蛋白质工程的崛起,,教学设计(一)
1.4 蛋白质工程的崛起 教学设计 教案
教学准备
1. 教学目标
1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2.简述蛋白质工程的原理。
3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。 2. 教学重点/难点 教学重点：
1.为什么要开展蛋白质工程的研究？
2.蛋白质工程的原理。 教学难点：
蛋白质工程的原理
3. 教学用具
教学课件
4. 标签
教学过程
教学过程设计【蛋白质工程的崛起,,教学设计】
蛋白质工程的崛起,,教学设计(二)
蛋白质工程的崛起——教案
1.4 蛋白质工程的崛起
一、说教材：
《蛋白质工程的崛起》是高中生物选修3专题1的第四节内容，它是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。其诞生是有其理论与技术条件支撑的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关（本书“前沿动态”中有简要介绍）。本节内容较少，课程标准的要求也不高，对本节知识的处理要从挖掘教材文字上入手，让学生明白蛋白质工程与基因工程的区别与联系。
二、三位目标：
知识与技能：1、举例说出蛋白质工程崛起的缘由
2、简述蛋白质工程的原理
3、尝试运用逆向思维分析和解决问题。
过程与方法：1、通过实例了解蛋白质工程崛起的缘由
2、利用逆向思维，通过举例的方法来体现蛋白质工程的过程
情感态度与价值观：
通过教学让学生展开思维的翅膀，大胆想象，激发起学生的想象力与创造力，培养学生的吃苦耐劳和坚忍不拔的科研精神。
三、教学重难点【蛋白质工程的崛起,,教学设计】
教学重点：1、蛋白质工程崛起的缘由
2、 蛋白质工程的原理
教学难点：蛋白质工程的原理
四、教学方法：诱思法、分析法、归纳法
五、课时安排：1课时
六、教学策略
第一部分，先以干扰素等例子引导学生分析基因工程的优缺点，再提出假设，如何做才能解决这样的问题，这样就引起了学生的兴趣，去思考解决问题的办法。同时可以提出：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现呢？第二部分，蛋白质工程的基本原理的教学中要利用好逆向思维，可以通过举例的方法来体现蛋白质工程的过程，即：预期蛋白质功能——预期蛋白质结构——找出氨基酸序列—
—找出DNA碱基序列。让学生理解，改变蛋白质功能是目的，改变基因结构是手段，手段是为目的服务的。同时，利用好教材图1-29蛋白质工程流程图，让学生理解中心法则在蛋白质工程中的体现。最后一部分，蛋白质工程的进展和前景，教师作简单介绍，学生自学完成。但是教学中要注意引导学生展开思维的翅膀，大胆想象，激发起学生的想象力与创造力，培养学生的吃苦耐劳和坚忍不拔的科研精神。
七、教学过程：
[导入]：
提问：如何让一种生物的性状在另一种生物中表达？（生答）
总结：在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素、干扰素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白。至此，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。
但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。例如：干扰素的保存问题。（学生阅读教材上的两个例子。）
过渡：要解决这些问题，要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。
[目标达成]：
（一）、蛋白质工程崛起的缘由
结合前面所讲内容，总结蛋白质工程崛起的缘由：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些蛋白质却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
教师简要介绍人类蛋白质组计划：人类蛋白质组计划是继人类基因组计划后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年国际人类蛋白质组组织宣告成立。2003年该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类蛋白质组计划”，由此拉开了蛋白质组计划的帷幕。
过渡：如何对蛋白质进行改造？蛋白质工程是如何进行的呢？
（二）、蛋白质工程的基本原理
学生活动：回顾生物体内蛋白质的合成过程。
基因mRNA 形成氨基酸序列的多肽链蛋白质行使生物功能
提问：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现呢？为什么？
学生讨论，回答：通过对基因的操作来实现，因为基因决定蛋白质的合成。
学生自学课本内容，思考蛋白质工程的原理和方法。
师生总结：
1、原理：中心法则的逆推
2、过程：从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）
结合教材图1-29，让学生理解中心法则在蛋白质工程中的体现。既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA，所以蛋白质工程的原理是中心法则的逆推。
学生活动：完成思考讨论1、2。
通过以上的讨论，总结蛋白质工程的概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。
思考：蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？
生答：基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。
“异想天开”：根据以上蛋白质工程的原理，能不能根据人类需要的蛋白质的结构设计相应的基因，导入适合的细菌中，让细菌生产人类需要的蛋白质食品呢？
（三）、蛋白质工程的进展与前景
学生自主学习，阅读教材后回答“异想天开”问题。
[目标巩固]：教师引导学生思考课后讨论题。课后完成《创新设计》上相应练习。
蛋白质工程的崛起,,教学设计(三)
蛋白质工程的崛起教学设计
《蛋白质工程的崛起》教学设计
程雪梅
一、 教学目标的确定【蛋白质工程的崛起,,教学设计】
蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件支撑的，正如课本中开头描述的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关（本书“前沿动态”中有简要介绍）。蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。这样学习，可以使学生认识到科学探索之路的漫长、艰辛和永无止境。学生在必修课中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。这是学习新知识的基础。既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA。所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。结合课本中插图，可以较明确地说明这一点。
教学目标：
1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2.简述蛋白质工程的原理。
3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。 教学重点：
（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？ （2）蛋白质工程的原理。 教学难点：蛋白质工程的原理。
教学方法：采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。
二、教学设计思路
新课一开始，可以带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。为了加深这一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。本节内容实验操作部分共1课时，发酵部分在课下时间完成。
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蛋白质工程的崛起,,教学设计(四)
浅析基因定点诱变在蛋白质工程中的应用
在蛋白质工程中对蛋白质结构进行的设计改造，最终还必须通过基因来完成。设计改造后的蛋白质在自然界生物中不存在相应的基因，往往需要通过人工化学合成或基因修饰获得，其中基因修饰的主要方法就是基因定点诱变。如在高中生物人教版选修3教科书“蛋白质工程的崛起”这一节中谈到：“将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。”这个实例中，改造后的蛋白质基因与原始基因只有一个碱基对的差异，其所用的方法就是基因定点诱变。但是，基因突变往往是不定向的，是随机的，研究者如何让基因按照人的意愿进行定向突变呢？为什么没有用化学合成法合成基因呢？化学合成法有什么弊端吗？下面就这些问题作简要分析和阐述。 1 基因定点诱变的原理和方法
基因定点诱变技术是蛋白质工程研究中的一种重要方法，其实质是利用化学合成寡核苷酸和基因重组技术相结合的方法，按照预定设计，对已知基因的特定碱基进行定点增删或转换，最终改变对应的氨基酸序列和蛋白质结构。最具代表性的定点诱变方法有以下三种。
1.1 寡核苷酸介导的定点诱变
利用人工合成的寡核苷酸可以制造任何部位的突变，而不受限制酶切点的限制（图1）。如果希望改变某个DNA的某个特定碱基，可以先合成一条突变碱基位于中间的寡核苷酸，一般长度约15～20 bp。这条寡核苷酸链除了突变碱基外，其余的序列与野生型DNA分子中的相应序列完全一致。然后将合成的寡核苷酸与由单链噬菌体做载体所携带的DNA克隆互补链混合，进行分子杂交。这段配对的寡核苷酸可以做为引物，在DNA聚合酶作用下合成完整的互补链，再用DNA连接酶连接起来。将此双链DNA导入大肠杆菌中，经扩增就可以得到大量可稳定遗传的的突变DNA克隆。
1.2 盒式定点诱变
盒式定点诱变是利用一段人工合成的含有突变序列的寡核苷酸片段，取代野生型基因中相应序列。其中，合成的DNA片段称为“盒”。通常的做法是：先制备好含有正常目的基因的重组质粒，然后在目的基因需要突变的部位附近找两个限制酶位点，利用合适的限制酶将二者之间的DNA序列切掉，而由一段人工合成含有突变碱基的双链DNA片段通过DNA连接酶连接取代，从而达到基因定点突变的目的。此法的缺点在于突变区段的两侧需存在一对限制酶位点，限制了该方法的广泛应用。
1.3 PCR介导的定点诱变
任何基因，只要知道两端及需要变异部位的序列，就可用PCR诱变去改造该基因序列。由于方法简便易行，结果准确高效，因此PCR介导的定点诱变已成为最常用的方法。
PCR定点诱变有两种情况。① 变异部位位于基因的末端。这种情况只需在人工合成5'端或3'端引物时引入变异碱基，便可使PCR产物（目的基因）的末端引入变异。② 变异部位位于基因的中间。这种情况需要借助重组PCR方法，可在DNA任意部位产生定点诱变（图2）。首先在需要诱变的位置合成含有变异碱基的互补引物（引物b和c），然后分别与3'引物（引物a）和5'引物（引物d）进行PCR，这样便可得到两个PCR产物分别含有变异碱基，由于二者中间有一段序列彼此互补重叠，在重叠部位经重组PCR就能得到基因的中间含变异碱基PCR产物。重组PCR不仅可在基因任意位点引入变异，还可在不同基因片段之间发生重组连接。
2 化学合成法的局限性
DNA的化学法合成不需要模板，在蛋白质改造中可以依据研究人员设计的核苷酸序列直接合成基因。那么为什么不都用化学方法直接合成突变基因呢？这是由于化学法合成DNA的缺陷造成的。首先，化学合成的是单链，这个问题可通过合成互补链退火来部分解决。其次，在化学合成中不能保证前一步产物能100%延长到下一步的产物，随着长度的延长，产物合成率下降，而且这些非全长的序列需除去以免影响后续应用。最后，在寡核苷酸的合成中也会出现大量的错误，而且出错误率随长度增加而增加。对于较长的基因往往需要分成若干小的片段进行合成，然后经拼接才能得到完整的基因，这使得基因制备难度加大，并且费用相对比较昂贵，从而导致化学合成法的应用具有一定的局限性。
从上述可以看到，定点突变技术在蛋白质工程中具有重要应用价值。自1982年Zoller和Smith发表寡核苷酸介导的定点突变方法以来，通过不断发展和创新，定点突变技术已经成为研究蛋白质结构和功能之间的复杂关系的有力工具，也是实验室中改造、优化基因常用的手段，其应用领域非常广泛，在研究蛋白质相互作用位点的结构、改造酶的活性或者动力学特性，提高蛋白的抗原性或稳定性，改造启动子或DNA作用元件，以及药物研发、基因治疗等方面都有非常重要的应用。
参考文献：
[1] 胡美浩.定点突变及非定点突变技术的新进展.生物工程进展[J]，1993，13（6）：1-4.
[2] 谭开秀，刘承杰.基因体外定点突变技术的研究进展.前卫医药杂志[J]，2000，17（4）：256-257.
[3] 王冬梅，洪泂.从碱基到人造生命——基因组的从头合成.生命化学[J]，2011，1：13-19.
[4] 孙乃恩，孙东旭等.分子遗传学[M].南京：南京大学出版社，2004：180～183.
蛋白质工程的崛起,,教学设计(五)
现代生物技术的教学思考
【摘要】对于生物科学专业的本科生而言，了解和掌握现代生物技术课程尤为重要，作为发展非常迅速的现代生物技术，几乎渗透到生物科学的诸多领域中，从实际生活问题出发，结合课程教学任务、教学内容，实现产学研相贯通的教学目的，使现代生物技术课程的教学质量以及教学效果更加优化。 【关键词】现代生物技术 生物学 教学思考
【基金项目】毕节学院科学研究基金（院科合字G2012011号）。
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）06-0148-01
现代生物技术是建立在分子生物学基础之上的生物科学与工程科学相结合的一门学科，是根据人们的需求和意愿来创新的生物机能和生物类型，实现造福和改造人类。随着DNA重组技术、基因组计划、干细胞的成功运用，逐渐发展成了系统生物学工程与合成生物学工程，不断使生物技术涉及到环境、农业、工业、医药、海洋、空间等诸多科学领域中，可能会在进一步的细胞计算机、细胞制药，乃至生物太阳能和环境保护方面均起到至关重要的作用。所以，现代生物技术在生物科学专业中属于专业核心课程，这些课程的教学计划、教学大纲在整个的教学过程中起到主导作用和地位。该课程也是一门综合型和应用型很强的学科，可以通过实践教学来巩固专业理论知识，从而提高学生的实践和创新能力，尤其是对于应用型人才的培养更为需要。
贵州工程应用技术学院生物科学一直都开设了现代生物技术理论课程，但由于缺乏实践创新，导致大部分同学在生物技术的理论与实践联系不紧密，致使不能提高学生的学习兴趣，在生物信息时代，生物技术在不断的日新月异，面对新的理论知识和时间技术的发展，现代生物技术的教学内容也在不断的更新，加上现代生物技术已经涉及到人们生活的方方面面，因此，在一定的教学时数下，根据教学内容，制定适合学生的教学方法、提高学生的积极性及教学效率，使得学生能理论联系实际，把学到的知识得以应用，这就需要教师不断的对教学手段与方法进行探索。根据现代生物技术课程的更新快、综合性强、涉及范围广等特点，加之课程标准的要求，我们从掌握基础、应用到实践中的原则出发，对现代生物技术的教学已进行了思考，并加以实施。
1.教学指导思想
作为应用型人才培养为目的的学校而言，我们的教学必须实现“高效、实用、先进”。近年来，全球教育均把培养学生的职业能力作为教育的重点。大学生应该是高素质、高能力的人才，但是，由于受到学校培养教育模式单一的影响，造就了他们理论知识不能联系实际，解决问题能力差，造就很多学生一毕业就失业。要解决上述问题，这就需要我们必须因地制宜、因材施教，让我们的教学手段方法适应社会，让学生成为应用型人才。
2.精选教学内容
《现代生物技术概论》所选用的是高等教育出版社，宋思扬主编教材，其余多种教材为辅，教学的对象是已经具备生物科学基础学科知识和实验技能的大四学生，他们对于生物前言知识和热点话题都有着强烈的求知欲望[1-4]。怎样才能激发学生的学习兴趣，这就要求教师根据教学大纲和实际情况，对学习内容进行调整，讲授可以分为：（1）介绍生物技术的概念、发展历程、与其他相关学科之间的关系，着重介绍现代生物技术的应用以及怎样推动社会的发展，激发学生对本学科的兴趣，时刻关注生物技术的新成果和动态。（2）上游工程：包括基因工程、细胞工程、蛋白质工程、组织工程、胚胎工程以及转基因工程。在这一部分的授课过程中着重强调研究思路及方法，怎样利用这些技术去解决实际问题，带动学生积极思考，为学生不断创新奠定基础。以细胞工程为例，在学生掌握了基本的理论基础和概念的情况下，多多结合新的研究成果、新技术新方法来介绍细胞工程在动植物、环境、医学等领域的应用、局限及展望。（3）下游工程：酶工程、发酵工程、生化工程、生物制药以及生物医学工程等，是加工应用阶段，通过下游工程实现了产品的企业化、商品化，我们可以通过校企合作的方式，让学生理论联系实际，走出校门，进入到企业、工厂，医院等地方认识与现代生物技术相关的产品和技术，让学生亲身体会到生物技术无处不在，这样不但能激发学生的求知欲，而且也能提高学生学习的主观能动性。
3.现代生物技术教学的几点思考
3.1教学新理念的形成
教师应该在掌握学科前沿和动态的情况下，尽可能的将所讲知识进行模块化，如将现代生物技术在食品、动植物、医药、环保等应用以及安全性等问题进行分化，先让学生自己到生活中去寻找和感受生物技术的应用，在查阅相关文献、对有疑问的问题进行探讨，提出各自的意见和观点，最后在由老师解疑答惑，这样学生不仅学会了独立思考，而且也提高自己解决问题和分析问题的能力。
3.2优化教学内容
在教学的过程中，教材虽是教学的基础，但体现教师专业水平关键还在于课程标准。对于不同的现代生物技术教材，内容侧重点也完全不一样。上课时大致需按指定教材上，但实际上一本教材不能完整体现出全部内容。那么，在教学内容设计上，教师可以选择教材上没有的相关内容（图片、视频、双语等）来提高学生的观赏性，把抽象的难理解的教学内容进行认识，不仅加深理解和记忆，也能够拓宽学生的知识面。
3.3教学方法与手段的多样化
在教学中，教师除用板书、多媒体等传统教学手段方法外，更多应该实现产学研有机结合，在实践中引导学生学习，通过一些探究性实验项目、创新性试验项目来培养学生的创新思维，对已有掌握的知识进行再次深入研究，让学生敢于质疑、敢于假设、不断提出自己的见解。一定让学生不断的通过实验来完善理论知识。
3.4考试成绩计算多样化
对于课程学习的评价进行多元化考核：平时作业、上课回答问题、期末考试、实践教学、出勤率来综合评定。在试卷命题时题型一定多样化、灵活化，一定与实际生活相联系，能达到理论联系实际、举一反三，体现出学生具有自我解决问题的能力。
参考文献：
[1]宋思扬.生物技术概论（第四版）[M].高等教育出版社. 2014
[2]吕虎，华萍.现代生物技术导论（第二版）[M].科学出版社.2016
[3]王永芬.生物技术综合实训教程[M].化学工业出版社.2011
[4]马越.现代生物技术概论-（第二版）[M].中国轻工业.2015
作者简介：
蹇黎（1978-），女，博士研究生，副教授， 研究方向：植物分子育种。
蛋白质工程的崛起,,教学设计(六)
蛋白质结晶化的影响因素及主要结晶技术的研究
摘 要：高质量蛋白质结晶的获得，在蛋白质结构分析中尤为重要。文章介绍了蛋白质结晶过程中各种理化因素如蛋白质浓度、温度、PH值等对结晶质量的不同影响，并且对现今蛋白质结晶的新兴技术进行了讨论研究。 关键词：蛋白质结晶；影响因素；结晶技术
一、 前言
现今对蛋白质三维结构测定的主要手段有X射线晶体衍射技术（XRD）、核磁共振技术（NMR）和低温冷冻电镜技术（Cryo-EM）。[1]其中，X射线晶体衍射技术是获得蛋白质三维结构最普遍，最可靠的手段。而获得适合X射线晶体衍射的蛋白质晶体则是这一技术的基本要求和重要步骤。
二、蛋白质结晶化原理
蛋白质结晶化即是蛋白质在溶液中的相变过程，分为两个主要步骤：一是蛋白质晶核的形成；二是蛋白质晶核的生长。晶核的形成是结晶化的基础和核心，一般情况下，在蛋白质过饱和溶液中，大量的过饱和蛋白质容易形成稳定的非晶态沉淀或微晶，并在过饱和度的推动下使蛋白质分子有序排列，形成晶核。晶核形成后，溶液中蛋白质分子减少、饱和度下降从而处于亚稳态，溶液中的蛋白质分子有序的沿着晶核继续排列生长，当晶体长大到一定程度后，析出溶液，最终停止生长，结晶过程结束。
三、蛋白质结晶化影响因素
3.1 温度的影响
温度对蛋白质结晶的影响体现在蛋白质溶液的热历史效应和蛋白质结晶的过程影响两个方面。蛋白质溶液的热历史效应是指在保存蛋白质溶液时的保存温度。实验证明[2]蛋白质的热历史效应会影响蛋白质的结晶数目和结晶尺寸。对蛋白质溶液进行热处理可以减小晶体数量同时增加晶体尺寸。温度对蛋白质结晶过程的影响在于不同的蛋白质所需要的结晶温度不同，一般来说，大部分结晶在4～22℃下进行。
3.2 PH值的影响
PH值对蛋白质的影响体现在改变其带电性质和溶解度方面。研究表明，当PH值接近蛋白质等电点时，蛋白质所带电荷接近为0，蛋白质溶解度最低。一般来说，PH值接近蛋白质的等电点，有利于蛋白质晶体的析出。[3]当溶液PH值靠近最佳PH值时，则会形成单一晶型的高质量蛋白质晶体。
3.3 过饱和度的影响
蛋白质晶核形成的主要推动力为过饱和蛋白质溶液的过饱和度。由于由高过饱和度驱动蛋白质结晶会发生结晶缺陷和杂质引入，所以应先引入低过饱和度以延迟诱导，然后慢慢增加过饱和度最后达到临界过饱和度。大量实验表明[4]，最佳溶液的过饱和度为略微高于蛋白质溶液亚稳态区的上界，此时，在形成晶核后由于蛋白质浓度降低而直接进入亚稳态。
3.4 强迫流动环境的影响
低流速的强迫流动环境可以补充晶体周围的蛋白质空缺，使晶体界面处晶体的生长速度和蛋白质浓度达到动态平衡。实验表明，[5]低流速的强迫流动环境可以形成大而好的蛋白质晶体，而高流速的强迫流动环境则会对晶体造成缺陷，因此具有一个最佳流速，可以加快结晶形成又不会破坏晶体结构。
四、蛋白质结晶相关技术
4.1 常规结晶技术
常规的蛋白质结晶方法有：批量结晶法、蒸汽扩散法、液―液扩散法和透析结晶法四种。[6]
4.1.1 批量结晶法
现在最普遍的批量结晶法为微池法，通过计算机调控的微分布器，来精确调控微池法中液滴的组分和沉淀剂的加入量，从而使蛋白质逐渐达到低过饱和，形成结晶。
4.1.2 蒸汽扩散法
蒸汽扩散法是指将某种蛋白质结晶所需盐溶液与略低于该溶液浓度的蛋白质溶液同时放在密闭的体系内，使其蒸发扩散，最终达到平衡，最终形成结晶。
4.1.3 液―液扩散法
该法指将蛋白质溶液和沉淀剂溶液分别放于毛细管两端，使其自由扩散达到平衡，晶体将在最佳浓度梯度出生长。
4.1.4 透析结晶法
透析结晶法是将蛋白质溶液放入透析袋中，袋外为高浓度盐溶液，通过透析调节蛋白质溶液浓度，最终达到低过饱和度，形成晶体。
4.2 膜结晶技术
膜结晶技术是将膜蒸馏技术和结晶技术相耦合而产生的一种新型结晶分离技术。其原理为通过膜蒸馏技术蒸馏出溶液中的溶剂，浓缩溶质使其达到过饱和，从而形成晶核最终使溶质结晶出来。与常规结晶技术相比，膜结晶技术的优点在于结晶速度快，诱导时间短，起始浓度低，过程可操控等。[7]因此作为一种新型的结晶技术，膜结晶技术以其独特的优势迅速发展，在蛋白质等生物大分子的结晶领域有着广阔的发展前景。国内外众多实验室均通过该技术获得了质量更高的理想晶型。
4.3 微流控芯片技术
随着近年来微流体的迅速发展，微流控技术应用与蛋白质结晶条件的高通量筛选取得了显著的成果。常规的蛋白质结晶技术不可能针对所有的结晶条件都进行尝试，而且耗费大量时间、人力。而基于微流控芯片技术的高通量蛋白质结晶，则可以同时进行成百上千个蛋白质结晶实验，大大提高了结晶条件筛选效率，对加速蛋白质工程的研究进展有着重要意义。同时，微流体系统在微观尺度下具有一些宏观状态所不具备的性质，对蛋白质结晶十分有利。目前的蛋白质微流控结晶技术有如下几种[8]：微流控自由界面扩散结晶技术、微流控油下结晶技术、微流控蒸发扩散结晶技术、微流控透析结晶技术。
五、结束语
蛋白质结晶的过程十分复杂，受到多种因素的影响，通过对各种影响因素的研究，人为的调整控制蛋白质结晶过程中的条件达到最佳，对于获得高质量的蛋白质结晶有着重要的意义。近年来对于蛋白质结晶的研究不断深入，各种新型结晶技术不断出现，解决了以往的技术难题，其中膜结晶和微流控高通量结晶技术的出现更是极大地促进了蛋白质工程的快速发展。
参考文献
[1] 王宏飞， 赵岩， 刘娇， 等. 蛋白质结晶化原理及技术方法研究进展[J]. 山西大学学报： 自然科学版， 2013， 36（004）： 591-598.
[2] 解思晓， 鹿芹芹， 吴子庆， 等. 温度影响蛋白质结晶的研究现状[J]. 生物技术通讯， 2012， 23（3）： 461-464.
[3] 冯炜玮， 陈志伟. 蛋白质结晶及其影响因素研究进展[J]. 安徽农业科学， 2010 （18）： 9412-9414.
[4] 陶凤云， 张新妙， 马润宇. 蛋白质结晶过程中的影响因素[J]. 化学工业与工程， 2006， 23（3）： 260-264.
[5] 鹿芹芹， 尹大川， 刘永明， 等. 提高蛋白质晶体质量的研究进展[J]. 材料导报， 2010， 1： 025.
[6] 姬燕培， 崔虹. 蛋白质结晶研究进展[J]. 河北化工， 2012， 35（9）： 25-27.
[7] 张新妙， 马润宇. 用膜结晶技术制备蛋白质晶体的研究[J]. 第二届全国膜分离技术在食品工业中应用研讨会论文集， 2006.
http://m.zhuodaoren.com/shenghuo359703/
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