生物信息学
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生物信息学概念与主要内容生物信息学是一门交叉学科,它综合运用了生物学、计算机科学、数学和统计学等多个学科的理论和方法,来研究和分析生物分子(如 DNA、RNA 和蛋白质)的结构、功能、演化以及它们之间的相互关系。
生物信息学的主要内容包括以下几个方面:1. 基因组学:基因组学是生物信息学的核心领域之一。
它涉及基因组的测序、组装、注释和比较分析。
通过基因组学的研究,可以了解生物体的基因组结构、基因功能、基因表达调控等信息。
2. 转录组学:转录组学关注的是转录水平上基因表达的研究。
它包括对 RNA 转录本的测序、表达量分析、差异表达基因的鉴定等。
转录组学有助于理解基因在不同条件下的表达模式和调控机制。
3. 蛋白质组学:蛋白质组学研究蛋白质的表达、结构、功能和相互作用。
它包括蛋白质的鉴定、定量分析、蛋白质-蛋白质相互作用网络的构建等。
蛋白质组学对于揭示蛋白质的功能和生物学过程具有重要意义。
4. 生物信息学算法和工具:生物信息学涉及到大量的数据处理和分析,因此需要开发各种算法和工具来处理和解读生物数据。
这些工具包括序列比对算法、基因注释工具、蛋白质结构预测算法等。
5. 数据库和知识库:生物信息学依赖于各种生物数据库和知识库,这些数据库存储了大量的生物分子数据、文献信息和实验结果。
例如,基因组数据库(如 GenBank)、蛋白质数据库(如 PDB)等。
6. 系统生物学:系统生物学是将生物信息学与系统科学相结合的学科领域。
它旨在研究生物系统中各个组成部分之间的相互作用和调控机制,从而构建生物系统的模型和网络。
总的来说,生物信息学为生物研究提供了强大的计算和数据分析工具,帮助科学家更好地理解生物分子的结构、功能和相互关系,进而推动生命科学的发展。
生物信息学简介
生物信息学简介
生物信息学是一门研究生物学和计算机科学的交叉学科,旨在将生物学和计算机技术应用到生物学研究中,在生物学研究中发挥作用。
它被用来挖掘和整理大量生物学数据,从而更好地理解基因表达、蛋白质互作、DNA和RNA测序、生物系统学研究等生物学内容。
它已被广泛应用于人类基因组学、蛋白质结构预测、比较基因组学、药物设计和疾病预测等研究领域。
生物学信息学中的主要研究内容包括基因组分析、测序技术、数据挖掘、蛋白质结构预测等,其中包括分子序列比较、计算机模拟、生物信息管理等。
基因组分析是指从生物体的基因组序列中确定基因及其相互作用的过程。
基于对基因组序列的分析,可以确定基因的结构、功能和表达。
测序技术是指从基因组中提取出 DNA 序列信息的方法。
它包括基因测序和蛋白质测序,涉及到大量的生物学分析技术,比如多种实验方法和计算机模拟技术。
数据挖掘是由多个数据库提供支持的复杂分析策略,其中包含多种数据挖掘工具和多种特定主题的数据挖掘技术,如基因功能分析、蛋白质结构分析、药物毒性分析等。
它涉及到大量的数据库搜索、数据挖掘和数据结构分析等方法。
蛋白质结构预测是从蛋白质序列信息中推断出蛋白质的空间结构和功能的过程。
它基于蛋白质的序列信息,利用计算机模拟方法来预测蛋白质的空间结构和功能。
总之,生物信息学是一门研究将生物学和计算机技术应用于生物学研究的学科,它涉及到多种研究内容,比如基因组分析、测序技术、数据挖掘和蛋白质结构预测等。
它为生物学研究提供了重要的支持,同时也是未来生物学研究的重要方向。
生命科学中的生物信息学生命科学是现代科学中极其重要的一个分支,而生物信息学则是近年来出现的新兴学科。
生物信息学是指运用计算机科学、数学和统计学等知识,对生物信息进行分析、处理和解释的学科。
生物信息学在各个生命科学领域中都有着广泛的应用,尤其是在基因组学、蛋白质组学和药物研发领域中发挥着极其重要的作用。
一、基因组学基因组是指生物所有基因的集合,是生物的遗传基础。
而基因组学则是通过对基因组进行分析、比较、注释等手段,探究基因组功能和遗传规律的学科。
生物信息学在基因组学中发挥着重要的作用。
通过对基因序列进行分析,我们可以确定基因的位置、功能和相互关系。
同时,生物信息学还可以帮助我们对不同物种之间的基因组差异进行比较研究,从而进一步探究基因的起源、进化和功能。
基因组学的发展,带动了生物信息学的飞速发展,两者相互促进,不断推动着生命科学的发展。
二、蛋白质组学蛋白质是生物体内最为重要的分子之一,其功能涉及到生命活动的各个方面。
蛋白质组学则是研究生物体内所有蛋白质的集合及其功能的学科。
生物信息学在蛋白质组学中也有不可替代的作用。
通过对蛋白质序列进行分析,我们可以预测蛋白质的三维结构和功能;同时,生物信息学还可以对蛋白质互作网络进行建模和分析,从而揭示出蛋白质在生命活动中的作用和机理。
三、药物研发药物研发是利用化学、生物学和药学等学科的知识,开发新药或改进现有药物的过程。
药物研发需要通过大量的化合物筛选、计算机分析和实验验证等环节,才能最终获得新药物。
而生物信息学则可以帮助药物研发领域更加高效地进行药物筛选和优化等工作。
通过对靶点进行预测和分析,可以更好地选择化合物,提高筛选效率;而通过对药物代谢和毒性进行预测和模拟,可以避免药物开发的潜在风险。
总之,生物信息学在生命科学中的应用日益广泛,为生命科学研究提供了新思路和新方法。
未来,随着计算机技术的不断进步和生命科学的不断发展,生物信息学必将发挥更加重要的作用,推动生命科学的发展和进步。
生物信息学意义摘要:1.生物信息学的定义和背景2.生物信息学的研究领域和应用3.我国在生物信息学领域的发展4.生物信息学对医学、农业和环境的影响5.生物信息学的发展趋势和挑战6.总结与展望正文:生物信息学是一门研究生物大分子数据和生物信息的学科,它涉及数学、计算机科学、生物学等多个领域。
在当今生物科学的研究中,生物信息学发挥着越来越重要的作用。
1.生物信息学的定义和背景生物信息学作为一门交叉学科,主要研究生物大分子(如DNA、蛋白质)的结构和功能,以及生物体内的相互作用。
随着基因组学、蛋白质组学等研究的深入,生物信息学应运而生,为生物科学家提供了强大的数据分析工具。
2.生物信息学的研究领域和应用生物信息学的研究领域广泛,包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等。
在这些领域中,生物信息学发挥着数据挖掘、信息分析、模型构建等重要应用。
3.我国在生物信息学领域的发展我国在生物信息学领域取得了世界领先的成果,例如完成了人类基因组计划的中国部分,以及一系列重要的基因组和蛋白质组项目。
此外,我国还积极推动生物信息学技术的产业化,为医药、农业等领域提供支持。
4.生物信息学对医学、农业和环境的影响生物信息学在医学领域的应用主要体现在基因组医学、个性化治疗等方面。
通过生物信息学分析,可以发现与疾病相关的基因变异,为临床诊断和治疗提供依据。
在农业方面,生物信息学有助于研究作物基因组的结构和功能,提高产量和抗病性。
此外,生物信息学在环境保护方面也发挥着重要作用,例如通过分析微生物群落结构,评估生态系统的健康状况。
5.生物信息学的发展趋势和挑战随着大数据技术的发展,生物信息学在未来将更加注重数据挖掘和人工智能的应用。
同时,生物信息学面临着诸多挑战,如数据质量、算法的准确性和计算能力等。
此外,生物信息学的伦理和法律问题也日益受到关注。
6.总结与展望生物信息学作为一门具有重要意义的学科,为生物科学研究和应用提供了强大的支持。
第一章生物信息学及主要内容?生物信息学是生物和信息技术的结合,这一学科包括了用来管理、分析和操作大量生物数据集的任何计算工具和方法。
生物信息学主要由哪三个组成部分?生物信息学主要由三个组成部分:1•建立可以存放和管理大量生物信息学数据集的数据库;2•开发确定大数据集中各成员关系的算法和统计方法;3•使用这些工具来分析和解释不同类型的生物数据,包括DNA, RNA和蛋白质序列、蛋白质结构、基因表达以及生化途径。
数据采集的方法及原理?一、DNA测序一一全自动的链终止反应原理:DNA测序是采用全自动的链终止反应完成得,这一技术通过加入限量的双脱氧核苷酸来产生有特定终止碱基的嵌套DNA片段,共有四种反应,每个碱基分别带有不同的荧光标记,DNA片段通过聚丙烯酰胺凝胶电泳分离,当每个片段移动到凝胶的末端时可以通过扫描仪读取序列。
二、基因组测序一一霰弹测序法、克隆重叠群的方法原理:霰弹测序法:随机打碎大DNA分子,通过很多测序反应来覆盖整个分子,完整的序列通过使用计算机搜索重叠区来重新拼接克隆重叠群的方法中,DNA片段用推理的方法亚克隆,并且进行系统的测序直到整个序列完成。
三、RNA测序一一生化实验、磁核共振谱(NMR)、质谱技术(MS)原理:对已改变的核酸进行化学识别四、蛋白质测序一一质谱技术原理:质谱技术可准确测定真空中离子分子质量/电荷比来计算精确的分子质量。
存储在GenBank中DNA序列的类型?DNA序列存储在GenBank等数据库中,一般可以分为3类:基因组DNA、cDNA、重组DNA 基因组测序的策略?完整基因组的测序,首先必须把基因组分成更小的片段,再对每个片段进行单独测序。
将短的读段拼接成基因组序列有两种策略。
1、霰弹测序法:随机打碎大DNA分子,通过很多测序反应来覆盖整个分子,完整的序列通过使用计算机搜索重叠区来重新拼接,这个方法可以快速产生大量的序列数据,但是填补最后gap(空位)时比较困难,这个过程称为结束阶段。
生物信息学生物信息学是植物学、生物学、化学、数学、计算机科学等多学科交叉的一个新兴学科,其主要研究内容是如何获得、存储、传输、分析和应用生物信息数据。
生物信息学涉及到生物信息的采集、整合、处理、分析和应用等多个方面,包括大量生物数据的处理、生成和管理,数据的挖掘、重建和应用,基于计算机辅助的生物数据分析和建模等。
一、生物信息学的基本概念1. 生物信息学:是指将计算机科学、生物学、统计学、数学和物理学等多学科交叉的技术,用于对生物学数据进行收集,整合,存储,分析和模拟等。
2. 生物数据:是指在基因组、转录组、蛋白质组、代谢组、细胞组等层次,通过实验技术获得的关于生物的各种信息,包括基因序列、蛋白质序列、代谢产物组成、RNA表达水平等的各种数据。
3. 生物数据库:是指在系统地整合和存储生物数据的基础上为生物信息学研究提供的数据资源。
生物数据库一般包含了基因、蛋白质、代谢产物、表观遗传学等方面的数据,主要用于生物信息学的数据挖掘和分析。
4. 生物信息学技术:是指将生物数据通过计算机技术进行处理、分析和建模的技术手段。
包括基于算法的生物序列分析技术、分子建模和仿真技术,基于数据挖掘的分析技术、图像分析等。
二、生物信息学的发展历程生物信息学的发展历程可以从20世纪50年代开始,当时人们通过研究DNA、RNA和蛋白质的结构,探索生物学以及分子生物学的基本问题。
19世纪70年代到80年代,开始有科学家通过计算机分析生物序列数据,这是生物信息学的萌芽阶段;90年代,信息技术大爆发,计算机性能的不断提升奠定了生物信息学发展的基础,同时,国际人类基因组计划的启动和完成,也推动了生物信息学领域的迅速发展。
近年来,生物数据的爆炸式增长和高通量测序技术迅速发展,使得生物信息学成为一个新兴的领域,其研究范围涵盖了全球相关领域的学者。
三、生物信息学在生物学领域的应用1. 生物序列分析:通过处理生物序列数据,研究生物学中基因结构、调控、蛋白质结构和功能等基础方面,以及富含信息内容的非编码RNA和代谢物等,目前已成为一个成熟的技术。
什么是生物信息学生物信息学是一门综合性的学科,是应用计算机、数学、物理、化学、生物学等学科知识,研究生命系统中信息的采集、存储、管理、处理、分析、应用和传播的一门学科。
它是以高通量技术、计算机辅助技术和统计学方法为基础,研究生物学信息的获取、处理和应用,为生命科学的研究和应用提供支持和服务。
生物信息学涉及的范围非常广,包括基因组学、蛋白质组学、代谢组学、表观基因组学、转录组学、系统生物学等多个方面。
生物信息学的发展始于20世纪70年代,并在21世纪经历了爆发式的发展,随着人类基因组计划等生物学研究的迅速发展,生物信息学逐渐成为生命科学领域中的重要分支和研究热点。
生物信息学通过从大量的生物学数据中提取信息,探索诸如基因功能、蛋白质相互作用、新药开发、疾病诊断和治疗、生命演化等诸多方面的问题。
生物信息学的主要研究内容包括:1.基因组学:对生物体基因组的序列和结构进行分析和解读,探究基因与性状、疾病的关系。
2.转录组学:对生物体转录产物实现高通量测序和分析,分析在不同生理和病理状态下基因的表达模式,在分子机制上研究调控基因表达的过程。
3.蛋白质组学:研究蛋白质组在不同生理和病理状态下的变化及其功能,寻找与疾病相关的蛋白质标志物,以及蛋白质相互作用、修饰和结构等方面的特征。
4.代谢组学:对生物体在代谢通路中产生的化合物进行鉴定和定量,研究代谢组在不同生理和病理状态下的变化及其与人类健康的关系。
5.系统生物学:通过对生物体多维度数据的集成分析,建立生物体系的数学计算模型,从宏观和微观两个层次深入研究生物体系的整体特征和生命规律。
生物信息学在基础研究和应用领域均有重要的意义和价值。
在基础研究方面,生物信息学可以加速基因定位、基因功能解析、进化研究等过程。
在应用方面,生物信息学可以为新药研发、疾病预测、定制医疗等提供技术支持。
生物信息学的应用还包括医学、农业、食品、环保等多个领域。
尽管生物信息学已经发展成为一门独立的学科,但与生命科学的其他领域仍存在密切的联系。
生物信息学
生物信息学是运用计算机科学和生物学结合的研究技术,用来解决生物数据的分析和探索问题。
它被用来处理大量的生物信息数据,包括基因表达、生物大分子结构和功能、活体生物研究和分子进化等。
生物信息学可以改善生物学研究的效率,成为重要研究方法和工具。
生物信息学有助于生物学家们深入理解基因工作方式、
基因工程以及其他生物学问题。
生物信息学在医学和生命科学研究中发挥了重要作用,因为它可以帮助医生临床以及治疗研究开发新药和新技术。
它也可以为农业提供帮助,设计出新的品种,这些品种能够抵御病虫害,从而增加农产品的产量。
生物信息学由许多不同的技术组成,包括遗传学分析、
生物统计学、计算机科学、图像处理和自然语言处理等。
这些技术被用来解决各种生物学问题,提供信息支持,以及支持生物数据挖掘,帮助研究人员发现新的知识。
生物信息学正在赋予我们崭新的看法和内在认知,通过
其丰富的实践和研究,将对于所有生物学领域产生重要的改变和应用。
生物信息学概论
生物信息学是一门生物学、计算机科学和统计学交叉的新兴学科,利
用计算机科学、统计学和生物学等领域的技术手段,研究生物学中的信息
问题。
生物信息学的发展得益于计算机技术的迅速发展和基因组学的大规
模进展,是推动生命科学发展和实现个性化医学的关键技术之一。
生物信息学的研究内容主要包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、
代谢组学、系统生物学和生物信息学软件等方面。
其中,基因组学是生物
信息学的核心内容,研究的是基因组的结构、功能和进化等问题。
转录组
学是研究基因的转录和表达的分子生物学学科,蛋白质组学是研究所有蛋
白质的表达和功能,代谢组学研究的是生物体内代谢产物的组成和代谢活动。
系统生物学则是研究生物体系统级的调控规律和功能。
生物信息学也是个充满挑战和机遇的领域。
生物物种之间的差异和基
因组的复杂性,给生物信息学的研究和应用带来了很大的挑战。
目前生物
信息学面临着数据管理、数据标准化、数据挖掘和信息整合等方面的挑战。
同时,在生物信息学应用中,还有重要的伦理和法律问题等等。
总之,生物信息学不仅是一个新兴专业,也是生命科学与计算机科学、统计学等交叉领域的典型代表,它将成为解决许多生命科学研究的重要工具,对医学、农业等领域的发展也将产生深远影响。
生物信息学邱萌琳11216108一、定义与简介生物信息学(Bioinformatics)是研究生物信息的采集、处理、存储、传播,分析和解释等各方面的学科,也是随着生命科学和计算机科学的迅猛发展,生命科学和计算机科学相结合形成的一门新学科。
它通过综合利用生物学,计算机科学和信息技术而揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘。
二、经历阶段前基因组时代(20世纪90年代前)这一阶段主要是各种序列比较算法的建立、生物数据库的建立、检索工具的开发以及DNA和蛋白质序列分析等。
基因组时代(20世纪90年代后至2001年)这一阶段主要是大规模的基因组测序,基因识别和发现,网络数据库系统地建立和交互界面工具的开发等。
后基因组时代(2001至今)随着人类基因组测序工作的完成,各种模式生物基因组测序的完成,生物科学的发展已经进入了后基因组时代,基因组学研究的重心由基因组的结构向基因的功能转移。
这种转移的一个重要标志是产生了功能基因组学,而基因组学的前期工作相应地被称为结构基因组学。
三、生物信息学发展简介生物信息学是建立在分子生物学的基础上的,因此,要了解生物信息学,就必须先对分子生物学的发展有一个简单的了解。
研究生物细胞的生物大分子的结构与功能很早就已经开始,1866年孟德尔从实验上提出了假设:遗传因子是以生物成分存在,1871年Miescher 从死的白细胞核中分离出脱氧核糖核酸(DNA),在Avery和McCarty于1944年证明了DNA是生命器官的遗传物质以前,人们仍然认为染色体蛋白质携带基因,而DNA是一个次要的角色。
1944年Chargaff发现了著名的Chargaff规律,即DNA中鸟嘌呤的量与胞嘧定的量总是相等,腺嘌呤与胸腺嘧啶的量相等。
与此同时,Wilkins与Franklin用X射线衍射技术测定了DNA纤维的结构。
1953年James Watson 和FrancisCrick在Nature杂志上推测出DNA的三维结构(双螺旋)。
生物信息学笔记摘要:1.生物信息学的定义与背景2.生物信息学的研究内容3.生物信息学的应用领域4.生物信息学的发展趋势与挑战正文:生物信息学是一门跨学科的科学,它结合了生物学、计算机科学、信息工程和统计学等多个领域。
随着生物技术的发展,生物信息学应运而生,它在基因组学、蛋白质组学等领域发挥着重要作用。
生物信息学主要研究生物大分子(如DNA、RNA 和蛋白质)的结构、功能和相互作用。
具体来说,生物信息学关注以下几个方面:1.基因序列分析:通过对基因序列的比对、拼接和注释,研究者可以了解基因的结构、功能和表达规律。
2.蛋白质结构预测:通过计算机模拟和模型构建,预测蛋白质的三维结构,从而揭示其功能和作用机制。
3.生物通路分析:整合多个生物体的基因组、转录组和蛋白质组数据,揭示生物体内的基因调控网络和信号通路。
生物信息学在多个领域具有广泛的应用价值,例如:1.药物研发:通过生物信息学方法,研究者可以筛选靶点基因和药物作用机制,从而加速新药的研发和上市。
2.基因诊断:利用生物信息学技术,研究者可以分析个体的基因信息,为疾病的早期诊断和精准治疗提供依据。
3.基因编辑:结合生物信息学和基因编辑技术,研究者可以实现对特定基因的敲除、敲入和替换,为遗传病的治疗提供可能。
尽管生物信息学取得了显著的进展,但仍面临着许多挑战和发展趋势:1.数据量的增长:随着高通量测序技术的普及,生物信息学研究中涉及的数据量急剧增长,给数据处理和分析带来了巨大的挑战。
2.人工智能的融合:深度学习等人工智能技术在生物信息学领域得到了广泛应用,有助于提高分析的准确性和效率。
3.跨学科的合作:生物信息学研究涉及多个学科,需要生物学家、计算机科学家和统计学家等不同背景的研究者共同合作,推动生物信息学的发展。
总之,生物信息学是一门充满活力和前景的学科,它为生物学研究提供了强大的支持,并在多个领域发挥着重要的应用价值。
1.生物信息学(广义)生物体系和生命过程中信息的存贮、传递和表达,细胞、组织、器官的生理、病理、药理过程中的各种信息,是生命科学中的信息科学。
概念(狭义)生物分子信息的获取、存贮、分析和利用生物分子数据+计算机分析2. 生物分子至少携带着三种信息:遗传信息,功能相关的编码信息,进化信息3. 息生物分子信息的特征①生物分子信息数据量大②生物分子信息丰富而复杂③生物分子信息之间存在着密切的联系模体:在许多蛋白质分子中,可发现两个或三个具有二级结构的肽段,在空间上相互接近,形成一个特殊的空间构想,被称为模体。
4. 生物信息学主要研究内容①生物分子数据的收集与管理②数据库搜索及序列比较③基因组序列分析④基因表达数据分析与处理⑤蛋白质结构与功能预测⑥代谢途径分析与解析5.生物信息学的意义①认识生物本质:了解生物分子信息的组织和结构,破译基因组信息,阐明生物信息之间的关系。
②改变生物学的研究方式:改变传统研究方式,引进现代信息学方法③在农业和医学上的重要意义:精确调控,改造生物,确保食品安全;疾病的精准诊断和治疗,提升健康水平。
6. 基因组数据库:DDBJ,EMBL,GenBank,蛋白质序列数据库:PIR,SWISS-PROT,蛋白质结构数据库:PDB7. 比对(Alignment),即将两个序列的各个字符(代表核苷酸或者氨基酸残基)按照对应等同或者置换关系进行对比排列,其结果是两个序列共有的排列顺序。
对两个序列的相似程度进行定性描述。
多重序列比对:研究多个序列的共性。
序列的多重比对可用来搜索基因组序列的功能区域,也用于研究一组蛋白质之间的进化关系。
搜索同源序列:通过序列比较寻找相似序列8. 蛋白质结构与功能预测?蛋白质的生物功能由蛋白质的结构所决定,蛋白质结构预测成为了解蛋白质功能的重要途径。
蛋白质结构预测分为:二级结构预测,空间结构预测。
9.生物信息学的方法和技术①数学统计方法②动态规划方法③机器学习与模式识别技术④数据库技术及数据挖掘⑤人工神经网络技术⑥专家系统⑦分子模型化技术⑧生物分子的计算机模拟⑨因特网(Internet)技术1.生物分子数据库应满足:①时间性②注释③支撑数据④数据质量⑤集成性⑥非冗余性2.数据库分为一级数据库,二级数据库一级数据库:直接来源于实验获得的原始数据,只经过简单的归类、整理和注释。
生物信息学笔记摘要:1.生物信息学的概念及发展历史2.生物信息学的研究领域3.生物信息学的主要应用4.生物信息学的意义和前景正文:生物信息学是一门跨学科的科学,涵盖了生命科学、计算机科学以及相关领域。
其核心目标是研究和解决生物学问题,利用计算机技术和信息技术对生物数据进行处理、分析和挖掘,以获取生物学知识。
本文将简要介绍生物信息学的概念、发展历史、研究领域、主要应用以及意义和前景。
一、生物信息学的概念及发展历史生物信息学一词起源于20世纪50年代的分子生物学领域,随着DNA结构的揭示和分子生物学的发展,科学家们开始利用计算机技术来处理和分析生物学数据。
自那时以来,生物信息学逐渐成为一门独立的学科。
在其发展过程中,生命科学、计算机科学以及其他相关领域的交叉融合为生物信息学的发展提供了源源不断的动力。
二、生物信息学的研究领域生物信息学的研究领域广泛,包括分子生物学与细胞生物学、生物物理学、脑和神经科学、医药学、农林牧渔学、分子和生态进化等。
这些领域相互交织,共同推动生物信息学的发展。
三、生物信息学的主要应用1.生物信息学数据库:数据库建设、数据库整合和数据挖掘。
2.序列分析:序列比对、基因序列注释。
3.其他主要应用:比较基因、基因功能预测、蛋白质结构预测等。
四、生物信息学的意义和前景生物信息学在生物学研究中的应用越来越广泛,对于解析生物学问题、揭示生物学规律具有重要意义。
随着基因组学、蛋白质组学等组学技术的发展,生物信息学在生物医学、农业、环境保护等领域发挥着越来越重要的作用。
在未来,生物信息学将继续发挥着关键作用,为生命科学研究提供强大的支持。
总之,生物信息学作为一门交叉学科,在生命科学和计算机科学等领域具有重要地位。
它的发展推动了生物学研究的进步,为人类解决一系列生物学问题提供了新的思路和方法。
第一章序论1、生物学数据的特点:海量、复杂(A生物体的结构与功能以及生命活动过程本身的多样性B生物学研究的社会学原因,生物学的实验数据无标准词法、句法)2、生物信息学的概念:专指应用信息技术储存和分析基因组测序所产生的分子序列及其相关数据,也称分子生物信息学。
3、生物信息学的发展阶段:A前基因组时代B基因组时代C后基因组时代4、生物信息学的研究现状:A人类基因组B模式生物基因组5、模式生物包括:鼠、拟南芥、玉米、酵母、大肠杆菌6、生物信息学的基本方法:A建立生物数据库B数据库检测C测序分析D统计模型E算法7、生物信息学的前沿技术:A数据管理技术B数据仓库,数据挖掘与数据库的知识发现技术C图像处理与可视化技术8、我国生物信息学研究的发展方向:A建立国家生物医学数据与服务系统B人类基因组的信息结构分析C功能基因组相关信息分析D研究遗产密码起源与生物进化(尤其是分子进化)的过程与机制9、生物信息学的应用——基因组分析:A将已知基因组的序列与功能联系起来B从基于常规克隆的基因分类转向基于序列及功能分析研究的基因分类C从组织与组织之间的比较来研究功能基因组与蛋白质组D从单个基因致病序列转向多个基因致病机制的研究E以基因组与蛋白质组的结构与功能关系来预测三级结构与功能,并从三级结构与功能反推可能的序列。
第四章人类基因组计划1. 人类基因组计划(human genome project, HGP)是美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。
美国人的贡献率最大,承担了54%,其次是英国,承担了33%,日本为7%,法国为2.8%,德国为2.2%,中国科学家承担了1%的测序任务。
(1990-2003)2. 分子生物信息数据库种类:①基因组数据库;②核苷酸和蛋白质一级结构序列数据库;③生物大分三维空间结构数据库;④二次数据库。
3. 基因组数据库:GDB和AceDB4. 序列数据库的组成:序列数据(来源:来自核苷酸和蛋白质序列测定)和注释信息(来源:一部分由计算机程序分析生成;一部分则依靠生物学家通过查阅文献资料而获得)。
5. 国际三大主要核苷酸序列数据库:EMBL (Eurpo Molecular Biology Laboratory)GenBackDDB J (DNA Date Base of Japan)6. GenBack和EMBL的数据库格式:EMBL GenBank 解释ID Locus序列名称DE(definition)序列简单说明KW Keywords 序列相关关键词OS Source 序列来源得物种名OC Organism 序列来源物种学名和分类学位置RT Title 相关文献题目RL Journal 杂志名,作者单位SQ Base Count 碱基种类统计数7. 常用蛋白质序列数据库:(1)PIR(Protein informationResource)美,日,德合作的机构;(2)SWISS-PROT 和TrEMBL数据库瑞士日内瓦大学创建,目前由SBI和EBI共同维护。
8. PIR的构成:PIR1 :序列已验证,注释最为详尽;PIR2:包含尚未确定的冗余的序列;PIR3:尚未加以验证,也未加注释;PIR4:包括各种渠道获得的序列,既未验证,也无注释。
9. SWISS-PORT数据库最为常用,它包括:结构域,功能为点,跨膜区域,二硫键位置,翻译后修饰,突变体等。
10. 蛋白质数据库PDB(Protein Data Bank)的测定技术:晶体衍射方法和多维核磁共振溶液构象测定方法11. PDB数据库文件存放方式:文本文件方式(每个分自个用一个独立的文件)12. PDB的内容:(1)基本注释信息:包括原子坐标外、物种来源、化合物名称、结构递交者以及相关问文献等。
(2)结构有关的数据:分辨率、结构因子、温度系数、蛋白质主链数目、配体分子式、金属离子、二级结构信息、二硫键位置等。
13. 蛋白质结构分类包括的层次:折叠类型、拓扑结构、家族超家族、结构域、二级结构、超二级结构。
14. 主要的蛋白质分类数据库:SCOP和CATH。
15.SCOP(Structure dassification of Protein)分为以下七类:α型、β型、α/β型(螺旋和折叠交替出现)、α+β型(螺旋和折叠连续出现)、外结构域蛋白质、膜蛋白质和细胞表面蛋白质、小蛋白。
16.CATH分为以下四类:α为主类、β为主类、α/β类、低二级结构。
17.低二级结构:二级结构成分含量很低的蛋白质结构。
18. CATH分类数据:(1)CATH数据库的分类基础是蛋白质结构域。
(2)第二个分类依据为由α螺旋和β折叠形成的超二级结构排列方式,而不考虑它们之间的直接关系。
(3)第三个层次为拓扑结构即二级结构的形状和二级结构间联系。
(4)第四个层次为同源性,它是先通过序列比较然后再用结构比较起来确定。
19. 二次数据库:以基因组序列和结构数据库为基础,结合文献研究而开发的具有特色,便于使用的数据库。
20. 二次数据库有两个:E.coli基因组数据库和真核生物基因调控转录因子数据库。
21. Prosite数据库实际包括两个数据库文件:数据库文件Prosite和说明文件PrositeDoc.22. PA行给出功能位点的序列模式实例:[GSK]-F-X(2)-[LIVNF]-X(4)-[RKFQA]-X(2)-[RST]-X-[GA]-X-[ KN]-P-X-T可能模式:GFXXLXXXXRXXRXGXKPXT23. 蛋白质结构的二次数据库包括两种(1):蛋白质家族数据库(Families of Structurally Similar Proteins ,FSSP):蛋白质家族数据库中的蛋白质通过序列结构比对进行分类。
(2)蛋白质二级结构构象参数数据库(Pefinition of Secendary Structure of Proteins , DSSP):DSSP数据库根据PDB的原子坐标计算每个氨基酸的二级结构构想参数,包括氢键,主键和侧链二面角,二级结构类型等。
第五章数据查询和数据库搜索1数据库查询(database query):指对序列、结构以及各种二次数据库中的注释信息进行关键词匹配。
数据库搜索(database search):是指通过特定相似性比对算法,找出核酸或蛋白质序列数据库中与检测序列具有一定程度相似性的序列。
它们的区别:在生物信息学中,数据库搜索专门针对核酸和蛋白质序列数据库而言,其搜索对象不是数据库的注释信息,而是序列信息。
2.Entres数据库查询系统Entres是美国国家生物技术信息中心NCBI的Entres的使用方法:(1)进入主页/(2)检索栏填入查询内容,点击Go按钮,即可得到各种相关种数据信息(3)点击nuleotide得到序列list,选择编号查看(4)点击protein得到序列list,选择编号查看3 Entres的功能Limits(限定范围)限定输入的关键词在某个查询范围内,如编号、代码、提交日期等Preview/Index(预览查询结果)输入关键词后,只列出查询到的数据条目数,提高查询速度,初步了解查询结果,缩小查询范围Histry(查看查询记录)查看查询过程的记录Clipboard(操作剪贴板)选择所需查询结果清单list,选择to clipboard,点击send to 按钮Detail显示你的搜索策略4.几个缩写STS:测序标签位点GSS:基因组综述序列EST:表达序列标签5.Entres系统的特点:(1)使用十分方便:通过超文本链接把不同类型的数据库有机结合,实现不同类型的数据库直接转入(2)把数据库和应用程序结合在一起6.SRS是sequence retrieval system的缩写,由欧洲分子生物学实验室开发SRS主页start进入系统三种查询:快速方式、标准方式、扩展方式扩展查询的功能:Library page:数据库选择Query form:查询方式Tools:提供可用的分析工具Results:查询结果管理Projects:存储查询过程 View:显示管理7.SRS系统的特点:(1)统一的用户界面(2)高速的查询功能(3)灵活的指针链接(4)方便的程序接口(5)开放的管理模式(6)统一的开发平台8.检测序列:新测定的,希望通过数据库搜索确定其性质或功能的序列目标序列:通过数据库搜索得到的和检测序列具有一定相似性的序列9.同源性的意义具有共同祖先。
两个物种中有两个性状满足下列任一条件,就可称为同源性状:(1)它们与这些物种的祖先类群中所发现的某个性状相同(2)它们是具有祖先一后裔的不同性状10.同源序列和相似性同源序列:是指某一共同祖先经趋异进化而形成的不同序列相似性:序列比对过程中用来描述检测序列和目标序列之间相同DNA或蛋白质残基序列所占比例的高低相似性大于百分之五十,可能推测是同源序列相似性小于百分之二十,难以确定或者根本无法确定其是否具有同源性10.局部相似性和整体相似性序列比对的数学模型分为两类:第一类,整体比对(从全长序列出发,考虑序列的整体相似性)第二类:局部比对(考虑序列部分区域的相似性)11.如何选择比对模型:(1)整体相似性比对:对于高度相似序列,具有显著优势,有利于后续的蛋白质预测工作(2)局部相似性比对:对于具有相当大的保守性蛋白质功能位点比整体比对具有更高的灵敏高,其结果更具有生物学意义12.序列比对的用途:(1)用于系统发育分析:反应进化关系(2)结构预测:推测结构相似性(3)序列基鉴定:鉴定中潜在的序列和基序(4)功能预测:同源序列功能相似性13.Blast是basic local alignment search tool 的缩写,意为基本局部相似性比对搜索工具14.Blast算法的基本思路:首先找出检测序列和目标序列之间相似性程度最高的片段,并作为内核向两端延伸,以找出尽可能长的相似性序列片段15.Blast检测序列和数据库类型:Blast p检测序列为蛋白质,数据库类型为蛋白质;Blast n检测序列为核酸,数据库类型为核酸;Blast x检测序列是核酸,数据库类型是蛋白质;T Blastn检测序列是蛋白质,数据库类型是核酸;T Blastx检测序列是核酸,数据库类型是核酸16.Blast程序的选择:自己画第六章序列的同源性比较及分子的系统和分子进化分析1.分子进化研究:具有天然数量特征的氨基酸序列和核甘酸序列,加序列分析程序。
2.相似序列的获得(BLAST程序的选择):(1)BLASTp,通过比较查询蛋白质序列与蛋白质数据库中的已知序列,寻找同源蛋白质序列并推导其功能。