(xué)科發(fā)展方向，在有限的授課時(shí)間盡量把該領(lǐng)域的熱點(diǎn)知識(shí)、前沿技術(shù)介紹給學(xué)生。

蛋白質(zhì)組學(xué)是一門綜合性學(xué)科，與生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等學(xué)科的部分內(nèi)容有關(guān)聯(lián)和滲透[4]。同時(shí)又是一門交叉學(xué)科，要求學(xué)生在具有基本的生物學(xué)知識(shí)前提下進(jìn)行學(xué)習(xí)，這對(duì)授課教師提出了更高的要求。因此教師應(yīng)結(jié)合本課程的優(yōu)勢(shì)突出教學(xué)重點(diǎn)，合理取舍教學(xué)內(nèi)容。教研室也應(yīng)盡可能多組織各學(xué)科教師之間進(jìn)行交流，定期互相聽課，精選授課內(nèi)容，避免內(nèi)容的重復(fù)。各門課教師還應(yīng)多留意教學(xué)內(nèi)容上的整合和銜接，在授課時(shí)間上有先后，教學(xué)內(nèi)容上有主次，為后續(xù)課程留下余地，突出學(xué)科特色，從整體上對(duì)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

基于以上原因，蛋白質(zhì)組學(xué)的課堂教學(xué)應(yīng)該強(qiáng)調(diào)整體性的知識(shí)體系，以便學(xué)生能深入理解和掌握。主要教學(xué)內(nèi)容可以分為以下幾點(diǎn)：第一，介紹蛋白質(zhì)組學(xué)的定義和產(chǎn)生背景、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，讓學(xué)生建立蛋白質(zhì)組學(xué)的整體知識(shí)框架；第二，講解蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)體系，重點(diǎn)在于利用雙向電泳分離蛋白質(zhì)、生物質(zhì)譜分析和生物信息學(xué)鑒定，同時(shí)根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和最新的文獻(xiàn)報(bào)道，詳細(xì)講解基于質(zhì)譜的定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析，詳細(xì)講解生物信息學(xué)在這方面的廣泛應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生把理論知識(shí)和網(wǎng)絡(luò)資源有機(jī)結(jié)合；第三，講授蛋白質(zhì)相互作用研究的基本原理和主要技術(shù)方法，使學(xué)生掌握蛋白質(zhì)相互作用研究的主要技術(shù)流程、應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)；第四，講解蛋白質(zhì)組學(xué)在醫(yī)學(xué)、微生物學(xué)、植物學(xué)等研究領(lǐng)域的應(yīng)用，理解蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在腫瘤研究中的應(yīng)用實(shí)例。蛋白質(zhì)組學(xué)的整體教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊緊圍繞生物技術(shù)專業(yè)的特點(diǎn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)展開，讓學(xué)生從整體上把握課程基礎(chǔ)理論知識(shí)、基本技術(shù)原理和實(shí)驗(yàn)操作方法，熟悉該領(lǐng)域的基礎(chǔ)內(nèi)容和研究熱點(diǎn)。

二、優(yōu)化教學(xué)組織形式，突出教學(xué)重難點(diǎn)

蛋白質(zhì)組學(xué)內(nèi)容涉及的原理及概念多且抽象，技術(shù)流程繁瑣復(fù)雜，光靠教師在課堂上講授，學(xué)生難以理解[5]。因此，根據(jù)授課章節(jié)內(nèi)容的特點(diǎn)，在現(xiàn)代多媒體的基礎(chǔ)上結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行講授。多媒體教學(xué)通過圖像、動(dòng)畫等方式傳遞信息，具有生動(dòng)、形象、逼真的特點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，將其應(yīng)用到教學(xué)中可以使抽象、復(fù)雜的理論概念更加直觀、簡(jiǎn)潔，同時(shí)，圖文并茂的畫面可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)課堂氣氛，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。然而，多媒體教學(xué)也存在缺點(diǎn)，制作的動(dòng)畫為了讓學(xué)生更容易理解，多采用理想的模式化，很容易給學(xué)生造成誤解，因此還需教師對(duì)部分實(shí)驗(yàn)原理等重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)一步闡述，同時(shí)也要介紹在實(shí)際操作時(shí)會(huì)有其他因素的影響，引導(dǎo)學(xué)生思考、想象和理解。如蛋白質(zhì)組學(xué)中兩大技術(shù)：雙向電泳技術(shù)和質(zhì)譜技術(shù)。雙向電泳技術(shù)原理就是根據(jù)等電點(diǎn)和分子量的不同分離蛋白質(zhì)，原理比較抽象，我們可以用理想的模式圖來闡述，便于學(xué)生理解；同時(shí)還應(yīng)該說明，在實(shí)際的樣品中，蛋白質(zhì)受到不同物質(zhì)如脂類、核酸、多糖或其他修飾的影響時(shí)，會(huì)有不同的結(jié)果。另一方面質(zhì)譜技術(shù)中生物質(zhì)譜的結(jié)構(gòu)組成、電離原理、結(jié)果分析、數(shù)據(jù)庫(kù)檢索等方面更加抽象，對(duì)于生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生比較難理解和掌握，這時(shí)我們就可以充分發(fā)揮多媒體動(dòng)畫的優(yōu)勢(shì)，使抽象的問題直觀化、表象化，通過一些動(dòng)畫和圖片來刺激學(xué)生的視覺和聽覺，便于學(xué)生理解和掌握。

蛋白質(zhì)組學(xué)研究?jī)?nèi)容涉及多種技術(shù)，實(shí)驗(yàn)操作過程步驟多、實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、儀器昂貴且數(shù)量有限，再加上課程的安排很難開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課。教師可以充分利用多媒體軟件和網(wǎng)絡(luò)資源，在教學(xué)過程中播放自己制作或下載的相關(guān)視頻和動(dòng)畫[6]，同時(shí)詳細(xì)講解操作過程中的注意事項(xiàng)、細(xì)節(jié)尤其是自身的實(shí)驗(yàn)體會(huì)與學(xué)生分享，更有利于學(xué)生進(jìn)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(bǔ)充課堂教學(xué)，把整個(gè)實(shí)驗(yàn)以視頻的形式呈現(xiàn)給學(xué)生們，加強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，加深記憶和理解，達(dá)到知識(shí)性、趣味性的結(jié)合?？傊?，在具體教學(xué)過程中，多媒體只是技術(shù)，起到輔助課堂教學(xué)的作用，同時(shí)授課教師也應(yīng)該及時(shí)更新和完善多媒體教學(xué)的內(nèi)容，這樣才有利于提高教學(xué)質(zhì)量。

三、理論聯(lián)系實(shí)際，結(jié)合研究前沿進(jìn)展，以科研促教學(xué)

科研與教學(xué)相輔相成，以科研促進(jìn)教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)高水平人才的重要途徑。同時(shí)，蛋白質(zhì)組學(xué)是一門理論和應(yīng)用并重的學(xué)科，教師可以憑借科研活動(dòng)，更好地了解本專業(yè)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，不斷更新知識(shí)[7]。因此，教師把學(xué)科的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)以及自己的科研體會(huì)和成果引入課堂教學(xué)活動(dòng)中，不僅可以豐富課堂的教學(xué)內(nèi)容，加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和認(rèn)識(shí)，同時(shí)還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和科研能力。筆者在攻讀博士期間就是利用雙向電泳聯(lián)合生物質(zhì)譜等技術(shù)和方法進(jìn)行肽段的分離、純化和鑒定，并用質(zhì)譜方法從數(shù)據(jù)庫(kù)中Blast獲得該肽段的氨基酸序列組成，用化學(xué)固相合成后，處理原代培養(yǎng)的細(xì)胞，再裂解細(xì)胞獲得總蛋白，進(jìn)行基于iTRAQ的定量蛋白質(zhì)組學(xué)研究，分析肽段處理前和處理后，細(xì)胞內(nèi)重要信號(hào)通路關(guān)鍵蛋白的差異表達(dá)情況，從而研究該肽段的生物學(xué)意義和功能。因此，將課程內(nèi)容結(jié)合自身科研的具體內(nèi)容和體會(huì)進(jìn)行教學(xué)，效果更佳，同時(shí)將自己的科研成果向同學(xué)們展示，更顯真實(shí)和新穎，可以激發(fā)學(xué)生的深入學(xué)習(xí)的興趣。

另一方面可以將一些與蛋白質(zhì)組學(xué)授課內(nèi)容相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)新聞或研究進(jìn)展拿到課堂中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析[8]，可以先布置幾個(gè)選題，由學(xué)生們自由組合成小組，課后查閱文獻(xiàn)、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(xué)展示，并在授課教師的指導(dǎo)下進(jìn)行討論、探討和交流。這種課堂討論以啟發(fā)式教育引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，加深對(duì)知識(shí)的理解，更主要的是培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)。

四、綜合考核方式

考核是教學(xué)活動(dòng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，不僅能對(duì)教學(xué)起到反饋、調(diào)節(jié)、評(píng)價(jià)和促進(jìn)作用，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)習(xí)慣、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性同樣具有重要作用。由于是專業(yè)選修課，沒有進(jìn)行書面考試，而是采用課程論文綜述的方法進(jìn)行考查，同時(shí)結(jié)合課程性質(zhì)，設(shè)立了綜合的課程考核方法。在原有的課后作業(yè)、期末考查方式的基礎(chǔ)上，增加平時(shí)成績(jī)包括考勤、課堂研討參與度、網(wǎng)絡(luò)輔助學(xué)習(xí)、分組匯報(bào)內(nèi)容PPT講解等多種形式的考核方式，綜合評(píng)價(jià)學(xué)生課堂表現(xiàn)和課外拓展的學(xué)習(xí)效果。課程論文綜述分析可以考查學(xué)生資料查詢、文獻(xiàn)整合、撰寫規(guī)范等多方面的綜合能力；分組匯報(bào)和PPT課件制作則考查學(xué)生口頭表達(dá)、動(dòng)手能力及自信心的培養(yǎng)。綜合考核方式強(qiáng)化了課程教學(xué)過程中學(xué)生的參與度和靈活性，使學(xué)生在輕松環(huán)境下主動(dòng)學(xué)習(xí)。教師也可以根據(jù)考核后的反饋信息，及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，以學(xué)生為主體，促進(jìn)教學(xué)水平的提高和教學(xué)效果的優(yōu)化。

五、結(jié)束語

蛋白質(zhì)組學(xué)是一門內(nèi)容新穎、發(fā)展迅猛、技術(shù)先進(jìn)且與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的重要課程。在教學(xué)過程中應(yīng)以學(xué)生為主，深入研究學(xué)科特點(diǎn)，精選教學(xué)內(nèi)容，不斷跟蹤學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，注重結(jié)合自身的研究課題進(jìn)行教學(xué)，或提供學(xué)生參與相關(guān)教師科研課題的機(jī)會(huì)。利用合理的教學(xué)組織方式，采取多種教學(xué)方法，從學(xué)生的角度出發(fā)，廣泛應(yīng)用多媒體等信息技術(shù)手段，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和興趣，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、思維能力和科研能力，提高教學(xué)水平和本科人才培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[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(guó)，等.蛋白質(zhì)組學(xué)選修課教學(xué)的實(shí)踐與體會(huì)[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)（基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版），2007，9（6）：656-657.

[3]馬珊珊，關(guān)方霞.高校蛋白質(zhì)組學(xué)研究型教學(xué)改革的探索[J].中國(guó)校外教育，2014（12）：440，444.

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

[5]王玉琪，趙利鋒，黃卓烈，等.蛋白質(zhì)組學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐與體會(huì)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（6）：2780-2781.

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

[7]楊立明.蛋白質(zhì)組學(xué)課程教學(xué)思路的探討[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，26（12）：76-78.

[8]盧春花，韋宇拓，白先放，等.《蛋白質(zhì)組學(xué)》課程教學(xué)實(shí)踐與探討[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2014，12（5）：197-200.