《蛋白质组学》课程教学初探

詹世雄

摘 要：蛋白质组学是以细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式为研究对象的一门新兴学科。在教学过程中，精选教学内容，合理组织和采取多种教学方法，从学生的角度出发，广泛利用多媒体等信息技术手段，理论联系实际，激发学生的积极性和学习兴趣，锻炼和培养学生的思维能力和科研能力，提高教学水平和本科人才培养质量。

关键词：蛋白质组学；教学；探索

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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

蛋白质组学（Proteomics）自20世纪90年代中期由澳大利亚学者Wilkins等[1]首先提出以来，在短短二十多年内，得到了迅猛的发展。它是以细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式为研究对象，其研究的开展不仅是生命科学研究进入后基因组时代的里程碑，同时也是后基因组学时代基因功能分析的重要组成部分。蛋白质组学是一门典型的交叉学科，具有涵盖内容多、知识范围广等特点，内容涉及多个学科，包括生物学、化学、生物信息学等，研究技术和方法已广泛用于生物、农学、医学等生命科学的研究领域，将对生命系统活动与疾病发生分子机制等的认识由基因层面深入到蛋白质层面。

蛋白质组学技术已被广泛应用于生命科学的各个领域。很多学生对该学科抱有非常浓厚的兴趣，因此开设蛋白质组学课程对学生掌握蛋白质组学的基础理论知识、相关研究技术及开展科学研究和全面了解学科前沿动态都有着重要的意义[2]。学生掌握了蛋白质组学的基础理论知识及相关研究技术，对其将来无论从事基础理论研究还是应用开发工作都是非常有利的。

本课程是为我院生物技术专业本科生开设的专业选修课，在学习完生物化学、细胞生物学、分子生物学和遗传学等专业必修课程之后开设的，共36学时，2学分。课程从介绍该领域发展背景与研究概况入手，学习蛋白质组学的基本概念、基本研究内容、研究技术及应用进展。学习内容包括蛋白质双向电泳、质谱鉴定、定量蛋白质学研究技术，蛋白质相互作用研究技术等。使学生全面了解蛋白质组学基础理论知识和实验技术，尤其是生物体内蛋白质分离、鉴定、定量，以及功能蛋白质的研究手段和实验方法等，为深入学习和从事科学研究打下蛋白质组学知识基础。

一、精选教材和教学内容

结合本校学生的具体情况，我们选用由钱小红和贺福初主编，科学出版社出版的《蛋白质组学：理论与方法》为教材，参考书包括何华勤主编，中国林业出版社于2011年出版的《简明蛋白质组学》，以及由钱小红和贺福初等翻译的《蛋白质组学：从序列到功能》。授课内容将蛋白质组学基本理论、技术进展及其应用结合起来。

当今科技发展迅猛，蛋白质组学相关的基础理论、基本技术和相关仪器设备的进展非常迅速。完全按照已有的教材很難满足向学生讲授前沿知识和理论体系的需要，同时，传统的教学方式已不能适应时代需要[3]。因此，授课教师在课堂中应结合国内外研究现状、紧跟学科前沿、把握学科发展方向，在有限的授课时间尽量把该领域的热点知识、前沿技术介绍给学生。

蛋白质组学是一门综合性学科，与生物化学、细胞生物学、分子生物学、遗传学等学科的部分内容有关联和渗透[4]。同时又是一门交叉学科，要求学生在具有基本的生物学知识前提下进行学习，这对授课教师提出了更高的要求。因此教师应结合本课程的优势突出教学重点，合理取舍教学内容。教研室也应尽可能多组织各学科教师之间进行交流，定期互相听课，精选授课内容，避免内容的重复。各门课教师还应多留意教学内容上的整合和衔接，在授课时间上有先后，教学内容上有主次，为后续课程留下余地，突出学科特色，从整体上对学科知识进行优化。

基于以上原因，蛋白质组学的课堂教学应该强调整体性的知识体系，以便学生能深入理解和掌握。主要教学内容可以分为以下几点：第一，介绍蛋白质组学的定义和产生背景、研究现状及发展趋势，让学生建立蛋白质组学的整体知识框架；第二，讲解蛋白质组学技术体系，重点在于利用双向电泳分离蛋白质、生物质谱分析和生物信息学鉴定，同时根据国内外现状和最新的文献报道，详细讲解基于质谱的定量蛋白质组学分析，详细讲解生物信息学在这方面的广泛应用，引导学生把理论知识和网络资源有机结合；第三，讲授蛋白质相互作用研究的基本原理和主要技术方法，使学生掌握蛋白质相互作用研究的主要技术流程、应用和优缺点；第四，讲解蛋白质组学在医学、微生物学、植物学等研究领域的应用，理解蛋白质组学技术在肿瘤研究中的应用实例。蛋白质组学的整体教学内容应紧紧围绕生物技术专业的特点和知识结构展开，让学生从整体上把握课程基础理论知识、基本技术原理和实验操作方法，熟悉该领域的基础内容和研究热点。

二、优化教学组织形式，突出教学重难点

蛋白质组学内容涉及的原理及概念多且抽象，技术流程繁琐复杂，光靠教师在课堂上讲授，学生难以理解[5]。因此，根据授课章节内容的特点，在现代多媒体的基础上结合传统的教学方式进行讲授。多媒体教学通过图像、动画等方式传递信息，具有生动、形象、逼真的特点，增强学生的感性认识，将其应用到教学中可以使抽象、复杂的理论概念更加直观、简洁，同时，图文并茂的画面可以激发学生的学习兴趣，调动课堂气氛，提高学生的学习效率。然而，多媒体教学也存在缺点，制作的动画为了让学生更容易理解，多采用理想的模式化，很容易给学生造成误解，因此还需教师对部分实验原理等重点和难点进一步阐述，同时也要介绍在实际操作时会有其他因素的影响，引导学生思考、想象和理解。如蛋白质组学中两大技术：双向电泳技术和质谱技术。双向电泳技术原理就是根据等电点和分子量的不同分离蛋白质，原理比较抽象，我们可以用理想的模式图来阐述，便于学生理解；同时还应该说明，在实际的样品中，蛋白质受到不同物质如脂类、核酸、多糖或其他修饰的影响时，会有不同的结果。另一方面质谱技术中生物质谱的结构组成、电离原理、结果分析、数据库检索等方面更加抽象，对于生物技术专业的学生比较难理解和掌握，这时我们就可以充分发挥多媒体动画的优势，使抽象的问题直观化、表象化，通过一些动画和图片来刺激学生的视觉和听觉，便于学生理解和掌握。

蛋白质组学研究内容涉及多种技术，实验操作过程步骤多、实验周期长、仪器昂贵且数量有限，再加上课程的安排很难开设相关实验课。教师可以充分利用多媒体软件和网络资源，在教学过程中播放自己制作或下载的相关视频和动画[6]，同时详细讲解操作过程中的注意事项、细节尤其是自身的实验体会与学生分享，更有利于学生进一步理解。例如，在讲解完双向电泳的原理之后再用视频的形式补充课堂教学，把整个实验以视频的形式呈现给学生们，加强学生的感性认识，加深记忆和理解，达到知识性、趣味性的结合。总之，在具体教学过程中，多媒体只是技术，起到辅助课堂教学的作用，同时授课教师也应该及时更新和完善多媒体教学的内容，这样才有利于提高教学质量。

三、理论联系实际，结合研究前沿进展，以科研促教学

科研与教学相辅相成，以科研促进教学是提高教学质量、培养高水平人才的重要途径。同时，蛋白质组学是一门理论和应用并重的学科，教师可以凭借科研活动，更好地了解本专业的最新发展动态，不断更新知识[7]。因此，教师把学科的最新发展动态以及自己的科研体会和成果引入课堂教学活动中，不仅可以丰富课堂的教学内容，加深学生对教学内容的理解和认识，同时还可以激发学生的学习兴趣、培养学生的创新和科研能力。笔者在攻读博士期间就是利用双向电泳联合生物质谱等技术和方法进行肽段的分离、纯化和鉴定，并用质谱方法从数据库中Blast获得该肽段的氨基酸序列组成，用化学固相合成后，处理原代培养的细胞，再裂解细胞获得总蛋白，进行基于iTRAQ的定量蛋白质组学研究，分析肽段处理前和处理后，细胞内重要信号通路关键蛋白的差异表达情况，从而研究该肽段的生物学意义和功能。因此，将课程内容结合自身科研的具体内容和体会进行教学，效果更佳，同时将自己的科研成果向同学们展示，更显真实和新颖，可以激发学生的深入学习的兴趣。

另一方面可以将一些与蛋白质组学授课内容相关的社会热点新闻或研究进展拿到课堂中，引导学生进行分析[8]，可以先布置几个选题，由学生们自由组合成小组，课后查阅文献、整理资料、分析问题，并制作成PPT课件，再到课堂上向其他同学展示，并在授课教师的指导下进行讨论、探讨和交流。这种课堂讨论以启发式教育引导学生主动思考，增强团队协作能力，加深对知识的理解，更主要的是培养他们的创新思维和创新意识。

四、综合考核方式

考核是教学活动的一个重要环节，不仅能对教学起到反馈、调节、评价和促进作用，而且对培养学生良好的学习方法和学习习惯、调动学生学习的积极性同样具有重要作用。由于是专业选修课，没有进行书面考试，而是采用课程论文综述的方法进行考查，同时结合课程性质，设立了综合的课程考核方法。在原有的课后作业、期末考查方式的基础上，增加平时成绩包括考勤、课堂研讨参与度、网络辅助学习、分组汇报内容PPT讲解等多种形式的考核方式，综合评价学生课堂表现和课外拓展的学习效果。课程论文综述分析可以考查学生资料查询、文献整合、撰写规范等多方面的综合能力；分组汇报和PPT课件制作则考查学生口头表达、动手能力及自信心的培养。综合考核方式强化了课程教学过程中学生的参与度和灵活性，使学生在轻松环境下主动学习。教师也可以根据考核后的反馈信息，及时调整和改进教学内容和教学方法，以学生为主体，促进教学水平的提高和教学效果的优化。

五、结束语

蛋白质组学是一门内容新颖、发展迅猛、技术先进且与实际应用紧密结合的重要课程。在教学过程中应以学生为主，深入研究学科特点，精选教学内容，不断跟踪学科发展动态，注重结合自身的研究课题进行教学，或提供学生参与相关教师科研课题的机会。利用合理的教学组织方式，采取多种教学方法，从学生的角度出发，广泛应用多媒体等信息技术手段，不断提高教学质量。理论联系实际，激发学生的学习积极性和兴趣，锻炼和培养学生的学习能力、思维能力和科研能力，提高教学水平和本科人才培养质量。

参考文献：

[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]刘春丽，冯伟华，黄才国，等.蛋白质组学选修課教学的实践与体会[J].山西医科大学学报（基础医学教育版），2007，9（6）：656-657.

[3]马珊珊，关方霞.高校蛋白质组学研究型教学改革的探索[J].中国校外教育，2014（12）：440，444.

[4]钱小红，贺福初.蛋白质组学：理论与方法[M].北京：科学出版社出版，2003.

[5]王玉琪，赵利锋，黄卓烈，等.蛋白质组学课程教学实践与体会[J].安徽农业科学，2013，41（6）：2780-2781.

[6]甄艳，诸葛强，施季森.高校蛋白质组学课程教学初探[J].生物学杂志，2010，27（5）：97-99.

[7]杨立明.蛋白质组学课程教学思路的探讨[J].吉林省教育学院学报，2010，26（12）：76-78.

[8]卢春花，韦宇拓，白先放，等.《蛋白质组学》课程教学实践与探讨[J].实验科学与技术，2014，12（5）：197-200.