理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    提高酵母菌 Pichia pastoris 蛋白表達系統的重組蛋白產量
    (2010) 翁啟翔; Chi-Hsiang Weng
    酵母菌 Pichia pastoris 已被廣泛應用於外源基因的蛋白表達。此系統具有將重組蛋白分泌至細胞外的特色,又 P. pastoris 本身產生之分泌性蛋白數量少,因而可以藉由簡單的方式,直接純化培養液中的重組蛋白。然而,並非所有重組蛋白本身含有之分泌性序列皆可於 P. pastoris 系統中具有功能,目前發展出許多不同之分泌性序列用以成功將重組蛋白分泌至 P. pastoris 細胞外。故取得高產量之分泌性重組蛋白,首先則必須找尋一最合適之分泌性序列。本研究係藉由篩選九種不同的分泌性訊號序列,找尋一具有高效率的訊號序列,來提高分泌至細胞外的重組蛋白以增加產量,並以 Candida rugosa lipase 作為表達之重組蛋白,利用 lipase 活性測試來篩選出最佳之訊號序列。研究結果發現,該重組蛋白最合適之分泌性序列為來自 Gallus gallus lysozyme 之分泌性訊號序列。此結果顯示,lysozyme 之分泌性訊號序列有助於提升 C. rugosa lipase 在 P. pastoris 表達產量,其活性分析結果為 37 unit / ml,與表現量最差者相差 10 倍。同時,此篩選系統亦可應用於其他重組蛋白於 P. pastoris 系統中的表達,以提升重組蛋白之產量。
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    重組Candida rugosa脂肪酶在Pichia pastoris的表達量提升及其在生產生質柴油的應用
    (2015) 郭亭君; Ting-Chun Kuo
    脂肪酶 (lipase) 在生物技術領域中,是一種極重要且具應用潛力的生物觸媒,已廣泛被應用於食品、醫藥、清潔劑、化學合成及油脂等工業。假絲酵母 (Candida rugosa) 脂肪酶具有廣效的受質特異性,是一種重要的工業用酵素,並已廣泛地被應用於生物技術領域中,該脂肪酶的組成包含了數種性質互異的同功酶 (isoenzymes),先前的研究已將五種同功酶基因 (CRL1-5) 成功的在Pichia pastoris中表現具有活性的脂肪酶,並且證明了此五種同功酶的催化性質皆不相同。然而,在 Pichia 系統表達的脂肪酶產量尚未符合經濟效益,因此本研究選擇以CRL2 為研究目標,針對 Pichia 表達系統的轉錄、轉譯與全基因體層面設計了四個提升產量的策略,期望能提升蛋白的產量。(1) 在轉錄層面,首先我們藉由依序提高抗生素的濃度來增加LIP2 基因套數。當抗生素 Zeocin 濃度由 100 g/mL 提高至 500 g/mL,在 105 個轉型株當中,我們篩選到三個活性相較於其母株提升 2.4-5.8倍的菌株,結合低溫培養的策略,可再提升脂肪酶表達量至 32 倍,此方法可應用在提升其他四種同功酶在 Pichia 系統的產量;(2) 在轉錄層面,我們另一方面藉由隨機突變 Pichia 的 GAP 啟動子,建立一個突變庫以篩選較強的啟動子。在此策略下,我們構築一個雙同源互換的質體,利用抗生素為報導基因,成功建立啟動子篩選平台;(3) 在轉譯層面,我們希望藉由分泌蛋白胜肽 (-factor)的 mRNA 結構最適化,欲藉此提升轉譯的初始效率。透過隨機突變 -factor 的核甘酸序列但不改變氨基酸序列的情形下,我們由 1,500個突變株當中,篩選到兩個脂肪酶活性提升 1.2 倍的菌株,並且證實了突變株的5’ mRNA 結構的鍵結能量較野生株低;(4) 在全基因體層面,我們利用global transcription machinery engineering (gTME) 方法隨機突變 P. pastoris 的轉錄因子 TATA-binding protein,希望藉此改變全基因轉錄體,刺激細胞性狀改變,最後我們由 1,300個突變株當中,篩選到三個脂肪酶活性相較於野生株提升 1.5 倍的菌株。 在重組CRL2的應用方面,目前尚未有利用市售 C. rugosa 脂肪酶針對非食用性油脂進行轉酯化,成功生產生質柴油的報導。本實驗利用 P. pastoris 表達的四個重組同功酶 (CRL1-CRL4),針對非食用油進行轉酯化生產生質柴油的研究。結果顯示 CRL2 及 CRL4 對於痲瘋樹籽油轉酯化生產脂肪酸甲酯 (FAME) 有較好的催化效果。CRL2 於最適反應條件下 (50 wt% 水,初始添加1當量甲醇,24小時再追加 0.5 當量甲醇,於 37oC 下總共反應 48 小時) 可達到最大 FAME 產量 95.3%。此結果可證實 C. rugosa 單一種同功酶可當作轉化低價的痲瘋樹籽油為生質柴油的良好生物觸媒。
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    利用表達Thermomyces lanuginosus脂肪酶之重組酵母菌進行原位合成生質柴油
    (2017) 李欣蓓; Li, Hsin-Pei
    生質柴油是一種可再生且具有環保性質的替代能源,目前利用生物法生產生質柴油,大多是以固定化酵素或全細胞為觸媒,而這些生物觸媒製備繁複、價格昂貴,會增加生產生質柴油的成本和能量消耗,因此需要開發新的具有經濟效益的生物觸媒及生物催化製程。本研究開發了一種同步整合重組脂肪酶製備與原位生質柴油合成的新製程,此製程以畢氏酵母菌Pichia pastoris表達重組疏棉狀嗜熱絲孢菌脂肪酶Thermomyces lanuginosus lipase ( TLL ),直接利用含有胞外酵素及全細胞的培養液作為觸媒催化生質柴油合成,而重組P. pastoris可以利用生質柴油合成過程中所產生的副產物-甘油做為碳源,持續製造分泌重組TLL至培養基中催化生質柴油合成。我們構築了重組質體pGAPZα-TLL,在P. pastoris X33中成功表達具有活性的TLL並分泌到培養基中,分析此重組TLL性質,顯示在37℃,pH 10具有最佳的水解活性,屬於耐鹼性酵素。以此重組P. pastoris培養液為觸媒,大豆油為原料,進行原位生質柴油合成,並採用兩種不同反應流程,即同步轉酯化與酯化反應(concurrent method) 與先水解再酯化逐步反應(stepwise method),結果顯示這兩種反應流程,油相與水相(即培養液)混合的最佳體積比例相似(皆為1:3),最佳的甲醇總添加量也相似(皆為32%),但是所達到的生質柴油轉化率分別為88.9% (concurrent method) 與76.0% (stepwise method) 。我們嘗試在水相中控制添加相同菌量,即油相與培養液混合的體積比例固定為1:1,再以液體培養基調整水相體積,結果發現兩種反應流程的最佳油相與水相混合體積比例皆改變為1:5,最佳甲醇總添加量皆仍為32%,但是在生質柴油轉化率則顯著提升分別為91.4% (concurrent method) 與94.4% (stepwise method),酵素活性測試亦顯示,控制添加相同菌量的培養液中含有較高的重組脂肪酶活性。本研究結果顯示,整合型生質柴油合成的產率顯著高於非整合型,而且以油相與培養液混合比例1:1,油相與總水相混合比例1:5,並以stepwise method添加32%甲醇,反應96小時後可得最高94.4%的生質柴油轉化率。這種簡化的製程無需酵素製備的過程,故可適用於工業生產生質柴油。