目前人類基因體已完全解碼，人類已進入後基因時代，但對於這些基因所表現出的蛋白質卻仍然未能有充分的瞭解，蛋白質在細胞內扮演非常重要的角色，舉凡細胞分裂、代謝反應、訊息傳遞、基因的複製與修復、養分的運送等，都需要蛋白質分子參與反應，蛋白質分子之間透過彼此交互作，用形成複雜的蛋白質網絡，而只要其中某一蛋白質表現失衡，即有可能使蛋白質網絡受到破壞，連帶造成細胞的病變，為了研究蛋白質與疾病之關係，現已經有所謂的蛋白質體學（proteomics）之誕生，其重點偏向系統生物學，研究多種蛋白質組成的系統，往往藉由一段序列與資料庫比對來推測蛋白質的特性，並建構出蛋白質間互動之關係，此方法雖能有效的將蛋白質分類建檔，但若想從分子尺度來解釋蛋白質的功能與交互作用，勢必要從最基本的蛋白質三維結構出發，因此發展結構生物學不僅可以驗證我們假設的正確性，另外亦讓我們能從實際的分子影像歸納出合理的推測與解釋，此將加速我們對功能性蛋白質之瞭解，也將會在製藥、疾病防治、基因複製與修復上提供重要的資訊。
傳統結構生物學現今賴以使用解生物大分子的技術仍是以X光結晶繞射為主，但其困難性在於使高純度蛋白質大分子在特定環境下形成具有規律堆疊的蛋白質晶體，且此技術被人詬病的一點，就是所解出的結晶結構其實並非蛋白質分子在生理環境下之原型。所幸科學家們目前已經有辦法製備能在電子顯微鏡高真空環境下維持完全水合之原型蛋白質試片，此一新穎之技術稱為冷凍電子顯微術（Cryo-EM），此技術克服了蛋白質X光結晶繞射技術之限制。本課程將介紹Cryo-EM的技術與原理，包含3D影像重建之原理的介紹，以及其相關的應用和目前已解析出的蛋白質結構，現階段其解析度已可以達到2.4A的高解析。本課程內容將先從人類進入後基因時代談起，瞭解蛋白質結構之重要性，對致病的機制以及藥物的開發都有很重要之幫助，接著會探討負責代謝與降解的關鍵蛋白失調，會造成阿茲海默症與巴金森氏症等神經退化性疾病，輔助蛋白正確折疊的蛋白(Chaperone)其功能亦會被討論。此外，我們也會介紹各類已解出結構的各類病毒以及其致病之機制。再者，本課程還會探討離子通道之作用機制，以及瞭解G-protein與其受器結構可有助於開發各類藥物，同時我們也會討論相關重要蛋白質在人類老化問題、癌症疾病等上扮演之角色，另外蛋白質的純化表現技術也會在課程中提及。
在學術上有鑑於後基因體時代的來臨，諸多研究已走向研究蛋白質及瞭解其功能，以觀察反應與訊息路徑調控的探討與應用，這些現象的觀察皆有助於人類在醫學、工業、食品上的研發創新，但仍難以做細部的解釋與修正。所謂眼見為憑，肉眼所無法見的物質也大多難以被人所理解，唯了解其結構才能有更透徹的了解、更完整的解釋，為後續的功能性蛋白質研發鋪路。因此，發展結構生物學將有助於研究蛋白質的遺傳演化、酵素活性區的解釋與設計、癌症病變及幹細胞新生與免疫反應的機制。而目前多數的學術研究都著重在功能性的探討，鮮少有結構上的討論，主因在於傳統上仍是以X-ray結晶繞射做為生物結構學研究的方法，而曠日廢時的結晶過程加上不斷地嚐試結晶方法和結晶的多樣性是結構生物學的一大阻力。在未來的二十年，若人類的研究還停留在X-ray結晶繞射進行蛋白質結構分析，將有許多關鍵問題無法解決，拖延醫藥的發展。故本課程之設計將有助於使本校之同學，能深入瞭解新結構生物學研究的利器Cryo-EM，可以大幅縮短解蛋白質結構的時間，並能加速我們同學對功能性蛋白質進行更多之瞭解。
將涵蓋單白質體學相關之單元和主題:
1. 人類基因組解密與後基因時代
2. 解析蛋白質結構之方法與冷凍電鏡技術簡介
3. 冷凍電鏡3D蛋白質影像重建結構
4. Ubiquitin-Proteasome功能失調與神經退化性疾病之關係
5. Lon protein蛋白之結構與功能
6. Protease水解蛋白在體內扮演之角色
7. 輔助蛋白折疊的蛋白(Chaperone)與其功能
8. 各類病毒結構與病毒感染專題
9. 細胞膜與蛋白質間之作用關係
10. 細胞膜上的離子通道蛋白的運作機制與細胞電生理學
11. 分子生物學與蛋白質純化表現技術
12. G-protein與G-protein coupled receptor之結構與藥物開發
13. 大腦的藍圖&癌症與基因問題的探討—探索未知的問題
14. 核醣體功能介紹與抗生素開發
15. 端粒酶蛋白與老化問題&從基因觀點探討人類的根源
16. 老化與死亡&從基因觀點探討人類的根源