㈠ RDM I線上TRIZ二級培訓 ,孫永偉博士講課怎麼樣
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㈡ 繼續一篇關於蛋白質組學的論文
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分子生物學(molecular biology)
在分子水平上研究生命現象的科學。研究生物大分子(核酸、蛋白質)的結 構、功能和生物合成等方面來闡明各種生命現象的本質。研究內容包括各種生命過程如光合作用、發育的分子機制、神經活動的機理、癌的發生等。
從分子水平研究生物大分子的結構與功能從而闡明生命現象本質的科學。自20世紀50年代以來,分子生物學是生物學的前沿與生長點,其主要研究領域包括蛋白質體系、蛋白質-核酸體系 (中心是分子遺傳學)和蛋白質-脂質體系(即生物膜)。
生物大分子,特別是蛋白質和核酸結構功能的研究,是分子生物學的基礎。現代化學和物理學理論、技術和方法的應用推動了生物大分子結構功能的研究,從而出現了近30年來分子生物學的蓬勃發展。分子生物學和生物化學及生物物理學關系十分密切,它們之間的主要區別在於:①生物化學和生物物理學是用化學的和物理學的方法研究在分子水平,細胞水平,整體水平乃至群體水平等不同層次上的生物學問題。而分子生物學則著重在分子(包括多分子體系)水平上研究生命活動的普遍規律;②在分子水平上,分子生物學著重研究的是大分子,主要是蛋白質,核酸,脂質體系以及部分多糖及其復合體系。而一些小分子物質在生物體內的轉化則屬生物化學的范圍;③分子生物學研究的主要目的是在分子水平上闡明整個生物界所共同具有的基本特徵,即生命現象的本質;而研究某一特定生物體或某一種生物體內的某一特定器官的物理、化學現象或變化,則屬於生物物理學或生物化學的范疇。
發展簡史 結構分析和遺傳物質的研究在分子生物學的發展中作出了重要的貢獻。結構分析的中心內容是通過闡明生物分子的三維結構來解釋細胞的生理功能。1912年英國 W.H.布喇格和W.L.布喇格建立了X射線晶體學,成功地測定了一些相當復雜的分子以及蛋白質的結構。以後布喇格的學生W.T.阿斯特伯里和J.D.貝爾納又分別對毛發、肌肉等纖維蛋白以及胃蛋白酶、煙草花葉病毒等進行了初步的結構分析。他們的工作為後來生物大分子結晶學的形成和發展奠定了基礎。50年代是分子生物學作為一門獨立的分支學科脫穎而出並迅速發展的年代。首先是在蛋白質結構分析方面,1951年L.C.波林等提出了 α-螺旋結構,描述了蛋白質分子中肽鏈的一種構象。1955年F.桑格完成了胰島素的氨基酸序列的測定。接著 J.C.肯德魯和M.F.佩魯茨在X射線分析中應用重原子同晶置換技術和計算機技術分別於1957和1959年闡明了鯨肌紅蛋白和馬血紅蛋白的立體結構。1965年中國科學家合成了有生物活性的胰島素,首先實現了蛋白質的人工合成。
另一方面,M.德爾布呂克小組從1938年起選擇噬菌體為對象開始探索基因之謎。噬菌體感染寄主後半小時內就復制出幾百個同樣的子代噬菌體顆粒,因此是研究生物體自我復制的理想材料。1940年G.W.比德爾和E.L.塔特姆提出了「一個基因,一個酶」的假設,即基因的功能在於決定酶的結構,且一個基因僅決定一個酶的結構。但在當時基因的本質並不清楚。1944年O.T.埃弗里等研究細菌中的轉化現象,證明了DNA是遺傳物質。1953年J.D.沃森和F.H.C.克里克提出了DNA的雙螺旋結構,開創了分子生物學的新紀元。在此基礎上提出的中心法則,描述了遺傳信息從基因到蛋白質結構的流動。遺傳密碼的闡明則揭示了生物體內遺傳信息的貯存方式。1961年F.雅各布和J.莫諾提出了操縱子的概念,解釋了原核基因表達的調控。到20世紀60年代中期,關於DNA自我復制和轉錄生成RNA的一般性質已基本清楚,基因的奧秘也隨之而開始解開了。
僅僅30年左右的時間,分子生物學經歷了從大膽的科學假說,到經過大量的實驗研究,從而建立了本學科的理論基礎。進入70年代,由於重組DNA研究的突破,基因工程已經在實際應用中開花結果,根據人的意願改造蛋白質結構的蛋白質工程也已經成為現實。
基本內容 蛋白質體系 蛋白質的結構單位是α-氨基酸。常見的氨基酸共20種。它們以不同的順序排列可以為生命世界提供天文數字的各種各樣的蛋白質。
蛋白質分子結構的組織形式可分為 4個主要的層次。一級結構,也叫化學結構,是分子中氨基酸的排列順序。首尾相連的氨基酸通過氨基與羧基的縮合形成鏈狀結構,稱為肽鏈。肽鏈主鏈原子的局部空間排列為二級結構。二級結構在空間的各種盤繞和捲曲為三級結構。有些蛋白質分子是由相同的或不同的亞單位組裝成的,亞單位間的相互關系叫四級結構。
蛋白質的特殊性質和生理功能與其分子的特定結構有著密切的關系,這是形形色色的蛋白質所以能表現出豐富多彩的生命活動的分子基礎。研究蛋白質的結構與功能的關系是分子生物學研究的一個重要內容。
隨著結構分析技術的發展,現在已有幾千個蛋白質的化學結構和幾百個蛋白質的立體結構得到了闡明。70年代末以來,採用測定互補DNA順序反推蛋白質化學結構的方法,不僅提高了分析效率,而且使一些氨基酸序列分析條件不易得到滿足的蛋白質化學結構分析得以實現。
發現和鑒定具有新功能的蛋白質,仍是蛋白質研究的內容。例如與基因調控和高級神經活動有關的蛋白質的研究現在很受重視。
蛋白質-核酸體系 生物體的遺傳特徵主要由核酸決定。絕大多數生物的基因都由 DNA構成。簡單的病毒,如λ噬菌體的基因組是由 46000個核苷酸按一定順序組成的一條雙股DNA(由於是雙股DNA,通常以鹼基對計算其長度)。細菌,如大腸桿菌的基因組,含4×106鹼基對。人體細胞染色體上所含DNA為3×109鹼基對。
遺傳信息要在子代的生命活動中表現出來,需要通過復制、轉錄和轉譯。復制是以親代 DNA為模板合成子代 DNA分子。轉錄是根據DNA的核苷酸序列決定一類RNA分子中的核苷酸序列;後者又進一步決定蛋白質分子中氨基酸的序列,就是轉譯。因為這一類RNA起著信息傳遞作用,故稱信使核糖核酸(mRNA)。由於構成RNA的核苷酸是4種,而蛋白質中卻有20種氨基酸,它們的對應關系是由mRNA分子中以一定順序相連的 3個核苷酸來決定一種氨基酸,這就是三聯體遺傳密碼。
基因在表達其性狀的過程中貫串著核酸與核酸、核酸與蛋白質的相互作用。DNA復制時,雙股螺旋在解旋酶的作用下被拆開,然後DNA聚合酶以親代DNA鏈為模板,復制出子代 DNA鏈。轉錄是在 RNA聚合酶的催化下完成的。轉譯的場所核糖核蛋白體是核酸和蛋白質的復合體,根據mRNA的編碼,在酶的催化下,把氨基酸連接成完整的肽鏈。基因表達的調節控制也是通過生物大分子的相互作用而實現的。如大腸桿菌乳糖操縱子上的操縱基因通過與阻遏蛋白的相互作用控制基因的開關。真核細胞染色質所含的非組蛋白在轉錄的調控中具有特殊作用。正常情況下,真核細胞中僅2~15%基因被表達。這種選擇性的轉錄與轉譯是細胞分化的基礎。
蛋白質-脂質體系 生物體內普遍存在的膜結構,統稱為生物膜。它包括細胞外周膜和細胞內具有各種特定功能的細胞器膜。從化學組成看,生物膜是由脂質和蛋白質通過非共價鍵構成的體系。很多膜還含少量糖類,以糖蛋白或糖脂形式存在。
1972年提出的流動鑲嵌模型概括了生物膜的基本特徵:其基本骨架是脂雙層結構。膜蛋白分為表在蛋白質和嵌入蛋白質。膜脂和膜蛋白均處於不停的運動狀態。
生物膜在結構與功能上都具有兩側不對稱性。以物質傳送為例,某些物質能以很高速度通過膜,另一些則不能。象海帶能從海水中把碘濃縮 3萬倍。生物膜的選擇性通透使細胞內pH和離子組成相對穩定,保持了產生神經、肌肉興奮所必需的離子梯度,保證了細胞濃縮營養物和排除廢物的功能。
生物體的能量轉換主要在膜上進行。生物體取得能量的方式,或是像植物那樣利用太陽能在葉綠體膜上進行光合磷酸化反應;或是像動物那樣利用食物在線粒體膜上進行氧化磷酸化反應。這二者能量來源雖不同,但基本過程非常相似,最後都合成腺苷三磷酸。對於這兩種能量轉換的機制,P.米切爾提出的化學滲透學說得到了越來越多的證據。生物體利用食物氧化所釋放能量的效率可達70%左右,而從煤或石油的燃燒獲取能量的效率通常為20~40%,所以生物力能學的研究很受重視。對生物膜能量轉換的深入了解和模擬將會對人類更有效地利用能量作出貢獻。
生物膜的另一重要功能是細胞間或細胞膜內外的信息傳遞。在細胞表面,廣泛地存在著一類稱為受體的蛋白質。激素和葯物的作用都需通過與受體分子的特異性結合而實現。癌變細胞表面受體物質的分布有明顯變化。細胞膜的表面性質還對細胞分裂繁殖有重要的調節作用。
對細胞表面性質的研究帶動了糖類的研究。糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等生物大分子結構與功能的研究越來越受到重視。從發展趨勢看,寡糖與蛋白質或脂質形成的體系將成為分子生物學研究的一個新的重要的領域。
理論意義和應用 分子生物學的成就說明:生命活動的根本規律在形形色色的生物體中都是統一的。例如,不論在何種生物體中,都由同樣的氨基酸和核苷酸分別組成其蛋白質和核酸。遺傳物質,除某些病毒外,都是DNA,並且在所有的細胞中都以同樣的生化機制進行復制。分子遺傳學的中心法則和遺傳密碼,除個別例外,在絕大多數情況下也都是通用的。
物理學的成就證明,一切物質的原子都由為數不多的基本粒子根據相同的規律所組成,說明了物質世界結構上的高度一致,揭示了物質世界的本質,從而帶動了整個物理學科的發展。分子生物學則在分子水平上揭示了生命世界的基本結構和生命活動的根本規律的高度一致,揭示了生命現象的本質。和過去基本粒子的研究帶動物理學的發展一樣,分子生物學的概念和觀點也已經滲入到基礎和應用生物學的每一個分支領域,帶動了整個生物學的發展,使之提高到一個嶄新的水平。
過去生物進化的研究,主要依靠對不同種屬間形態和解剖方面的比較來決定親緣關系。隨著蛋白質和核酸結構測定方法的進展,比較不同種屬的蛋白質或核酸的化學結構,即可根據差異的程度,來斷定它們的親緣關系。由此得出的系統進化樹,與用經典方法得到的是基本符合的。採用分子生物學的方法研究分類與進化有特別的優越性。首先,構成生物體的基本生物大分子的結構反映了生命活動中更為本質的方面。其次,根據結構上的差異程度可以對親緣關系給出一個定量的,因而也是更准確的概念。第三,對於形態結構非常簡單的微生物的進化,則只有用這種方法才能得到可靠結果。
高等動物的高級神經活動是極其復雜的生命現象,過去多是在細胞乃至整體水平上研究,近年來深入到分子水平研究的結果充分說明高級神經活動也同樣是以生物大分子的活動為基礎的。例如,在高等動物學習與記憶的過程中,大腦中RNA和蛋白質的組成發生明顯的變化,並且一些影響生物體合成蛋白質的葯物也顯著地影響學習與記憶的能力。又如,「生物鍾」是一種熟知的生物現象。用雞進行的實驗發現,有一種重要的神經傳遞介質(5-羥色胺)和一種激素(褪黑激素)以及控制它們變化的一種酶,在雞腦中的含量呈24小時的周期性變化。正是這種變化構成了雞的「生物鍾」的物質基礎。
在應用方面,生物膜能量轉換原理的闡明,將有助於解決全球性的能源問題。了解酶的催化原理就能更有針對性地進行酶的人工模擬,設計出化學工業上廣泛使用的新催化劑,從而給化學工業帶來一場革命。
分子生物學在生物工程技術中也起了巨大的作用,1973年重組DNA技術的成功,為基因工程的發展鋪平了道路。80年代以來,已經採用基因工程技術,把高等動物的一些基因引入單細胞生物,用發酵方法生產干擾素、多種多肽激素和疫苗等。基因工程的進一步發展將為定向培育動、植物和微生物良種以及有效地控制和治療一些人類遺傳性疾病提供根本性的解決途徑。
從基因調控的角度研究細胞癌變也已經取得不少進展。分子生物學將為人類最終征服癌症做出重要的貢獻。
[編輯本段]分子生物學的應用
1,親子鑒定
近幾年來,人類基因組研究的進展日新月異,而分子生物學技術也不斷完善,隨著基因組研究向各學科的不斷滲透,這些學科的進展達到了前所未有的高度。在法醫學上,STR位點和單核苷酸(SNP)位點檢測分別是第二代、第三代DNA分析技術的核心,是繼RFLPs(限制性片段長度多態性)VNTRs(可變數量串聯重復序列多態性)研究而發展起來的檢測技術。作為最前沿的刑事生物技術,DNA分析為法醫物證檢驗提供了科學、可靠和快捷的手段,使物證鑒定從個體排除過渡到了可以作同一認定的水平,DNA檢驗能直接認定犯罪、為兇殺案、強奸殺人案、碎屍案、強奸致孕案等重大疑難案件的偵破提供准確可靠的依據。隨著DNA技術的發展和應用,DNA標志系統的檢測將成為破案的重要手段和途徑。此方法作為親子鑒定已經是非常成熟的,也是國際上公認的最好的一種方法。
參考資料:http://ke..com/view/2461.htm
蛋白質質譜分析研究進展
摘 要: 隨著科學的不斷發展,運用質譜法進行蛋白質的分析日益增多,本文簡要綜述了肽和蛋白質等生物大分子質譜分析的特點、方法及蛋白質質譜分析的原理、方式和應用,並對其發展前景作出展望。
關鍵詞: 蛋白質,質譜分析,應用
前言:
蛋白質是生物體中含量最高,功能最重要的生物大分子,存在於所有生物細胞,約占細胞干質量的50%以上, 作為生命的物質基礎之一,蛋白質在催化生命體內各種反應進行、調節代謝、抵禦外來物質入侵及控制遺傳信息等方面都起著至關重要的作用,因此蛋白質也是生命科學中極為重要的研究對象。關於蛋白質的分析研究,一直是化學家及生物學家極為關注的問題,其研究的內容主要包括分子量測定,氨基酸鑒定,蛋白質序列分析及立體化學分析等。隨著生命科學的發展,儀器分析手段的更新,尤其是質譜分析技術的不斷成熟,使這一領域的研究發展迅速。
自約翰.芬恩(JohnB.Fenn)和田中耕一(Koichi.Tanaka)發明了對生物大分子進行確認和結構分析的方法及發明了對生物大分子的質譜分析法以來,隨著生命科學及生物技術的迅速發展,生物質譜目前已成為有機質譜中最活躍、最富生命力的前沿研究領域之一[1]。它的發展強有力地推動了人類基因組計劃及其後基因組計劃的提前完成和有力實施。質譜法已成為研究生物大分子特別是蛋白質研究的主要支撐技術之一,在對蛋白質結構分析的研究中占據了重要地位[2]。
1.質譜分析的特點
質譜分析用於蛋白質等生物活性分子的研究具有如下優點:很高的靈敏度能為亞微克級試樣提供信息,能最有效地與色譜聯用,適用於復雜體系中痕量物質的鑒定或結構測定,同時具有準確性、易操作性、快速性及很好的普適性。
2.質譜分析的方法
近年來涌現出較成功地用於生物大分子質譜分析的軟電離技術主要有下列幾種:1)電噴霧電離質譜;2)基質輔助激光解吸電離質譜;3)快原子轟擊質譜;4)離子噴霧電離質譜;5)大氣壓電離質譜。在這些軟電離技術中,以前面三種近年來研究得最多,應用得也最廣泛[3]。
3.蛋白質的質譜分析
蛋自質是一條或多條肽鏈以特殊方式組合的生物大分子,復雜結構主要包括以肽鏈為基礎的肽鏈線型序列[稱為一級結構]及由肽鏈捲曲折疊而形成三維[稱為二級,三級或四級]結構。目前質譜主要測定蛋自質一級結構包括分子量、肽鏈氨基酸排序及多肽或二硫鍵數目和位置。
3.1蛋白質的質譜分析原理
以往質譜(MS)僅用於小分子揮發物質的分析,由於新的離子化技術的出現,如介質輔助的激光解析/離子化、電噴霧離子化,各種新的質譜技術開始用於生物大分子的分析。其原理是:通過電離源將蛋白質分子轉化為氣相離子,然後利用質譜分析儀的電場、磁場將具有特定質量與電荷比值(M/Z值)的蛋白質離子分離開來,經過離子檢測器收集分離的離子,確定離子的M/Z值,分析鑒定未知蛋白質。
3.2蛋白質和肽的序列分析
現代研究結果發現越來越多的小肽同蛋白質一樣具有生物功能,建立具有特殊、高效的生物功能肽的肽庫是現在的研究熱點之一。因此需要高效率、高靈敏度的肽和蛋白質序列測定方法支持這些研究的進行。現有的肽和蛋白質測序方法包括N末端序列測定的化學方法Edman法、C末端酶解方法、C末端化學降解法等,這些方法都存在一些缺陷。例如作為肽和蛋白質序列測定標准方法的N末端氨基酸苯異硫氰酸酯(phenylisothiocyanate)PITC分析法(即Edman法,又稱PTH法),測序速度較慢(50個氨基酸殘基/天);樣品用量較大(nmol級或幾十pmol級);對樣品純度要求很高;對於修飾氨基酸殘基往往會錯誤識別,而對N末端保護的肽鏈則無法測序[4]。C末端化學降解測序法則由於無法找到PITC這樣理想的化學探針,其發展仍面臨著很大的困難。在這種背景下,質譜由於很高的靈敏度、准確性、易操作性、快速性及很好的普適性而倍受科學家的廣泛注意。在質譜測序中,靈敏度及准確性隨分子量增大有明顯降低,所以肽的序列分析比蛋白容易許多,許多研究也都是以肽作為分析對象進行的。近年來隨著電噴霧電離質譜(electrospray ionisation,ESI)及基質輔助激光解吸質譜(matrix assisted laser desorption/ionization,MALDI)等質譜軟電離技術的發展與完善,極性肽分子的分析成為可能,檢測限下降到fmol級別,可測定分子量范圍則高達100000Da,目前基質輔助的激光解吸電離飛行時間質譜法(MALDI TOF MS)已成為測定生物大分子尤其是蛋白質、多肽分子量和一級結構的有效工具,也是當今生命科學領域中重大課題——蛋白質組研究所必不可缺的關鍵技術之一 [5] 。目前在歐洲分子生物實驗室(EMBL)及美國、瑞士等國的一些高校已建立了MALDI TOF MS蛋白質一級結構(序列)譜庫,能為解析FAST譜圖提供極大的幫助,並為確證分析結果提供可靠的依據[6]。
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3.3蛋白質的質譜分析方式
質譜用於肽和蛋白質的序列測定主要可以分為三種方法:一種方法叫蛋白圖譜(proteinmapping),即用特異性的酶解或化學水解的方法將蛋白切成小的片段,然後用質譜檢測各產物肽分子量,將所得到的肽譜數據輸入資料庫,搜索與之相對應的已知蛋白,從而獲取待測蛋白序列。將蛋白質繪制「肽圖」是一重要測列方法。第二種方法是利用待測分子在電離及飛行過程中產生的亞穩離子,通過分析相鄰同組類型峰的質量差,識別相應的氨基酸殘基,其中亞穩離子碎裂包括「自身」碎裂及外界作用誘導碎裂.第三種方法與Edman法有相似之處,即用化學探針或酶解使蛋白或肽從N端或C端逐一降解下氨基酸殘基,形成相互間差一個氨基酸殘基的系列肽,名為梯狀測序(laddersequencing),經質譜檢測,由相鄰峰的質量差知道相應氨基酸殘基。
3.3.1蛋白消化
蛋白的基團越大,質譜檢測的准確率越低。因此,在質譜檢測之前,須將蛋白消化成小分子的多肽,以提高質譜檢測的准確率。一般而言,6-20個氨基酸的多肽最適合質譜儀的檢測。現今最常用的酶為胰蛋白酶(trypsin),它於蛋白的賴氨酸(lysine)和精氨酸(arginine)處將其切斷。因此,同一蛋白經胰蛋白酶消化後,會產生相同的多肽。
3.3.2基質輔助激光解吸電離/飛行時間質譜測量法(MALDI-TOF MS) [7]
簡而言之,基質輔助激光解吸電離/飛行時間質譜測量儀是將多肽成分轉換成離子信號,並依據質量/電荷之比(mass/charge,m/z)來對該多肽進行分析,以判斷該多肽源自哪一個蛋白。待檢樣品與含有在特定波長下吸光的發光團的化學基質(matrix)混合,此樣品混合物隨即滴於一平板或載玻片上進行揮發,樣品混合物殘余水份和溶劑的揮發使樣品整合於格狀晶體中,樣品然後置於激光離子發生器(lasersource)。激光作用於樣品混合物,使化學基質吸收光子而被激活。此激活產生的能量作用於多肽,使之由固態樣品混合物變成氣態。由於多肽分子傾向於吸收單一光子,故多肽離子帶單一電荷.這些形成的多肽離子直接進入飛行時間質量分析儀(TOFmassanalyzer)。飛行時間質量分析儀用於測量多肽離子由分析儀的一端飛抵另一端探測器所需要的時間。而此飛行時間同多肽離子的質量/電荷的比值成反比,即質量/電荷之比越高,飛行時間越短。最後,由電腦軟體將探測器錄得的多肽質量/電荷比值同資料庫中不同蛋白經蛋白酶消化後所形成的特定多肽的質量/電荷比值進行比較,以鑒定該多肽源自何種蛋白.此法稱為多肽質量指紋分析(peptidemassfin-gerprinting)。基質輔助激光解吸電離/飛行時間質譜測量法操作簡便,敏感度高,同許多蛋白分離方法相匹配,而且,現有資料庫中有充足的關於多肽質量/電荷比值的數據,因此成為許多實驗室的首選蛋白質譜鑒定方法。
3.3.3電子噴霧電離質譜測量法(electrosprayion-izationmassspectrometry,ESI-MS)[8 ]
同基質輔助激光解吸電離/飛行時間質譜測量法在固態下完成不同,電子噴霧電離質譜測量法是在液態下完成,而且多肽離子帶有多個電荷,由高效液相層析等方法分離的液體多肽混合物,在高壓下經過一細針孔。當樣本由針孔射出時,噴射成霧狀的細小液滴,這些細小液滴包含多肽離子及水份等其他雜質成分。去除這些雜質成分後,多肽離子進入連續質量分析儀(tan- demmassanalyzer),連續質量分析儀選取某一特定質量/電荷比值的多肽離子,並以碰撞解離的方式將多肽離子碎裂成不同電離或非電離片段。隨後,依質量/電荷比值對電離片段進行分析並匯集成離子譜(ionspectrum),通過資料庫檢索,由這些離子譜得到該多肽的氨基酸序列。依據氨基酸序列進行的蛋白鑒定較依據多肽質量指紋進行的蛋白鑒定更准確、可靠。而且,氨基酸序列信息即可通過蛋白氨基酸序列資料庫檢索,也可通過核糖核酸資料庫檢索來進行蛋白鑒定。
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4.蛋白質質譜分析的應用
1981年首先採用FAB雙聚焦質譜測定肽分子量,分析十一肽(Mr=1318),質譜中出現準分子離子[M+1]+=1319強峰。分子量小於6kDa肽或小蛋白質合適用FAB質譜分析,更大分子量的多肽和蛋自質可用MALDI質譜或ESI質譜分析。用MALDI-TOF質譜分析蛋自質最早一例是Hillen Kramp等[9]於1988年提出用紫外激光以煙酸為基質在TOF譜儀上測出質量數高達60kDa蛋白質,精確度開始只有0.5%,後改進到0.1-0.2%。質譜技術主要用於檢測雙向凝膠電泳或「雙向」高效柱層析分離所得的蛋白質及酶解所得的多肽的質量,也可用於蛋白質高級結構及蛋白質間相互作用等方面的研究[10,11],三條肽段的精確質量數便可鑒定蛋白質。近年來,串聯質譜分析儀發展迅猛,其數據採集方面的自動化程度、檢測的敏感性及效率都大大提高,大規模資料庫和一些分析軟體(如:SEQUEST)的應用使得串聯質譜分析儀可以進行更大規模的測序工作。目前,利用2D電泳及MS技術對整個酵母細胞裂解產物進行分析,已經鑒定出1484種蛋白質,包括完整的膜蛋白和低豐度的蛋白質[12];分析肝細胞癌患者血清蛋白質組成分[13],並利用質譜進行鑒定磷酸化蛋白研究工作[14]及採用質譜技術研究許旺細胞源神經營養蛋白(SDNP)的分子結構[15]等。
結束語:
在蛋白質的質譜分析中,質譜的准確性(accuracy)對測定結果有很大影響,因此質譜測序現在仍很難被應用於未知蛋白的序列測定。肽和蛋白的質譜序列測定方法具有快速、用量少、易操作等優點,這些都非常適合於現在科學研究的需要。我們相信,隨著各種衍生化方法和酶解方法的不斷改進,蛋白雙向電泳的應用[16]以及質譜技術的不斷完善,質譜將會成為多肽和蛋白質分析最有威力的工具之一。
㈢ 將對象暴露在有害物質之前進行遮蓋,是利用了四十個發明原理中的什麼
預先反作用。
1、預先給物體施加反作用,以補償過量的或者不想要的壓力。
2、「預先了解可能出故障的地方,並採取行動來消除、控制或防止故障的出現。或者套用 一句成語,叫做「防患於未然」。
㈣ TRIZ有什麼創新方法
1、技術演進模式。技術演進模式是TRIZ方法的基礎。它們可以用於估計一個產品經歷了什麼樣的演進階段,並將經歷什麼樣的階段。這些模式包括:理想性增長趨勢,系統完善性趨勢,能量迂迴趨勢等。
2、物一場建模。物一場建模用惟一的方式來建立創新問題的模型。一個基本物質場模型包括兩個物質和它們之間的一個場。這兩個物質通過場來相互作用。
3、創新問題的求解演算法。創新問題的求解演算法,是描述一個最小化初始問題,發現矛盾,建立物一場模型,考慮資源,定義理想狀態,考慮實現理想狀態的己知方法,解決矛盾,克服障礙的迭代的過程。
(4)trizi創造學基礎論文擴展閱讀:
TRIZ方法應用領域:
在前蘇聯,TRIZ方法一直被作為大學專業技術必修科目,已廣泛應用於工程領域中。蘇聯解體後,大批TRIZ研究者移居美國等西方國家,TRIZ流傳於西方,受到極大重視,TRIZ的研究與實踐得以迅速普及和發展。
西北歐、美國、台灣等地出現了以TRIZ為基礎的研究、咨詢機構和公司,一些大學將TRIZ 列為工程設計方法學課程。
經過半個多世紀的發展,如今TRIZ理論和方法已經發展成為一套解決新產品開發實際問題的成熟的理論和方法體系,工程實用性強, 並經過實踐的檢驗,如今它已在全世界廣泛應用,創造出成千上萬項重大發明,為知名企業取得了重大的經濟效益和社會效益。
㈤ 設計美學與藝術之美的關系問題論文
很多人以為中式設計就是符號設計。以建築為例,找幾個所謂的中國元素,弄幾個舊門,立幾個紅柱、裝個花窗、鋪點青磚、擺幾個古董、掛些書畫、門口放對石獅,似乎就成中式了。但這樣的設計總使人感覺貌合神離,有人說中式設計,是中國設計師的心結。太多人做,太少人明白精髓。
㈥ 現代triz理論和經典triz理論最大的區別在於
經典TRIZ理論發展時間為由阿奇舒勒於1956年~1989年這個階段的TRIZ,其主要理論有40個發明原理、發明問題解決演算法(ARIZ)、最終理想解、科學效應庫、物—場模型、標准解和進化法則等,其解決問題的一般流程為:1)對需要解決為問題有一個清楚的定義。2)將具體問題轉化為TRIZ問題的模型。3)對每一種模型選擇對於的工具來解決,這里技術矛盾使用矛盾矩陣選擇發明原理,物理矛盾使用分離原理選擇發明原理,物-場模型使用76個標准解,功能化模型使用效應庫選擇具體效應。4)思考得到TRIZ解決方案的模型。5)通過第4步的解決方案的模型轉化為具體的解決方案。 現代TRIZ是在後人在經典TRIZ的基礎上補充和升華得到,目前比較流程的派別有MTRIZ、ITRIZ和C-TRIZ。在各國的研究和推廣下有三大發展方向:1)TRIZ理論的自身的發展完善,如:SIT、小人法、創新標桿、因果鏈分析等等理論和工具的加入。2)TRIZ與其他先進設計方法的融合,其中最典型的就是在美國供應商協會一直致力於TRIZ理論和六西格瑪、質量功能展開、田口方法的整合提升等。3)以TRIZ理論為基礎的計算機輔助創新技術的開發。 除了以上是經典TRIZ和現代TRIZ的區別外,其最大的區別在解決問題的思維方法得到的提升和深化。現代TRIZ的應用分為三大步驟:1)問題識別,其重點在於對工程系統的全面分析並且識別正確的問題來解決。2)問題的解決,這點和經典TRIZ類似,3)概念驗證,本階段重點在於對問題解決階段提出的解決方案進行實際可行性評估。對比經典TRIZ,個人認為最大的卻別就是對問題的識別,現代TRIZ強調不是簡單的定義問題,而是要深入問題分析(工具:功能分析、因果鏈分析、裁切、資源分析等),要抓到解決初始問題的關鍵核心問題。㈦ 什麼是TRIZ
TRIZ是俄文теории решения изобретательских задач 的英文音譯Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch的縮寫,其英文全稱是Theory of the Solution of Inventive Problems(發明問題解決理論
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㈧ 創造設計方法論文
機械創新設計是一個極其重要而又困難的實踐性較強的研究課題。目前創新設計方法研究雖然已取得一些成果,但創新學還處於發展初期,各種不同理論及工具不斷涌現,遠沒有形成普遍可以接受的統一的理論體系。
本文認為,要進行機械創新設計要有兩個必要條件:一是充分獲取適用的知識;二是要使用符合創新設計思維並能激發創新思維的設計系統。設計過程充滿了矛盾,所獲取的知識應有助於矛盾的迅速解決,這就要求知識獲取工具緊密集成到設計過程中,因此要統一研究知識獲取工具與設計系統。另外,人類的創新設計思維模式是在長期的成功設計經驗中總結形成的,因此設計系統必需符合創新設計思維規律。創新設計思維規律應作為算機輔助創新設計系統的理論基礎。
基於上述考慮,本文從創新設計思維的研究出發,融合知識獲取方法,研究創新設計理論,進而開發機械產品創新設計系統。
1 機械創新設計思維規律
我們常把思維的過程稱為「思路」,是因為可用路徑問題來說明人類思維過程。本文提出兩個機械創新設計思維原則:
一是最短路徑原則。設計者得到產品的功能要求後,往往首先檢索出最佳設計實例,這樣可以最迅速接近目標,然後運用價值工程方法,找出價值較低的極少數組件作為研究對象,再分析所得對象存在的矛盾,嘗試作最小變動以解決矛盾,如矛盾沒有解決則擬作更大變動或擴大研究對象范圍,最後得出最優結果。通過這樣途徑所消耗的能量最少,體現了最短路徑原則。
二是相似性聯想。湯川秀樹的定同理論認為,聯想能力就是找出事物彼此相似性的創造力,相似性是指事物間的內在聯系。
要用計算機系統來輔助設計師從自然界中發現形態各異的事物的相似性是很困難的,因此本文只研究從機械產品實例中挖掘相似性,以促進機械創新設計。
機械設計過程是從功能要求到作用原理,再到物理結構的映射過程[1]。在CBR系統中,功能要求、作用原理與物理結構可作為實例索引,因此可統稱它們為索引項目。同一索引的不同類索引項目之間的聯想可稱為縱向聯想,而不同索引的同類索引的聯想可稱為橫向聯想。
判斷聯想是否合理的依據是相似性,相似性由已有產品實例確定。比如,「超聲波研磨機產品實例」使「超聲波振動」作用原理與「研磨」功能要求縱向地產生了內在聯系;又如,多種產品實例可滿足同一功能要求,那麼它們用於實現該功能的作用原理及物理結構具有相似性。
功能要求是聯想的起點,經驗豐富的設計師通常記憶有大量的設計實例,因而掌握縱向及橫向相似性,所以能迅速地進行橫向及縱向的聯想,能觸類旁通,得出具有相似作用原理及物理結構的實例(簡稱相似實例)並進行組合優化,最後得到最優解。
這兩項原則已被多種設計方法不自覺地採用了,基於實例推理不但能迅速接近最優解,體現最短路徑原則;物場分析法(簡稱TRIZ)分析了上百萬設計實例,確定功能要求與作用原理及物理載體的內在聯系,以及不同作用原理或物理載體的可替代關系,使設計師可根據功能要求找到適當的作用原理及物理載體,體現相似性聯想原則。
2 計算機輔助創新設計系統
兩項創新設計思維原則充分體現在計算機輔助創新設計系統的設計中,系統還利用了多種創新設計方法及人工智慧技術。計算機輔助創新設計系統的流程如圖1所示,它包含如下關鍵技術:
2.1 實例檢索
利用基於實例推理(CBR)技術時首先要深入研究它的優缺點。CBR是一種以實例為知識載體的知識供應方法。當前它仍有如下不足:首先,系統為了達到實用通常建立龐大的實例庫,這導致管理困難,系統運行效率低;其次,通過檢索得到的只是一個或很少實例,而其它不符合檢索要求但含有適用知識的實例沒有利用,支持創新的力度不夠;最後,實例調整嚴重依賴領域知識,難度大,所以很多CBR系統簡化為實例檢索系統[2]。導致這三項缺點的深層原因是實例是獨立的,不同實例所蘊含的知識難以組合利用。為了克服這個矛盾本文提出通過相似性聯想找出相似實例,並利用遺傳演算法進行組合優化,實現實例知識的重用。
本系統的實例檢索功能用商品化PDM系統IMAN中的產品結構與配置管理功能及搜索功能來實現,實例的可視化表示與管理依靠IMAN的產品結構樹功能實現。
2.2可視化的實例模型表達及矛盾分析
概念設計技術的發展方向為研究一種統一的設計方案表達方法[3]。文獻[4]對日本學者吉川弘之提出的FBS圖進行擴充,使用兩個框架分別描述一個設計方案的功能層次與結構層次,並存儲功能單元與結構單元的對應關系,使計算機理解產品的結構及其功能。這種方法的缺點是結構與功能的關系不夠直觀,因此本系統在功能層次圖與結構層次圖的基礎上增加功能關系圖,以語義網路的方式描述結構及之間的作用關系,使結構與功能處於同一張圖中,設計者可直觀地理解產品原理,根據功能關系圖並運用價值工程方法分析實例存在的矛盾。
實現創新的關鍵是正確分析產品中所存在的矛盾[5]。產品設計中的基本矛盾是產品功能成本比不能滿足用戶要求,它有兩種表現形式,一是未能實現某些產品功能質量目標;二是某些功能質量得到改善而某些功能質量卻惡化。
矛盾分析結果用於指導新作用原理、新物理結構的聯想,進而找出相似實例。
2.3基於WEB的創新設計知識庫
本系統的創新設計知識庫包括作用原理庫、物理結構庫與實例庫。當系統根據相似性搜索到新作用原理或物理結構後,相應的實例自動調出。
作用原理庫與物理結構庫的開發借鑒了TRIZ的成果,再針對機械領域補充整理出二百四十餘種作用原理(其中包括五十餘種基本措施)。在每種作用原理下分別存儲多種物理結構,形成物理結構庫。實例庫主要針對幾種常見的家電產品進行開發。
創新設計知識庫是創新設計系統的核心部件,它是一種WEB文本知識庫,文本經過筆者開發的機械知識XML標記處理,使知識庫建立在國際標准XML文本之上,因此可實現知識資源的異地共享,並且在此知識庫之上可建立基於WEB的機械產品計算機輔助創新設計系統,滿足異地協同設計的需要。
2.4相似性的量化方法及改進的遺傳演算法
每種產品的結構不同,需要不定相同的遺傳演算法編碼。本系統為了提高運行效率,採用浮點數編碼方式。
在傳統的遺傳演算法中,初始群體是通過用隨機的方法來產生的[6],這具有一定的盲目性。因此本文提出利用實例的作用原理或物理結構的相似性作為篩選實例產生初始群體的依據。
實現該途徑的關鍵在於相似性的量化也即相似度的計算方法。相似度實質是實例的關聯知識,必須以一定的演算法在實例集合中挖掘得到。縱向聯想的相似度實質是功能目標與實現手段的關系程度,橫向聯想的相似度實質是實現手段的可替代關系程度。相似度越高意味著得到已有產品實例的更多支持。根據相似度來篩選初始群體就等於利用以前的設計經歷,使初始群體的產生有合理的基礎,因此能加快遺傳演算法的收斂。本文根據相似性聯想原理提出如下縱向及橫向聯想的相似度計算方法。
設產品實例集合為C,功能元素集合為F,作用原理或物理結構元素集合為G。分別記為:C={Ci|i=1,2,…,n}; F={Fj|j=1,2,…,m}; G={Gk|k=1,2,…,q}。實例集合中的實例Ci以不同的隸屬度uij及uik分別隸屬於Fj及Gk。 設元素Gk到元素Fj的縱向聯想相似度為rkj,則:
rkj =
又設G空間中有元素Gk和Gm。實例Cji分別以隸屬度uik和uim隸屬於元素Gk和Gm,設從Gk到Gm的橫向聯想相似度為rkm,則:
rkm =
隸屬度作為實例對象的一項屬性來存儲。系統根據以上演算法從實例集合中挖掘相似度知識,輔助設計師從相似度較高的方向進行聯想,並用於指導遺傳演算法初始群體的產生,從而促進設計創新。
3 結論
本文研究創新設計思維規律並用於指導機械產品創新設計系統的開發,系統的成功應用證明了關於創新設計思維規律論斷的正確性以及多種新技術的可行性。系統可通過矛盾分析與聯想,搜索到適用的作用原理、措施、物理結構及實例以解決矛盾,完成概念設計階段的功能優化與原理優化,是實現機械廣義優化設計方法的新成果。
㈨ 創造學結課論文
創新要有什麼樣的條件?——關於培養創新人才的一些想法
我把學會表達和交流看得很重,認為這也是最基本的「基礎」。因為現代社會無論做成一件什麼事,都要與人合作,與人共事,就要組織。這就是要把自己的想法告訴大家,使大家明白,並同心協力一起去做。北大總結過一位優秀博士生的經驗,他畢業後一年多就被中科院研究所聘為正研究員,不久又被國外大學聘為教授,是很出色的。他在學習中不但求知如渴,而且善於學習,一個重要方面就是善於請教人、與人打交道,動員了很多人為完成自己的任務出力。這是很聰明的。這里,一要有好態度,真誠虛心,不怕丟面子;二要有交流技能。很多中國學生這方面表現比較差,我們的知識分子也好不了多少。在學校里組織交叉學科項目是很困難的。一個重要原因就是不同學科、行業的人不願交流,不善交流,「語言」不通,互相看不起。我這里所說的「語言」,是指「行語」。比方學物理的叫光的「偏振」,學地質的叫「偏光」,學物理的就會看不起學地質的,說是「概念不清」。對學者,這是最大的「帽子」,其實是語言不通。不同專業的人思維方法、治學方法和看問題的角度都不盡相同,這也可說是文化不同。要做好跨學科合作,就要大家學會「跨文化交流」。這種跨文化交流有利於打破人的思維定勢,促進創新。
21世紀是國際化的世紀,要走出國門,進行國際交流,沒有外語能力不行。現在大家都很重視外語了。我覺得,學外語還是取得創新思維的一個重要手段。語言是思想的載體。只會一種語言,就只能用一種方法思考。用不同語言思維,腦子里的活動區也不同。北大有一位老院士,去世前腦子患病,用漢語不會說話了,卻還能用英語表達意思。可見漢語和英語在腦子里是兩個不同區域操作的。用雙語教學出來的孩子比較聰明,其道理可能就在這里。前一段時間聽說美國學生不想學外語,有的學校也不重視外語,認為用英語就可走遍天下。我就想,美國人大概就要衰落了,因為他博採各種文明的優勢要丟失了。但是,美國人還是很聰明的。最近,美國高教協會對美國大學生提出要求,強調要掌握英語和第二種語言,要學會多元文化的交流和對外來文化的了解。看來美國非常重視這種優勢。
我還把數學和計算機工具看成是表達和交流的重要手段。數學不僅是處理數量關系的科學,而且是使任何學科和思維精密化的重要手段。馬克思說過:「一種科學只有成功地應用數學時,才算達到真正完善的地步」。21世紀數學將會滲透到各種學科。而計算機更是信息化時代的必要工具,不會計算機等於文盲。
以上是說創新的基本基礎。這些基礎不打好,談不上創新。
其次,要學會創新的思維方法。思維方法是分析問題和解決問題能力的主要方面。現在有很多「創造學」、「創新學」方面的書籍,在討論創新思維問題;還有許多生理心理研究,在探索腦功能開發問題。這些對培養學生的創新思維都會有幫助,是十分必要的。開設一些這類課程對學生進行有關思維教育也是有用的。但我總覺得,培養正確思維最主要還是靠思維的實踐。知道邏輯思維、形象思維、發散思維、求異思維等等名詞,讓學生有些思維科學意識,自覺地運用這類思維方式去思維當然很好。而根本的還是要從各學科科學家是如何成功地在具體探索科學規律的實例中來啟發學生進行科學的思維,並且以解決各學科的實際問題來訓練學生正確的科學思維。從這個意義上說,學會正確思維也是「學習」的一個主要內容。
第三,要學會選擇。人生道路上關鍵時刻的選擇合適與否對一個人的事業成就至關重要。要是當年居里夫人去從事理論研究,楊振寧去搞實驗,大概他們不會有後來這樣的偉大成就。做科研,選題恰當就是成功的一半。選擇並非易事,起碼要做到「知己知彼」。「知己」就是對自己的興趣、愛好、特長、優勢及弱點有清醒的認識;「知彼」就是對被選擇的對象有明白的了解,還要對社會、國家發展的走勢有大致的認識。選擇適當就能發展自己的個性,發揮自己的特長優勢,而這是創新的一個重要條件。為此,學校要提供給學生廣泛選擇的自由和條件。「學分制」就是為學生創造多種多次選擇的機會,使他們能夠充分發展個性,發揮聰明才智。「多次」是因為「學會選擇」有個過程,允許失誤。在學校里失誤還可補救,到社會上,一次失誤就無法挽回了,學校是選擇的實習場所。學校還要提供導師給以輔導和幫助。幫助學生選擇是個性化學習的重要一環,對學生的長遠發展很有影響。
第四,要培養提出問題的能力。我國高等教育的培養目標一直只提「培養分析問題和解決問題的能力」,而不提「提出問題的能力」。我曾經挖苦地說,這是「仆從教育」而不是「主人數育」。主人提出問題,仆從去解決就是了。科學創新首先就要能發現問題,敢於提出問題。提問題是不容易的:一要提中要害,切中關鍵,這個問題一解決,一大批問題就迎刃而解,從而推動科學的大步前進;二要提得恰當、及時,已經准備了必要的條件,到了可以解決的時候。屈原在「天問」中提出了一百多個自然和社會問題,卻根本不能去解決,就不能算科學,只是詩人浪漫的想像。所以,學校要創造讓學生敢於和善於提出問題的環境。我們這輩人在精力最旺盛的時候,是處在「勇於接受任務,拚命完成任務」的環境中,卻自己從來不提出任務。對於一個科學工作者,這是致命的。我自己就深感這種缺陷。擺在當代中國青年面前的是要發揚首創精神,就不能光聽別人安排了。