第二章 生物信息学的生物学基础
生物信息学习题
第六章 分子系统发生分析（问题与练习）
1、构建系统发生树，应使用
A、BLAST
B、FASTA
C、UPGMA
D、Entrez
2、构建系统树的主要方法有
、
、
等。
3、根据生物分子数据进行系统发生分析有哪些优点？
4、在 5 个分类单元所形成的所有可能的有根系统发生树中，随机抽取一棵树是反映真实关
系的树的可能性是多少？从这些分类单元所有可能的无根系统发生树中，随机选择一棵
库
8、TreeBASE 系统主要用于
A、发现新基因 B、系统生物学研究 C、类群间系统发育关系研究 D、序列比对
二、 问答题
1、 为什么说 SWISS-PROT 是最重要的蛋白质一级数据库？
2、 构建蛋白质二级数据库的基本原则是什么？
3、 构建蛋白质二级数据库的主要方法有哪些？
4、 叙述 SCOP 数据库对蛋白质分类的主要依据
第八章 后基因组时代的生物信息学（问题与练习）
1、 比较生物还原论与生物综合论的异同 2、 简述“后基因组生物信息学”的基本研究思路 3、 后基因组生物信息学的主要挑战是什么？ 4、 功能基因组系统学的基本特征是什么？ 5、 说明后基因组生物信息学对信息流动的最新理解 6、 列举几种预测蛋白质-蛋白质相互作用的理论方法 7、 解释从基因表达水平关联预测蛋白质-蛋白质相互作用的理论方法 8、 解释基因保守近邻法预测蛋白质-蛋白质相互作用的理论方法 9、 解释基因融合法预测蛋白质-蛋白质相互作用的理论方法 10、解释种系轮廓发生法预测蛋白质-蛋白质相互作用的理论方法
1、蛋白质得分矩阵类型有 、
、、
和
等。
2、对位排列主要有局部比对和 三、运算题 1、画出下面两条序列的简单点阵图。将第一条序列放在 x 坐标轴上，将第二条序列放在 y
生物信息学的基础知识与分析方法
生物信息学的基础知识与分析方法生物信息学是一门综合性的学科，旨在通过信息学方法和计算机技术来解决生命科学中的问题。
随着科技的不断发展和生物学数据的急速增长，生物信息学的研究领域已经经过了从基因序列到蛋白质结构、生物系统等多个层面的发展。
在生命科学的应用中，生物信息学已成为研究整个生命系统的关键领域。
基础知识1. DNA序列DNA是细胞遗传信息的载体。
它由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和鸟嘌呤）组成。
在细胞的核糖体中，一种三个碱基组成的序列称为密码子，它对应着一个氨基酸。
因此，DNA序列中的每一种组合都可以编码一个特定的氨基酸，最终会组成蛋白质序列。
2. RNA序列RNA是从DNA中转录出来的一条单链分子，包括mRNA、tRNA、rRNA等类型。
mRNA是传递基因信息进行翻译的重要分子，在转录过程中，它通过碱基配对与DNA序列相对应。
tRNA是将特定氨基酸与mRNA相对应的分子，rRNA则是组成细胞核糖体的分子。
3. 蛋白质序列蛋白质是生物体新陈代谢的主要调节剂和执行者。
它们由不同的氨基酸组成，并按照一定的顺序排列形成复杂的三维结构。
每个氨基酸通过化学键结合在一起，形成了肽链。
不同的肽链序列可以编码不同的氨基酸，从而形成了不同的蛋白质。
分析方法1. 基因注释基因注释是将DNA序列中所有的基因和基因元件（如启动子、转录因子结合位点等）对应到它们所编码的功能上的过程。
注释这些基因使得我们能够了解生物体中编码的所有蛋白质和非编码RNA。
2. 基因表达基因表达分析旨在测量mRNA水平从而评估基因转录程度。
这项技术通过检测组织中mRNA的浓度、不同条件下的差异表达以及对不同基因表达模式的比较来研究基因的生理功能和疾病发生的机制。
3. 蛋白质结构预测蛋白质结构预测是指通过计算机模型和实验设计来预测蛋白质的三维结构。
这项技术可以用于在生物信息学上解决复杂的生物问题，例如药物设计、疾病诊断和治疗等。
4. 基因包含关系的分析基因包含关系分析是指在基因组或基因片段中识别包含关系，并将其用来研究生物信息学中的不同问题。
生物信息学的基础理论
生物信息学的基础理论生物信息学是一门交叉性学科，涵盖了生物学、计算机科学、数学等多个学科。
它的基础理论包括分子生物学、计算机科学、统计学等多个方面。
本文将主要介绍生物信息学的基础理论。
一、分子生物学基础生物信息学最基本的理论就是分子生物学。
分子生物学是研究生命现象的分子基础的学科。
它包括核酸、蛋白质、酶等分子的结构、功能及其表达调控的机制等。
分子生物学为生物信息学提供了生命现象的基本单位，在DNA、RNA和蛋白质水平上揭示了生命的整个机理。
分子生物学理论为生物信息学发展提供了基础，是生物信息学的核心。
DNA和RNA是生命的遗传信息媒介，也是生物信息学的核心研究对象。
蛋白质是细胞内许多重要功能和过程的实际执行者，生物信息学研究蛋白质序列与结构与其功能关系。
二、计算机科学基础生物信息学是一门技术和计算密集型的学科。
计算机科学提供了工具和新方法，实现了许多生物信息学应用。
计算机科学的基础理论为生物信息学的软件、算法和模型的开发奠定了基础。
计算机科学主要研究计算机的范畴分解、计算机系统结构、操作系统、数据库系统、程序设计语言、网络技术等领域，同时将这些技术应用到各项领域。
在生物信息学中，计算机科学以其强大的运算能力和算法设计为该领域提供了重要的技术支持。
三、统计学基础生物信息学需要处理大量的数据，其中更需要解决的问题是如何从这些数据中提取有用的信息。
统计学是生物信息学的另一重要基础。
在生物信息学领域，统计学的方法可以实现基因和蛋白质的定量和定性分析，模拟分子生物学过程，如分子动力学模拟和分子对接等。
统计学常用的方法包括回归、聚类、分类和多元分析等。
这些方法为生物信息学提供了帮助，可以对大量数据进行挖掘和分析。
四、生物信息学实践生物信息学的基础理论提供了重要知识支持，是实践的基础。
在生物信息学实践中，生物学家，计算机科学家和数学家需要相互合作，才能设计出高效的算法和模型，从而更深入地了解生命的运作机制和发展。
生物信息学的基本原理与应用
生物信息学的基本原理与应用生物信息学是指生命科学领域中的信息技术，利用计算机科学、统计学、数学等技术手段对生物学数据进行收集、分析、处理和解释的研究领域。
生物信息学的研究对象包括基因、蛋白质、代谢物、RNA、细胞、组织等各个层次，其应用范围也十分广泛，例如基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等。
下面将介绍一些生物信息学的基本原理和应用。
一、基本原理1. DNA序列比对DNA序列比对是一项基础工作，它指的是将两个或多个DNA序列进行比较，找出它们之间的相同和不同之处。
在生物信息学中，它常被用于研究物种的进化关系、基因功能等问题。
DNA序列比对可以采用全局比对、局部比对、多序列比对等不同方法。
2. 同源性分析同源性分析是指通过比较生物序列的相似性来推断它们之间的关系。
一般来说，相同生物之间的DNA、RNA、蛋白质等序列相比较，会显示出高度的同源性。
同源性分析能够进一步为基因本体学、反式遗传学等生物信息学领域提供支持。
3. 基因预测基因预测是指通过分析DNA序列，推断其中存在的基因的位置、序列和功能等信息。
基因预测对于基因组学、转录组学等生物信息学领域的研究尤为重要。
目前，生物信息学学者通常采用基于组合算法、神经网络算法、模型比对算法等方法来进行基因预测。
4. 蛋白质结构预测蛋白质的结构是其功能实现的关键，因此蛋白质结构预测也是生物信息学研究的一个重要部分。
通过蛋白质序列中的氨基酸组成、序列长度、氨基端、羧基端等信息，可以预测蛋白质的三维结构。
目前，生物信息学学者常用的蛋白质结构预测方法包括homology modeling、 threading、ab initio、de novo等。
二、应用1. 基因组学基因组学是研究一种或者一组生物体的全部基因组结构、序列、注释和功能等的领域。
生物信息学在基因组学研究中发挥了重要的作用。
在基因组学研究中，生物信息学技术可以用来进行基因注释、基因变异鉴定、SNP分析、基因共表达分析等研究。
生物信息学概论
3、蛋白质结构
目前用于确定蛋白质三维结构的方法：除了通过诸如X射线晶体 结构分析、多维核磁共振（NMR）波谱分析和电子显微镜二维 晶体三维重构（电子晶体学，EC）等物理方法 另一种广泛使用的方法就是通过计算机辅助预测的方法。一般 认为蛋白质的折叠类型只有数百到数千种，远远小于蛋白质所 具有的自由度数目，而且蛋白质的折叠类型与其氨基酸序列具 有相关性，这样就有可能直接从蛋白质的氨基酸序列通过计算 机辅助方法预测出蛋白质的三维结构
医学
生物学、 分子生物学
生物信息学
数学、 统计学
计算机学、 计算机网络
10
生物信息学主要功能
➢ 分析和处理实验数据和公共数据，加快研究进 度，缩短科研时间
➢ 提示、指导、替代实验操作，利用对实验数据 的分析所得的结论设计下一阶段的实验
➢ 实验数据的自动化管理 ➢ 寻找、预测新基因及其结构、功能 ➢ 蛋白质高级结构及功能预测（三维建模，目前
研究的焦点和难点）
11
1. 分析和处理实验数据和公共数据，加快研究进度， 缩短科研时间
➢ 核酸：序列同源性比较，分子进化树构建，结构信息分 析，包括基元(Motif)、酶切点、重复片断、碱基组成和 分布、开放阅读框（ORF），蛋白编码区（CDS）及外 显子预测、RNA二级结构预测、DNA片段的拼接
33
蛋白质分析技术
氨基酸自动测序：测定蛋白质 N-端氨基酸序列 质谱法测序：测定氨基酸序列 X-射线衍射：测定蛋白质的 3-D结构 细菌或酵母双杂交实验：测定蛋白质间的相互作用 双相电泳：蛋白质组学研究
34
(3) DNA分子和蛋白质分子都含有进化信息
➢通过比较相似的蛋白质序列，如肌红蛋白和 血红蛋白，可以发现由于基因复制而产生的 分子进化证据。
生物信息学重点tg
《生物信息学》复习要点红色表示为重点内容, 考试的比重较大.第一章生物信息学引论生物信息学；生物信息指哪些？contig；大规模测序的基本策略；功能基因组学；生物信息学的应用有哪些？什么事件大大促进了生物信息学的发展？（HGP）；生物信息学中最重要的贡献是什么（序列比对算法）？基因组测序完成的主要物种（如人，水稻，大肠杆菌，酵母，拟南芥，果蝇等）；我国自主产权的基因组测序有哪些?人类基因组计划的主要任务.第二章生物信息学的生物学基础碱性氨基酸和酸性氨基酸的种类；蛋白质二级结构有哪些？核苷酸序列中N表示什么？遗传密码的基本特征是什么？真核生物基因的一般结构？转录本；启动子(promoter)；EST；cDNA；内含子；外显子；UTR；TATA-box；ORF；起始密码子；终止密码子； poly(A)加尾信号；TSS；中心法则；真核生物基因表达的调控水平有哪些？*第三章生物数据库资源及其应用三大核酸数据库有哪些？蛋白质序列数据库有哪些？蛋白质结构数据库有哪些？掌握文献的PubMED检索规则；掌握核酸/蛋白质记录的检索规则；UniGene；GEO;创建最早使用最广泛的蛋白质数据库是什么？(SWISSPROT和PIR)；*第四章序列分析相似性；一致性；保守突变；同源性；序列比较的基本操作是什么？序列比较的方法有哪些？序列比较的矩阵作图法；最长公共子序列；空位罚分；打分矩阵；BLAST的全称；BLAST比对结果中图形颜色的意义以及score和E-value的含义；FASTA格式；BLAST几种工具的含义及其用途；nr数据库；EST数据库；检索某个基因序列的方法；如何通过生物信息学方法确定TSS？判断1个基因(EST)表达部位或特性的生物信息学方法有哪些?*第五章系统发生分析系统发生树；趋同进化；无根树；有根树；直系同源与旁系同源；系统发生树的构建方法种类；非加权组平均法原理；最大简约法原理；信息位点；Bootstrap；掌握非加权组平均法的构建方法；用ClustalX和MEGA软件构建进化树的流程是什么？第六章基因表达数据分析基因芯片聚类分析图中红色和绿色代表的含义*第八章电子克隆技术电子克隆（in silico cloning）；电子克隆的基本思路；电子克隆的操作步骤；电子克隆的条件是什么？判断1个基因5'端是否完整的方法； Kozak规则是什么？内含子的剪切规则？(GU..AG)其他:1)要了解BLAST的一般步骤和意义;2)了解序列分析的基本内容和意义;3)上机操作中涉及的重要网站和程序名称等（不需要记得网址）。
生物信息学的生物学基础ppt课件
植物界(Plantae) 种子植物门(Spermatophyta) 被子植物亚门(Angiospermae) 单子叶植物纲(Monocotyledoneae) 颖花亚纲(Glumiflorae) 禾本目(inals) 禾本科(Gramineae) 稻属(Oryza) 稻(Oryza sativa)
哺乳动物纲(Mammalia) 真兽亚纲(Eutheria)
灵长目(Primates)
类人猿亚目(Anthropoidea)
人科(Hominidae)
人属(Homo)
人种(sapiens)
13
一、生命
生物分类系统（水稻）
水稻所属的分类体系
界（kingdom） 门（phylum）
纲（class）
目（order） 科（family） 属（genus） 种（species）
四大“模式生物”：酵母、线虫、果蝇、小鼠
17
一、生命
噬菌体
（Bacteriophage）
感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒 如：大肠杆菌噬菌体(coliphages) 遗传物质：单链/双链、环状/线状、DNA/RNA
为人类基因组研究做方法学和组织工作的准备
（1）、将从模式生物中得到的数据和资料与人类基因组比较，通过不同生 物基因序列的同源性来阐明人类相应基因的功能； （2）、通过研究小而简单的模式生物的基因组，积累经验，发展技术； （3）、对模式生物的研究亦具有重要的经济价值。
模式生物的基因组结构相对于人类基因组来说，比较简单， 在基因组测序时可以为人类基因组计划提供借鉴，更重要的是 对这些模式生物体的功能基因的认识可以为认识人类基因组的 功能提供更多的帮助。
4
生理生化的生命定义
生物信息学知识点总结分章
生物信息学知识点总结分章第一章：生物信息学概述生物信息学是一门综合性学科，结合计算机科学、数学、统计学和生物学的知识，主要研究生物系统的结构、功能和演化等方面的问题。
生物信息学的发展可以追溯到20世纪70年代，随着基因组学、蛋白质组学和生物技术的发展，生物信息学逐渐成为生物学研究的重要工具。
生物信息学的主要研究内容包括基因组学、蛋白质组学、代谢组学、系统生物学等。
生物信息学方法主要包括序列分析、结构分析、功能预测和系统分析等。
第二章：生物数据库生物数据库是生物信息学研究的重要基础，主要用于存储、管理和共享生物学数据。
生物数据库包括基因组数据库、蛋白质数据库、代谢数据库、生物通路数据库等。
常用的生物数据库有GenBank、EMBL、DDBJ等基因组数据库，Swiss-Prot、TrEMBL、PDB等蛋白质数据库，KEGG、MetaCyc等代谢数据库，Reactome、KeggPathway等生物通路数据库等。
生物数据库的建设和维护需要大量的人力和物力，目前国际上已建立了众多生物数据库，为生物信息学研究提供了丰富的数据资源。
第三章：序列分析序列分析是生物信息学研究的重要内容，主要应用于DNA、RNA、蛋白质序列的比对、搜索和分析。
常用的序列分析工具包括BLAST、FASTA、ClustalW等，这些工具可以帮助研究人员快速比对和分析生物序列数据，从而挖掘出序列的相似性、保守性和功能等信息。
序列分析在基因组学、蛋白质组学和系统生物学等领域发挥着重要作用，是生物信息学研究的基础工具之一。
第四章：结构分析结构分析是生物信息学研究的另一个重要内容，主要应用于蛋白质、核酸等生物分子的三维结构预测、模拟和分析。
常用的结构分析工具包括Swiss-Model、Modeller、Phyre2等，这些工具可以帮助研究人员预测蛋白质或核酸的三维结构，分析结构的稳定性、功能和相互作用等特性。
结构分析在蛋白质结构与功能研究、蛋白质药物设计等方面发挥着重要作用，为生物信息学研究提供了重要的技术支持。
生物信息学(东南大学版)精选ppt
09.04.2020
41
遗传连锁图：通
过计算连锁的遗
传标志之间的重
组频率，确定它
配子
们的相对距离，
一般用厘摩（cM，
即每次减数分裂
的重组
频率为1%）
表示。
末 期 II
晚 期 II
中 期 II
间期 前期 I
同源染色体 形成配对
中期 I
前 期 II
晚期 I 发生交换
09.04.2020
42
物理图谱
5、《生物信息学手册》 郝柏林 中科院物理所 上海科学技术出版社
6、《简明生物信息学》 钟扬 复旦大学 高等教育出版社
09.04.2020
2
http://
编号
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
第九章
第十章
09.04.2020
网上资源
名称
书稿(word)
生物信息学引论 分子生物学基础
破译遗传语言、识别基因 预测蛋白质结构和功能 认识生物界信息存贮和传递的本质 研究药物作用机制和开发新药
09.04.2020
31
第二节 生物信息学的发展历史
生物科学和 技术的 发展
人类基因组 计划的 推动
生物信息学 基本思想的产生
二十世纪 50年代
09.04.2020
生物信息学 的迅速发展
09.04.2020
生物体生长发育的本质就是遗 传信息的传递和表达
17
DNA通过自我复制，在生物体的繁衍过 程中传递遗传信息
基因通过转录和翻译，使遗传信息在生物 个体中得以表达，并使后代表现出与亲代 相似的生物性状。
基因控制着蛋白质的合成
生物信息学基础知识
生物信息学基础知识生物信息学是一门交叉学科，将计算机科学与生物学相结合，致力于利用计算机技术和统计学方法分析、理解和解释生物学数据。
本文将介绍生物信息学的基础知识，包括DNA、RNA、蛋白质序列、基因组、生物数据库和生物信息学工具等内容。
一、DNA和RNADNA和RNA是生物体内两种关键的生物分子。
DNA（脱氧核糖核酸）是遗传信息的载体，它由四种碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）组成。
RNA（核糖核酸）则在基因表达中发挥重要作用，它的碱基组成与DNA类似，但是胸腺嘧啶被尿嘧啶取代。
二、蛋白质序列蛋白质是生物体内重要的功能分子，其序列决定了其结构和功能。
蛋白质序列由氨基酸组成，氨基酸的种类决定了蛋白质的性质。
生物信息学通过分析蛋白质序列，可以预测其结构和功能，为生物学研究提供重要参考。
三、基因组基因组是生物体内所有基因的集合。
生物信息学通过基因组测序技术，可以获取生物体的全部基因序列。
基因组的解析和比较有助于研究基因的进化、功能和调控，以及人类遗传病的研究。
四、生物数据库生物数据库是存储生物学数据的重要工具。
其中包括基因序列、蛋白质序列、基因组序列、蛋白质结构等数据。
常用的生物数据库有GenBank、UniProt、ENSEMBL等。
生物信息学家通过访问这些数据库，可以获取所需的生物学数据，并进行进一步的分析和研究。
五、生物信息学工具生物信息学工具是进行生物学数据分析的软件和算法。
常用的生物信息学工具有BLAST、ClustalW、EMBOSS等。
这些工具可以用于基因序列比对、蛋白质结构预测、基因表达分析等。
生物信息学家通过运用这些工具，可以从大量的生物学数据中提取有用信息，并进行生物学研究。
结语生物信息学的基础知识对于理解和解释生物学数据具有重要意义。
通过对DNA、RNA、蛋白质序列、基因组、生物数据库和生物信息学工具的学习，我们能够更好地利用计算机技术和统计学方法来研究生物学问题。
希望本文对你了解生物信息学提供一些帮助，并激发你进一步学习和探索的兴趣。
生物信息学
TBlastx 核酸
核酸
核酸序列翻译成蛋白质序列，再
和核酸数据库中的核酸序列翻
译成的蛋白质序列逐一进行比
对。
37
序列分析的目的是什么? --
为了功能的分析
--拿到一个基因/蛋白质序列, 我能做什么?
38
序列功能分析的内容
序列组成/分子量/等电点---初级分析 酶切位点分析(载体构建) 基因结构分析/启动子序列分析
20
PDB（protein data bank）
1. 目前最主要的蛋白质分子结构数据库； 2. 1970年代建立，美国Brookhaven国家实验室维护管 理; 3. 1988年，由美国RCSB(research collaboratory for structural biology)管理； 4. 以文本格式存放数据，包括原子坐标、物种来源、测 定方法、提交者信息、一级结构、二级结构等；
EMBL核酸序列数据库 由欧洲生物信息学研究所(EBI)维护的核酸序列数据构成，查 询检索可以通过通过因特网上的序列提取系统(SRS)服务完成。 数据库网址是：/embl/。
DDBJ数据库 日本DNA数据仓库(DDBJ)也是一个全面的核酸序列数据库， 与Genbank和EMBL核酸库合作交换数据。使用其主页上提供 的SRS工具进行数据检索和序列分析。 DDBJ的网址是：http://www.ddbj.nig.ac.jp/。
两条序列的相似程度的定量计算
相似度，它是两个序列的函数，其值越大，表示 两个序列越相似
两个序列之间的距离。距离越大，则两个序列的 相似度就越小
进行序列比较的方法1
通过点矩阵进行序列比较
“矩阵作图法” 或 “对角线作图”
进行序列比较的方法2
生物信息学的基本概念和技术
生物信息学的基本概念和技术生物信息学是他卫生医疗、农业种植、环境保护等方面的一个新兴学科，是应用计算机科学、统计学和生物学等知识，研究生物的基因、蛋白质、基因组和表达及其相关信息的一个综合性、交叉性学科。
生物信息学的主要研究内容包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等。
本文将重点对生物信息学的基本概念和技术进行介绍。
一、生物信息学的基本概念1. 基因组学基因组学是生物信息学的一个重要分支，是研究生物基因组组成以及基因组结构和功能的学科。
基因组是指定义生物遗传信息总体的基因及其调控区域，包括DNA的全套本体以及其中有关基因编码的蛋白质和RNA的信息。
基因组学主要包括基因序列测定、基因变异的检测和鉴定、基因调控区域的研究等。
2. 转录组学转录组学研究的是细胞或者组织细胞内所有基因的信息表达模式和规律，包括轻量级、重量级RNA的结构、功能和表达差异。
转录组学的研究方法包括基于RNA测序技术的定量和基因表达分析、转录因子分析、芯片技术等。
3. 蛋白质组学蛋白质组学是以蛋白质为研究对象，探讨蛋白质的种类、品质和数量，以及其在细胞和生物体内的作用、相互作用等问题。
蛋白质组学主要包括蛋白质质谱学、二维电泳技术等。
4. 代谢组学代谢组学是指在全体生物组织和细胞水平上，系统地研究代谢产物谱、代谢途径、代谢物代谢酶和代谢控制等方面的科学。
代谢组学是从代谢物的角度来理解生物体的状态，代谢组学主要采用高通量技术，如质谱分析，核磁共振（NMR）技术等。
二、生物信息学的技术1. DNA测序技术DNA测序是分析DNA序列的基础技术，是基因组和转录组学、蛋白质组学和代谢组学研究的重要前提。
DNA测序的技术不断更新，测序平台主要分为第二代和第三代测序技术，其中第二代测序技术是基于测量表明目标分子序列的合成以及检测分子中不同碱基的不同光学或电性质的方法，而第三代测序技术是通过读取单个分子的序列，并识别单个核苷酸以测定DNA序列。
生信学习计划
生信学习计划一、基础知识学习1、生物学基础知识作为生物信息学的学习者，我首先要掌握生物学的基础知识，包括细胞生物学、遗传学、分子生物学、生态学等方面的基础知识。
这些基础知识对于了解生物信息学的应用和技术原理具有重要意义。
2、计算机科学基础知识除了生物学基础知识，我还需要掌握一定的计算机科学基础知识，包括计算机编程基础、数据结构与算法、数据库原理、网络技术等方面的知识。
这些知识对于应用生物信息学中的计算工具和软件具有重要意义。
3、统计学基础知识生物信息学与统计学紧密相关，因此我需要学习一定的统计学知识，包括概率论、数理统计、假设检验、方差分析等统计学基础知识，以便应用于生物信息学中数据分析的过程中。
二、专业课程学习1、基因组学基因组学是生物信息学的一个重要分支，它研究基因组的结构、功能、演化和调控等方面的知识。
我计划学习相关课程，了解基因组的组成和演化以及与疾病相关的基因组变异等知识，以便应用于基因组数据分析和相关研究中。
2、蛋白质组学蛋白质组学是研究蛋白质组的结构、功能和相互作用等方面的知识。
我计划学习相关课程，了解蛋白质组学的基本原理和技术，以便应用于蛋白质组数据分析和相关研究中。
3、转录组学转录组学是研究基因的转录过程以及转录产物的组成、结构和功能等方面的知识。
我计划学习相关课程，了解转录组学的原理和技术，以便应用于转录组数据分析和相关研究中。
4、蛋白质结构预测蛋白质结构预测是生物信息学中的一个重要课题，我计划学习相关课程，了解蛋白质结构预测的原理和方法，以便应用于蛋白质结构预测和相关研究中。
5、生物信息学实践除了理论课程的学习，我还计划参与相关的实践课程和实验室实习，例如基因组数据分析、蛋白质组数据分析、数据库建设和管理等方面的实践课程，以便将理论知识应用到实践中，并掌握相关的技术和工具。
三、研究方法学习1、生物信息学方法学生物信息学有很多独特的研究方法和技术，包括序列比对、基因组数据分析、蛋白质组数据分析、结构生物信息学等方面的方法。
生物信息学基础知识难点
生物信息学基础知识难点生物信息学作为一门融合了生物学、计算机科学和统计学等多学科的交叉领域，为我们理解生命现象提供了强大的工具和方法。
然而，对于初学者来说，生物信息学的基础知识中存在着不少难点，需要我们花费时间和精力去攻克。
首先，数据的复杂性和海量性是生物信息学中的一个显著难点。
在生物研究中，产生的数据类型繁多，包括基因序列、蛋白质结构、代谢通路等。
这些数据不仅规模巨大，而且结构复杂，需要有效的数据管理和处理技术。
例如，基因序列数据通常以碱基对（A、T、C、G）的形式表示，一个生物体的基因组可能包含数十亿个碱基对。
面对如此庞大的数据量，如何存储、检索和分析这些数据成为了一项巨大的挑战。
其次，算法和计算方法的理解与应用也是一个难点。
生物信息学中广泛使用各种算法，如序列比对算法、聚类算法、机器学习算法等。
以序列比对算法为例，它用于比较不同的基因或蛋白质序列，以确定它们之间的相似性和差异。
常见的比对算法如 NeedlemanWunsch 算法和 SmithWaterman 算法，其背后的数学原理和计算过程较为复杂。
初学者不仅需要理解算法的工作原理，还需要能够在实际应用中选择合适的算法，并根据具体问题进行参数调整。
再者，生物学概念和术语的理解也是一个重要的难点。
生物信息学涉及到众多的生物学知识，如分子生物学、遗传学、细胞生物学等。
对于没有生物学背景的学习者来说，理解诸如基因表达、转录调控、蛋白质折叠等概念可能会感到困难。
例如，基因表达是指基因通过转录和翻译过程产生蛋白质的过程，这其中涉及到许多分子层面的相互作用和调控机制。
另外，数据的质量控制和错误纠正也是一个不容忽视的难点。
由于实验技术的限制和误差，生物数据中可能存在噪声、缺失值和错误。
如何识别和处理这些问题数据，以确保分析结果的准确性和可靠性，是生物信息学中的一个关键环节。
例如，在基因测序中，可能会出现测序错误，导致碱基的误读。
这就需要采用合适的数据清洗和纠错方法，来提高数据的质量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Enhancers 可以在基因的上游或者下游，甚至在内含子中。 一种可能的作用方式： 增强子结合蛋白还与转录因子结合。
蛋白质与DNA 的结合
5、遗传和进化
遗传是生物的一个普遍特征，正因为有了遗传，物
第三节 遗传信息载体—DNA
1、核苷酸
（1）碱基 （2）核苷 （3）核苷酸
核酸的化学结构
碱基+戊糖
碱基
核苷 + 磷酸
核苷酸 戊糖 磷酸
聚合 核酸 (核苷酸之间通过3.’5’磷 酸二脂键连接)
碱 基
腺嘌呤A
鸟嘌呤G
尿嘧啶U 胞嘧啶C
胸腺嘧啶T
碱基
DNA 腺嘌呤(adennine,A) 鸟嘌呤(guanine,G) 胞嘧啶(cytosine,C) 胸腺嘧啶(thymine,T)
Cytosine
Purine Pyrimidine Amino Keto Strong interaction (3 H bonds) Weak interaction (2 H bonds) Not-G not-A not-T(not-U) not-C Any
扩展的遗传学字母表或IUPAC编码
2、DNA 的一级结构
平行β -折叠
反平行β -折叠
（3）蛋白质的超二级结构
（i）—环—花样 （ii）发夹花样 （—环—花样） （iii）希腊图案花样
由四条反平行片组成
（iv）——花样 -环- -环-
（4）蛋白质的三级结构
蛋白质的三级结构
三级结构（tertiary structure）
在二级结构基础上的肽链再折叠形成的构象。
信使RNA（mRNA）- 转录遗传信息 核糖体RNA（rRNA）- 蛋白质合成
转移RNA（tRNA）- 运载氨基酸
核糖体是蛋白质合成的场所，核糖体主要由
蛋白质分子和rRNA组成
rRNA mRNA tRNA
核糖体 mRNA 反密码子
氨基酸
新生肽链
第四节 基因组结构
1、染色体 遗传物质 组成：DNA和蛋白质 特征： （1）分子结构相对稳定； （2）能够自我复制； （3）能够指导蛋白质合成； （4）能够产生可遗传的变异。
氢键 盐键(离子键)
疏水键
范德华力
二硫键
脂键
维系和稳定蛋白质结构的作用力
盐键 (离子键）
二硫键
氢键
疏水键
疏水键
氢键 氢键
4、蛋白质结构与功能的关系
一级结构 即氨基酸顺序 高级结构 生物学功能
（1）蛋白质一级结构与功能的关系 序列分析 （2）蛋白质空间构象与功能的关系 结构分析
RNA 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 尿嘧啶(Uracil,U)
戊糖
脱氧核糖
核糖
磷酸
磷酸
磷酸
核苷酸的化学组成
符号 G A T
含义 G A T
说 明 Guanine Adenine Thymine
C
R Y M K S W H B V D N
C
G or A T or C A or C G or T G or C A or T A or C or T G or T or C G or C or A G or A or T G or A or T or C
在DNA方面，真核细胞基因组的最大特点
是它含有大量的重复序列，而且功能DNA 序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA序 列隔开。
染色质的基本结构单位
多级螺线管模型
核小体
螺线管
2、基因
基因具有几个重要的特征： 基因是一种相对独立的遗传信息单位， 这些信息单位可以通过各种方式在生物 个体之间进行重新组合，并向后代传递； 基因是一段DNA分子，遗传信息贮存在 DNA序列之中； 基因的信息内容通过相应的形式表现出 来，即指导合成蛋白质或RNA，进而产 生生理功能，或影响其他基因的表达。
第二节 蛋白质的结构和功能
1、蛋白质的功能
酶的催化作用 物质运载和贮存作用 营养存贮作用 运动协调作用
机械支持作用
免疫保护作用 信号接受与传导作用
生长和分化控制作用
2、蛋白质的分子组成
组成蛋白质的主要元素有：
碳（50%-55%）
氢（6%-8%）
氧（19%-24%） 氮（13%-19%）和硫
遗传物质交换
细胞的减数分裂
原核生物
主要特点：
1.遗传物质仅一个环状DNA 2.无核膜 3.无细胞器,无细胞骨架 4.以无丝分裂或出芽繁殖
ห้องสมุดไป่ตู้
代表生物: 支原体,细菌,兰藻,螺旋藻(人类未来的蛋白质
食物新来源)
真核生物
三大结构体系：
膜系统: 质膜,内膜系统,细胞器 细胞核系统: 遗传信息表达系统
骨架系统: 细胞质, 细胞核等的骨架系统
(5) 蛋白质的四级结构 （quaternary structure）
组成蛋白质的多条肽链 在天然构象空间上的排 列方式，多以弱键互相 连接。疏水力、氢键、 盐键 每条肽链本身具有一定 的三级结构，就是蛋白 质分子的亚基。
蛋白质的各级结构
一级结构
氨基酸
二级结构
三级结构
血红蛋白
四级结构
蛋白质的空间作用力
的氨基酸，具有独特的性质，可以单作为第四类， 也可以归于第一类。
含有芳香性侧链
Phe、Tyr、Trp、His
侧链为醇或酚的氨基酸有
Ser、Thr、Tyr
可以形成氢键
Arg、Lys、Asp、Glu、Ser、Thr、Asn、Gln、His、Tyr及Trp
3、蛋白质的结构层次
（1）蛋白质的一级结构
基因组 —— 是一种生物所有遗传信息的总和，或载 有遗传信息的全体核酸。 —— 基因组控制着生物体结构的建造，控制 着生命活动。 要想认识生物的本质，就必须首先将生物基 因组的全部遗传信息破译出来，即分析出全 部DNA的碱基序列。
3、原核生物基因组
特点： （1）原核生物的基因组比较小，DNA量低； （2）原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的， 只有非常小的一部分不转录； （3）原核生物DNA序列中与功能相关的RNA和蛋白 质基因往往聚集在基因组的一个或几个特定部位， 形成一功能单位或转录单元，它们可以被一起转录 为含多个mRNA的分子，形成多顺反子mRNA。
（primary structure）
蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基
酸的序列
肽键的形成
H H O —N—C—C— CH2 SH
H H O —N—C—C— CH2 S
半胱氨酸 SH S CH2 CH2 —N—C—C— —N—C—C— H H O H H O 二硫键的形成
氨基酸名称
丝氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 谷酰胺 酪氨酸 组氨酸
英文缩写
Ser Thr Asn Gln Tyr His
简写
S T N Q Y H
脯氨酸
甲硫氨酸 色氨酸
Pro
Met Trp
P
M W
天冬氨酸
谷氨酸 赖氨酸
Asp
Glu Lys
D
E K
半胱氨酸
Cys
C
精氨酸
Arg
R
20种标准氨基酸的英文简写
对于20种标准的氨基酸，按照侧链化学性质
操纵子（operator）学说
调节基因 i
操纵位点 p o 操纵子 Z
结构基因 Y A
操纵子模型
4、真核生物基因组
（1）真核细胞的基因结构 外显子 内含子 完整的基因结构
（2）单拷贝基因和基因家族
（3）重复序列
翻译起始
植物C/GAANNATGG 动物A/GNNATGG
TATA盒 5'端 各内含子
细胞核
真核细胞中的细胞控制中心
包含遗传信息（染色质） 与细胞质中的其它细胞器通讯
动 物 细 胞 模 式 图
植 物 细 胞 模 式 图
细胞分裂
• 有丝分裂
单细胞生物繁殖 多细胞生物生长
• 减数分裂
形成单倍体 有性繁殖
有丝分裂
细胞的有丝分裂
减 数 分 裂
第一阶段（1）
第一阶段（2）
（1）DNA的碱基组成
（i） A=T , G=C （ii） A+G=C+T
（2）DNA的一级结构
由A、T、C、G四种脱氧核苷酸通过3‘、5’-磷酸 二酯键连接而成的长链高分子多聚体为DNA分子 的一级结构
碱 基 配 对
3、DNA的空间结构
DNA分子双螺旋结构模型
4、RNA和核糖体
RNA是单链分子,RNA主要有三种 :
第二章 生物信息学的生物学基础
普通生物学
细胞 遗传 进化
分子生物学
—— 研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能 和相互关系 —— 研究生物大分子在生命活动中的重要性、规律 性，从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘
关于生物大分子构成的三条基本原则：
（1）构成生物体各类有机大分子的单体在不同的 生物中都相同； （2）生物体内一切有机大分子的构成都遵循共同 的规则； （3）某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子 决定了它的属性。
第一节 细胞
生命活动的基本单位 是生命存在的最基本形式，是一切生命 活动的基础。
（1）一切生物都离不开细胞这一生命的基本 形态结构 （2）细胞是生命活动赖以进行的基础
代谢、生长、分裂、凋亡 生命活动建立在细胞活动的基础上
1、大肠杆菌
2、念珠藻
3、小球藻 4、酵母菌 5、火丝菌
6、眼虫
7、分生组织细胞 8、栅栏组织薄壁细 胞 9、驴蹄草叶表皮细 胞和保卫细胞 10、大鼠肝细胞 11、肾近曲小管上 皮细胞 12、成纤维细胞 13、人红细胞 14、人精子 15、哺乳动物的横 纹肌细胞