生物信息数据库

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四、序列数据库 （Sequence databases）
序列数据库是分子生物信息数据库中最基本的 数据库，包括核酸和蛋白质两类，以核苷酸碱
基顺序或氨基酸残基顺序为基本内容，并附有
注释信息。
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（一） 核酸序列数据库
国际上权威的核酸序列数据库
GenBank － 美国国家信息中心的核酸 数据库 （1979） EMBL － 欧洲分子生物学实验室的核酸
TrEMBL —— Translation of EMBL
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Байду номын сангаас SWISS-PROT
(http://www.expasy.ch/sprot/sprot-top.html） 是目前国际上比较权威的蛋白质序列数据库, 其中的蛋白质序列是经过注释的. SWISS-PROT中的数据来源于不同源地： （1）从核酸数据库经过翻译推导而来； （2）从蛋白质数据库PIR挑选出合适的数据； （3）从科学文献中摘录； （4）研究人员直接提交的蛋白质序列数据
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二、分子生物信息数据库
• 一级数据库 数据库中的数据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。 • 二级数据库 对原始生物分子数据进行整理、分类的结 果，是在一级数据库、实验数据和理论分 析的基础上针对特定的应用目标而建立的。
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一级数据库包括：
1） 基因组数据库: 来自于基因做图； 2） 核酸和蛋白质一级结构序列数据库: 来自序列测定； 3）生物大分子（主要是蛋白质）三维空间 结构数据库：来自X-衍射和核磁共振结构测定。
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基因组信息二次数据库 e.g. 大肠杆菌基因组数据库 蛋白质序列二次数据库 e.g. Prosite 数据库是基于对蛋白质家族 中同源序列多重序列比对得到的保守区域， 这些区域通常与生物学功能有关，例如酶 活性位点、配体或金属结合位点等。 蛋白质结构二次数据库 e.g. 蛋白质回环数据库（Loop）
PDB的网址：http://www.rcsb.org/pdb(美国) PDBsum的网址：http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/pdbsum
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六、二次数据库
根据生命科学不同研究领域的实际需要， 对基因组图谱、核酸和蛋白质序列、蛋白质结构 以及文献等数据进行分析、整理、归纳、注释， 构建具有特殊生物学意义和专门用途的二次数据库， 这是数据库开发的有效途径。 近年来，世界各国的生物学家和计算机科学家合作， 已经开发了几百个二次数据库和复合数据库， 也称专门数据库、专业数据库、专用数据库。
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构建二次数据库
中华民族基因多样性数据库 转录因子细胞特异性数据库 Cytomer 蛋白质结构域数据库 Domain 蛋白质回环数据库 Loop 水稻矮缩病毒数据库 RDV 二硫键信息数据库 Bridge
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中华民族基因多态性数据库
• 2001年4月13日 - 北京大学生物信息中心建立的 “中华民族基因多态性数据库” 已经完成框架构建。 • 目前，该数据库收集了包括Ｙ染色体ＤＮＡ多态性标记 频率类型、单倍型类型多态性、永生细胞株系等数据， 建立了数据库可视化浏览及查询系统，提供民族及民族 多样性研究的信息资源。
分子生物信息数据库
（Molecular Bioinformatics Databases）
一、简介 二、分子生物信息数据库 三、基因组数据库 四、序列数据库 五、结构数据库 六、二次数据库 七、NCBI分子生物学数据库
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一、简 介
已经完成全序列测定的基因组
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Total nucleotides:
301,588,430,608
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人类基因组计划所得到的图谱数据
目前GDB包含对下述三种对象的描述：
（1）人类基因组区域 包括基因、克隆、PCR标记物、断点、细胞遗传学标记、 易碎位点、 EST、综合区域、contigs、重复等； （2）人类基因组图谱 包含细胞遗传学图谱、连接图谱、辐射混合图谱、 contig 图谱、集成图谱，所有这些图谱都可以被直观 地显示出来； （3）人类基因组中的变化 包括基因突变和基因多态性，加上等位基因频率数据。
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常用分子生物信息学数据库-2
数据库名称 EMEST SWISS-PROT TREMBL DSSP FSSP SBASE HUMREP CPGISLE TRANSFAC YPD KABATP PROSITEDOC 数据库内容 EMBL数据库中EST部分 蛋白质序列 EMBL翻译所得蛋白质序列 蛋白质二级结构参数 已知空间结构蛋白质家族 蛋白质结构域序列 人类基因组中重复序列 CpG岛序列 转录因子 酵母基因组 免役球蛋白蛋白质序列 蛋白质功能位点文献摘要
• Modeling
– Relational, hierarchical, semi-structured
• Efficiency
– Update, query, analysis
• Interpretation
– Visualization
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生物信息数据库几个明显的特征：
（1）数据库的更新速度不断加快，数据量 呈指数增长趋势 （2）数据库使用频率增长更快 （3）数据库的复杂程度不断增加 （4）数据库网络化 （5）面向应用 （6）先进的软硬件配置
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中华民族基因多态性数据库
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蛋白质二硫键数据库
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水稻矮缩病毒基因组数据库
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转录因子细胞特异表达数据库
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蛋白质回环数据库
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常用分子生物信息学数据库-1
数据库名称 EMBL PIR OWL PDB HSSP PDBFINDER SUBTILST VECTOR RDP ECDC KABATN PROSITE 数据库内容 核酸序列 蛋白质序列 非冗余蛋白质序列 蛋白质三维空间结构 同源蛋白家族 PDB数据库注释信息 枯草杆菌序列 克隆载体 核糖体序列 大肠杆菌序列 免役球蛋白核酸序列 蛋白质功能位点
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常用分子生物信息学数据库-3
数据库名称 BLOCKS PRODOM ENZYME OMIM SEQANALREF MEDLINE FLYGENES RHDB P53 PK CUTG TAXONOMY BIOCAT 数据库内容 同源蛋白序列模块 蛋白质结构域 酶 人类遗传缺陷基因 序列分析文献目录 医学文献目录 果蝇基因组 放射杂交 P53蛋白突变 丙酮酸激酶 遗传密码使用频度 分类学 生物信息学程序目录
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SWISS-PROT
• •
ID AC DT DT DT DE GN OS OC OC OX RN RP RC RX RA RT RT RL …
Defined by SWISS-PROT database
– Includes annotation, other info
Example:
BRC1_MOUSE STANDARD; PRT; 1812 AA. P48754; Q60957; Q60983; 01-FEB-1996 (Rel. 33, Created) 01-NOV-1997 (Rel. 35, Last sequence update) 16-OCT-2001 (Rel. 40, Last annotation update) Breast cancer type 1 susceptibility protein homolog. BRCA1. Mus musculus (Mouse). Eukaryota; Metazoa; Chordata; Craniata; Vertebrata; Euteleostomi; Mammalia; Eutheria; Rodentia; Sciurognathi; Muridae; Murinae; Mus. NCBI_TaxID=10090; [1] SEQUENCE FROM N.A. STRAIN=C57BL/6; TISSUE=Embryo; MEDLINE=96177659; PubMed=8634697; Abel K.J., Xy J., Yin G.Y., Lyons R.H., Meisler M.H., Weber B.L.; "Mouse Brca1: localization sequence analysis and identification of evolutionarily conserved domains."; Hum. Mol. Genet. 4:2265-2273(1995).
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生物分子数据 高速增长
分子生物学 及相关领域研究人员 迅速获得最新实验数据
建立生物分子数据库
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生物信息数据库应满足5个方面的 主要需求：
（1）时间性 （2）注释
（3）支撑数据
（4）数据质量
（5）集成性
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Challenges of Large Databases
• Storage
– Indexing, physical layout, memory management
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五、结构数据库
蛋白质结构数据库 PDB 蛋白质结构分类数据库 SCOP 和 CATH
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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； 5. PDBsum数据库：PDB注释信息综合数据库，具有检索、 分析、可视化的功能。
LOCUS DEFINITION ACCESSION VERSION KEYWORDS SOURCE ORGANISM
REFERENCE AUTHORS TITLE
JOURNAL MEDLINE PUBMED
（二） 常用蛋白质序列数据库
SWISS-PROT (欧洲) PIR (美国)－ Protein Information Resource ExPASy－ expert protein analysis system
二级数据库包括：
由上述三类数据库和文献资料为基础构建的数据库。
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分子生物信息数据库
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三、基因组数据库 （genome databases）
基因组数据库的主体是模式生物基因组数据 库，此外基因组信息资源还包括染色体、基因 突变、遗传疾病、分类学等各种数据库。
GDB —— 人类（Homo sapiens）基因组 数据库 AceDB —— 线虫 (Caenorhabditis elegans) 基因组数据库
22 November 2010
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Database Growth
• Exponential growth in sequence data • Not much growth in sequence size • Expect exponential growth in annotation information What are we to do with all this data?
数据库 （1982）
DDBJ －日本遗传研究所的核酸数据库（1987）
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GenBank
•
•
Flat file format used by GenBank
– Annotation, author, version, etc.
Example (just the top)
MMU35641 5538 bp mRNA linear ROD 18-OCT-1996 Mus musculus Brca1 mRNA, complete cds. U35641 U35641.1 GI:1040960 . house mouse strain=C57Bl/6. Mus musculus Eukaryota; Metazoa; Chordata; Craniata; Vertebrata; Euteleostomi; Mammalia; Eutheria; Rodentia; Sciurognathi; Muridae; Murinae; Mus. 1 (bases 1 to 5538) Sharan,S.K., Wims,M. and Bradley,A. Murine Brca1: sequence and significance for human missense mutations Hum. Mol. Genet. 4 (12), 2275-2278 (1995) 96177660 8634698 19