济南大学生物技术专业代谢工程课程2024版教学大纲.docxVIP

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济南大学生物技术专业课程教学大纲

代谢工程

一、课程基本信息

课程名称

代谢工程/MetabolicEngineering

课程类别

专业拓展课程

课程编码

19A00454

学分

1.5

学时

总学时：24

理论：24实践：0

课程负责人

汤若昊

适用专业

生物技术

先修课程

生物化学

后续课程

二、课程简介

代谢工程是指利用重组DNA技术来对生物细胞内固有的代谢途径进行定向改造,从而达到改善细胞的特性或创造新化合物的目的，是一个涉及生物化学、分子生物学和生物工程学等多学科交叉的新兴领域，是现代工业生物技术各个领域的重要基石。本课程是针对理工科的生物工程、生物技术等本科专业高年级学生的基础专业课程。本课程的教学目标在于以代谢途径设计及其分析为核心，阐明代谢工程基本概念、基本原理、方法以及必威体育精装版进展，使学生掌握代谢工程的基本原理和方法。

三、课程目标及其与毕业要求指标点的对应关系

课程目标

毕业要求

毕业要求指标点

目标1：掌握涉及细胞生长代谢网络的调控基本模式和策略，以及应用基础知识对生物过程进行设计和优化的技能;

掌握代谢工程基础理论、基本知识和基本技能，受到较扎实的专业理论和专业技能训练

2

目标2：培养学生应用生物工程专业知识以及工程科学基本原理分析﹑研究并解决高效生物制造﹑生物加工中复杂的工艺开发与工程放大以及生物制造过程工程中复杂工程问题的能力

掌握代谢工程论、基本知识和基本技能，受到较扎实的专业理论和专业技能训练；了解代谢工程的理论前沿、应用前景和必威体育精装版发展动态，以及发酵产业的发展状况

2，3

目标3：注重对学生实践能力、创新能力的培养，从而提高学生创新思维能力。

拥护中国共产党的领导，爱国爱党，具有良好的思想理论和道德修养，较高的文化素质和团队协作精神

1

四、教学安排

第一章绪论（支撑课程目标1）建议学时：2

[教学目标]学生能够理解代谢工程的核心概念，包括其科学基础、技术和应用领域。探讨代谢工程的历史背景，识别关键发展节点及其对现代生物技术的影响。分析代谢工程与其他生物技术分支的联系与区别，理解其在生物工业中的地位。

[重点难点]代谢工程与传统生物技术的区别，代谢工程的前沿进展。

[教学方式方法]BOPPPS教学模式，多媒体结合板书为教学手段，讲授法、案例法及课堂讨论等教学方法。

[教学内容]

引入代谢工程的基本概念，解释其如何通过工程化改造微生物或细胞来生产化学品、药物和能源。

回顾代谢工程的起源，从早期的基因操作到现代的合成生物学，突出重要的里程碑事件。

探讨代谢工程在工业生物技术、医药制造、农业和环境保护等领域的广泛应用。

分析代谢工程与生物化学、遗传学、分子生物学等学科的交叉点，强调其综合性特征。

第二章代谢网络与调控（支撑课程目标1，2，3）建议学时：3

[教学目标]描述代谢网络的复杂性，理解其在细胞能量平衡和物质转化中的作用。掌握代谢途径的调节机制，包括酶活性调节、反馈抑制和信号转导。探究代谢网络建模的方法，学会使用计算机软件进行模拟和预测。

[重点难点]复杂代谢网络的解析，代谢途径的动态调控。

[教学方式方法]BOPPPS教学模式，多媒体结合板书为教学手段，讲授法、案例法及课堂讨论等教学方法。

[教学内容]

介绍代谢网络的概念，解释代谢途径之间的相互作用，如糖酵解、三羧酸循环和脂肪酸合成。

讲解代谢途径的调控方式，包括转录水平、翻译后修饰和酶的变构调节。

介绍代谢流分析和动力学建模，探讨如何通过模型预测代谢产物的产量和优化生产条件。

使用案例研究展示代谢网络调控的实际应用，如通过改变特定酶的活性来提高生物燃料的产量。

第三章基因操作技术（支撑课程目标1，2，3）建议学时：4

[教学目标]熟练掌握DNA重组技术，包括PCR扩增、质粒构建和基因克隆。了解CRISPR-Cas9系统的工作原理，掌握基因编辑在代谢工程中的应用。掌握基因表达调控策略，包括启动子、增强子和终止子的作用。

[重点难点]基因克隆与表达载体的设计，CRISPR-Cas9系统的原理与操作

[教学方式方法]BOPPPS教学模式，多媒体结合板书为教学手段，讲授法、案例法及课堂讨论等教学方法。

[教学内容]

介绍DNA重组的基本步骤，从基因的分离到表达载体的构建。

解释CRISPR-Cas9系统如何实现精确的基因编辑。

讲解基因表达调控的重要性，分析不同启动子的特性和如何利用它们来优化目标基因的表达。

实践操作，如设计PCR引物、构建表达载体和使用CRISPR-Cas9进行基因敲除或敲