系统生物学复习资料
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1系统生物学:是在细胞、组织、器官和生物体水平上研究结构和功能各异的生物分子及其相互作用,并通过计算生物学定量阐明和预测生物功能,表型和行为。
创始人:美国Hood,1999年
2 系统生物学研究内容是什么?研究步骤是什么?
内容:1.通过众多组学尤其是基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、糖组学、相互作用组学、表型组学等,采用高通量实验技术,在整体和动态研究水平上积累数据并在挖掘数据时发现新规律、新知识,提出新概念→→湿。2.利用计算生物学建立生物模型→→干。这两个内容具体分为4个方面:系统结构的确定、系统行为的分析、系统的控制方法、系统的设计
步骤:1.对选定的某一生物系统的所有组分进行研究,构建系统模型2.系统地改变被研究对象的内部或外部条件,观测系统发生的相应变化,整合全部信息3.把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较,并对初始模型进行修订4.根据修正后的模型,设定新的改变系统状态的实验,重复2.3步,不断地通过实验数据对模型进行修订和精炼
3系统生物学的研究方法有什么?
1.整合,把系统内不同性质的构成要素或不同层次的构成要素整合在一起进行研究(自下而上,自上而下,混合策略)
2.干涉,人为的设定某种或某些条件去作用于实验对象,从而达到实验目的,必须具有系统性
3.数学建模和模拟
计算机仿真包括3个要素:系统、模型、计算机。联系这3个要素的3个基础活动:系统模型的建立、仿真模型、仿真实验
模型:是系统的一种表示(是为了研究系统的目的而开发的),是系统内在联系及其外界联系的一种描述。对物体或进程的抽象表征,来刻画这些物体或进程的特征。
4还原论:过于强调把一个复杂整体分解成单个器官、组织、细胞直至单个基因或蛋白质分子入手逐个研究的方法。
5分子生物学vs系统生物学在一定程度上,还原论可以阐释整体论下某单元的单独作用,但并不能阐释它们之间的相互作用,且对整体的行为难以给出解释。
理论:还原主义,将生物学还原到分子水平理论:整体主义,从系统水平上理解分解成局部(单方面作用)观测机体效应
研究对象:生物系统的组成成分研究对象:组成部分及其之间的联系
个别基因,蛋白质整个系统
侧重:实验中获取数据侧重:实验数据的挖掘
实验深层次成果往往被忽视可获取深层次成果,理论创新
现代生命科学的特征:简单化,线性化,定性化,实验化
系统生物学的特征:复杂化,网络化,定量化,理论化
6基因组:是一种生物或个体细胞所具有的一套完整的基因及其调控序列
基因组学:是研究基因组的结构组成,时序表达模式和功能,并提供有关生物物种及其细胞功能的进化信息。分为结构基因组学和功能基因组学。
功能基因组学:是利用结构基因组学所获得的各种信息,建立与发展各种技术与实验模型来测定基因及基因非编码序列的生物学功能
比较基因组学:是研究比较不同物种基因组的异同寻找物种间共有的,即进化上保守的基因或DNA序列。研究方法:系统发育谱法,基因邻居法
7测序技术:第一代,双脱氧链终止法sanger法,maxam化学降解法
第二代:焦磷酸法,高通量测序,边合成边测序技术,连接测序技术
第三代:单分子测序
8焦磷酸测序的原理:1单链DNA模板被合成互补链,4种dNTP按碱基互补配对原则依次有序结合到模板上,每成功加上一个dNTP就释放出一个ppi,其释放数量与结合进入DNA的dNTP数量一致。2.ppi经硫酰酶催化形成ATP,不进荧光素酶氧化荧光素,通过这些反应可实时发射出荧光被CCD照相技术记录下来。
9代谢物组:全部代谢物的库
代谢物组学:定量描述生物内源性代谢物质的整体及其内因和外因变化应答规律的科学
代谢组学的中心任务:1对内源性代谢物质的整体及其动态变化规律进行检测,量化和编制目录,绘制图谱2确定此变化规律和生物过程的有机联系
代谢组学研究方法:毛细管电泳CE,气相色谱GC,红外线傅里叶转换FI-IR,质谱MS和核磁共振NMR
10相互作用组:体内各种分子相互作用的整体
相互作用组学:系统的研究各种分子相互作用,包括蛋白质—蛋白质,蛋白质—核酸,蛋白质—代谢物的相互作用及其形成的分子机制,途径和网络
相互作用研究方法:酵母双杂交系统,串联亲和纯化质谱分析联用,生物信息学技术
11表型组:是一个有机体所有特征,特性的总和,表型组学:整体上研究表型的科学
表型组学的研究内容:系统的研究表型组与基因组,环境组三者的复杂关系
Vp表型=Vg基因型+Ve环境(基因型与环境偏差无相关性)
Vp=Vg+Ve+Vge环境与基因互作(基因型与环境偏差之间存在互作)
Vp=Vg+Ve+2COVge基因型值与环境偏差协方差的2倍(环境偏差与基因型之间有相关性)12 什么是转录组学?转录组学的研究内容及方法?
概念:对转录水平上发生的事件及其相互关系和意义进行整体研究的一门学科。内容:转录加工研究;转录物编制目录;转录物图形;转录物物调节。研究方法:1.高通量mRNA表达分子技术:微阵列生物芯片技术 2.基因表达系列分析技术:SAGE,3.转录物编制目录的研究方法:MPSS,EST,SAGE.4.绘制动态转录物图的研究方法:DNA芯片技术,RT~PCR,分子原位杂交5.转录物调节网络:结合微阵列分析的染色质免疫沉淀技术chip_on_chip
转录组:从一个细胞,组织或生物体的全部RNA的集合体。
转录物的多样性:真核生物DNA转录出来的RNA,种类繁多,长短不一,功能各异,是由于外显子的交替剪接或有多个转录起点或不同的加尾位点所致。
反义RNA:可以抑制基因的表达,一条单链RNA与另一条mRNA的互补区发生碱基配对作用,会阻遏这条mRNA的表达。
小分子干扰RNA(SiRNA):利用一小段双链RNA导入生物体细胞使特定的表达发生沉默,这一小段RNA则为干扰RNA。
SnRNA:细胞核中的小分子。ScRNA:细胞质RNA,在自然状态下,以核糖核蛋白颗粒的形式存在。snoRNA:核仁小RNA,在核糖体RNA的加工中起作用。
13蛋白质组:一个基因组,一个细胞或一种生物体所表达的全部蛋白质
蛋白质组学:在整体水平上研究细胞内蛋白质组成及其活动规律的学科
蛋白质组学研究方法:双向凝胶电泳,生物质谱,生物信息技术,生物芯片技术,酵母双杂交系统技术
蛋白质研究路线:分离(2-DE,HPLC)→定量(基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱,电喷雾离子化质谱,串联质谱)→鉴定(蛋白芯片,蛋白互作)
蛋白质组学技术路线:样品制备→SDS-PAGE电泳→酶解处理→差异蛋白标记→样品等量混合→高pH反向电离→肽段富集→分析
靶蛋白与捕捉分子结合情况检测:SELDI检测技术,如SELDI-TOF-MS;CCD照相技术与激光扫描系统获取阵列图像;表面等离子共振(SPR)