结构生物学与医学研究  100100M02002H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科普及课 | 任课教师:施一,齐建勋,章新政
授课时间: 星期四,第5、6、7 节
授课地点: 教二楼221
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12
课程编号: 100100M02002H 课时: 30 学分: 2.50
课程属性: 一级学科普及课 主讲教师:施一,齐建勋,章新政 助教:王敏
英文名称: Structural biology and medical research 召集人:

教学目的、要求

课程对结构生物学、结构生物学在医学研究中的应用以及结构解析进行了整体介绍,其中包括结构生物学的研究历史与现状、结构生物学的的未来发展、结构生物学在免疫学中的应用、结构生物学在药物设计中的应用、冷冻电镜原理以及在医学研究中的应用、X-射线晶体学以及在医学研究中的应用。通过本课程教学,使学生能够全面了解结构生物学研究进展以及其在医学研究中的应用,了解冷冻电镜和X-射线晶体学的原理及其在医学研究中的应用。

预修课程

生物化学、分子生物学

教 材

主要内容

绪论(3学时,教师:施一 研究员)
1.结构生物学简介  (课程形式:课堂授课)
1.1什么是结构生物学
1.2结构生物学的研究历史与现状
1.3结构生物学未来发展
第一部分  结构生物学在医学研究中的应用(6学时,教师:施一 研究员)
2.结构生物学在免疫学中的应用 (课程形式:课堂授课)
2.1免疫细胞受体和配体相互作用的结构生物学研究
2.2抗原和抗体相互作用的结构生物学研究
3.结构生物学在药物设计中的应用  (课程形式:课堂授课)
3.1药物与传染病病原的结构生物学研究
3.2药物与代谢性疾病靶标的结构生物学研究
第二部分 冷冻电镜原理以及在医学研究中的应用(9学时,教师:章新政 研究员)
4.冷冻电镜原理简介 (课程形式:课堂授课)
4.1高能电子性质
4.2高能电子与生物样品的相互作用
4.3电子显微镜构造
4.4高能电子在电镜中的传播(电子光学)
5.冷冻电镜在人类病毒研究中的应用 (课程形式:课堂授课)
5.1多种重要人类病毒的结构特征、结构解析
5.2登革热病毒的生命周期
5.3抗体中和机制(黄病毒、甲病毒等)
5.4病毒和受体的相互作用(登革热、HIV等)
6.冷冻电镜数据分析实例 (课程形式:上机实习;地点:中国科学院生物物理研究所)
6.1颗粒挑选
6.2衬度传递函数拟合
6.3结构优化
6.4三维重构密度图以及重构分辨率的确定
课程形式
第三部分 X-射线晶体学以及在医学研究中的应用(9学时,教师:齐建勋 研究员)
7.X-射线晶体学简介  (课程形式:课堂授课)
7.1晶体,对称型,空间群,布拉斐格子,晶系
7.2衍射基本理论,电子散射,原子散射,晶胞散射,晶体衍射,布拉格方程和Laue条件
7.3倒空间和Eward球构建
8.数据的收集、处理与结构解析  (课程形式:课堂授课)
8.1X-射线源,探测器,辐射损伤
8.2数据处理
8.3数据质量评估,数据完整性,分辨率,信噪比,R factor
8.4相位问题
8.5同晶置换法
8.6异常散射法(SAD/MAD)
8.7分子置换法(MR)
9.结构的精化和模型搭建  (课程形式:课堂授课)
9.1精化的数学描述,快速傅立叶变换原理
9.2具体精化方法
9.3原子模型搭建
9.4结构的评估
10.溶菌酶数据处理,分子置换法结构解析和结构精化实例  (课程形式:课堂授课)
第四部分 考试
11.考试(3学时)
教学方式:课堂授课+上机实习
考核方式:课堂笔记(10%)+ 课后作业(30%)+ 闭卷考试(60%)

参考文献

1.结构生物学-从原子到生命(科学出版社,Anders Liljas, Lara Liljas Jure Piskur, PoulNissen等编著,苏晓东等译, 2013年第一版)
2.免疫学(科学出版社,中国科学院著,2016年第一版)
3.结构生物学与现代药学研究(科学出版社,杨铭主编,2008年)
4.药物设计学(人民卫生出版社,徐文方,2007年第二版)
5.John N. Abelson , Melvin I. Simon. Methods in Enzymology.Elsevier.Volume 481-483, 2016.
6.J. Drenth. Principles of protein X-ray crystallography(3rd ed.). Springer, 2007.
7.Interational Table for Crystallography Volume F(1sted.). Kluwer Academic Publisher, Dordrecht/Boston/London, 2001.