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生物信息学复习资料

第一讲生物信息学绪论

1、生物信息学诞生于计算机初创时期，1956年在美国田纳西州的Gatlinburg召开了首次“生物学中的信息理论讨论会”

２、20世纪80年代末“林华安”博士创造了”bioinformatics”一词

３、数据库的构建：1979年美国Genbank数据库；1982年欧洲分子生物实验室EMBL核酸序列数据库；1984年日本国家级核酸序列数据库DDBJ

4、专业机构：1988年美国成立了“生物技术信息中心”（NCBI）；欧洲生物信息学研究所（EBI）于1993年构建．

5、生物信息学产生的背景

（１）、传统生物学和现代生物学都是一门实验学科，生物学的发展需要数学模型的介入（２）、海量生物学数据信息的产生（2002年8月，Genbank中的序列量已达18197000,而碱基对数达22617000000,且以每秒220对的速度增加），数据的分析处理成为生物学发展的“瓶颈”

（３）、新的生物学研究模式的出发点应是理论：从理论出发，再回到实验中追踪或验证这些理论假设

6、生物信息学定义

（广义）：应用信息科学的方法和技术，研究生物体系和生命过程中信息的存贮、信息的内涵和信息的传递，研究和分析生物体细胞、组织、器官的生理、病理、药理过程中的各种生物信息，或者也可以说成是生命科学中的信息科学。

狭义：应用信息科学的理论、方法和技术，管理、分析和利用生物分子数据。一般提到的“生物信息学”是就指这个狭义的概念，更准确地说，应该是分子生物信息学（Molecular Bioinformatics）

7、生物信息学研究的主要对象——两种信息载体：DNA分子和蛋白质分子

(1)遗传信息的载体——DNA

遗传信息的载体主要是DNA，控制生物体性状的基因是一系列DNA片段，生物体生长发育的本质就是遗传信息的传递和表达

(2)蛋白质的结构决定其功能

蛋白质功能取决于蛋白质的空间结构，蛋白质结构决定于蛋白质的序列（这是目前基本共认的假设），蛋白质结构的信息隐含在蛋白质序列之中。

8、生物分子数据类型：DNA序列数据、蛋白质序列数据、生物分子结构数据、生物分子功能数据、

9、第一步遗传密码和第二部遗传密码

第一部遗传密码已被破译，但对密码的转录过程还不清楚，对大多数DNA非编码区域的功能还知之甚少，对于第二部密码，目前则只能用统计学的方法进行分析。无论是第一部遗传密码，还是第二部遗传密码，都隐藏在大量的生物分子数据之中。

10、分子生物学的三大核心数据库

（1）GenBank核酸序列数据库

（2）SWISS-PROT蛋白质序列数据库

（3）PDB生物大分子结构数据库

11、生物信息学的目标和任务：揭示生物分子数据的内涵是生物信息学的长远目标

（1）收集和管理生物分子数据

（2）数据分析和挖掘

（3）开发分析工具和实用软件

12、生物信息学主要研究内容

1)破译遗传语言、识别基因

2)预测蛋白质结构和功能

3)认识生物界信息存贮和传递的本质

4)研究药物作用机制和开发新药

13、目前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)基因表达数据的分析与处理

5)蛋白质结构预测

14、在二级结构预测方面主要方法有：

立体化学方法、图论方法、统计方法、最邻近决策方法、基于规则的专家系统方法、分子动力学方法、人工神经网络方法

15、生物信息学研究意义

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）在医学上的重要意义

为疾病的诊断和治疗提供依据，为设计新药提供依据

16、生物信息学的应用

•生物信息的经济价值与生物信息学市场

•基因组分析

•基因芯片

•药物开发

•其他领域

17、生物信息学基本研究方法

•建立数据库

•数据库检索

•序列分析

•统计模型

•算法

第二讲 生物学知识简介(Part 1)

1、现代生物学的里程碑——DNA 双螺旋结构的发现 DNA ：遗传物质

Mendel 的经典遗传学实验及其经典遗传学规律（1865年） Morgan 学派的基因学说（1915年）

Griffith 的肺炎双球菌转化实验（1928年） Avery 的实验以及Hershey 、Chase 的噬菌体标记实验：DNA 是遗传信息的载体（1944～1951年）

2、DNA 双螺旋结构模型的意义

1) 为合理解释遗传物质的各种功能、解释生物的遗传和变异、揭示自然界色彩纷纭的

生命现象奠定了理论基础；

2) 揭示了生命世界多样性和生命本质的一致性的辨正统一； 3) 现代生命科学的里程碑。 3、生物分类体系

界（kingdom ） 动物界(Animalia )

门（phylum ） 脊索动物门(Chordata ) 脊椎动物亚门(Vertebtata )

纲（class ） 哺乳动物纲(Mammalia ) 真兽亚纲(Eutheria ) 目（order ） 灵长目(Primates ) 类人猿亚目(Anthropoidea ) 科（family ） 人科(Hominidae ) 属（genus ） 人属(Homo ) 种（species ） 人种(sapiens ) 超-（super-）；亚-（sub-）

4、三主干六界说：三主干是真细菌、古细菌和真核生物，六界是真细菌、古细菌、原生生物、 真菌、植物、动物

5、四大“模式生物”：酵母、线虫、果蝇、小鼠

6、

氨基酸标准符号

符号符号酪氨酸Y(Tyr)赖氨酸K(Lys)谷氨酸/谷氨酰胺

Z

亮氨酸L(Leu)甲硫氨酸

M(Met)

色氨酸W(Trp)异亮氨酸I(Ile)缬氨酸V(Val)组氨酸H(His)硒代半胱氨酸

U 甘氨酸G(Gly)苏氨酸T(Thr)本丙氨酸F(Phe)丝氨酸S(Ser)谷氨酸E(Glu)精氨酸R(Arg)天冬氨酸D(Asp)谷氨酰胺Q(Gln)半胱氨酸C(Cys)脯氨酸P(Pro)天冬氨酸/天冬酰胺

B 天冬酰胺N(Asn)丙氨酸

A(Ala)意义

意义