生物信息学课程教学大纲

《生物信息学》课程教学大纲

适用对象：生物工程、生物技术等专业学生

(学分：2学分学时：36)

一、课程的性质和任务

生物学与信息科学是当今世界上发展最迅速、影响最大的两门科学。而这两门科学的交叉融合形成了广义的生物信息学，正以崭新的理念吸引着科学家的注意。生物信息学(Bioinformatics)是生命科学领域中的新兴学科，面对人类基因组计划所产生的庞大的分子生物学信息，生物信息学的重要性将越来越突出，它无疑将会为生命科学的研究带来革命性的变革。它是综合利用生物学、数学、物理学、信息科学以及计算机科学等诸多学科的理论方法的崭新交叉学科。

本课程主要讲授生物信息学的基本概念和研究内容、方法及其应用等的基本知识，学习从Internet如何获取、处理、存储、分配和解释基因组信息，并应用计算机软件进行蛋白空间结构模拟和预测，以便发掘和造就学生跨学科学习的本领。生物信息学已成为整个生命科学发展的重要组成部分，成为生命科学研究的前沿。

生物信息学是生物工程和生物技术专业的选修课程，适宜于已有生物化学和分子生物学基础的学生。本课程以多媒体教学为主，课堂辅助答疑为辅；结合网上资源和课程软件，基本上实现学生不限时段的网上学习、在线交流等功能。

二、教学内容和要求

绪论

目的：了解本课程的研究对象、内容和方法以及国内研究的领军人物。

内容：本课程的研究对象和内容；学科发展史；主要研究方法；国内研究的领军人物。要求：1 了解本课程研究对象、内容和学科发展史；2 理解本课程的主要研究方法；

3 对国内的一些研究团体和领军任务有所了解。

第一章生物信息学的基础知识

目的：掌握生物信息学所需的生物学、计算机科学和网络知识。

内容：生物学知识包括：细胞的分类和亚结构、中心法则、基因和基因组、蛋白质的结构层次（从一级结构到无级结构）、蛋白质组学、核酸的结构和功能、密码子的特征；计算机知识主要包括数据库的基本知识、网络的域名、Ftp服务以及生物信息学常见的一些ftp服务。

要求：1 了解细胞的分类和亚结构、中心法则、基因和基因组、蛋白质的结构层次（从一级结构到五级结构）、蛋白质组学、核酸的结构和功能、密码子的特征等生物学基础知识；2 理解这些生物学知识在生物信息学中的重要性；3 理解数据库的基本知识、网络的域名、Ftp服务以及生物信息学常见的一些ftp服务；4 熟练掌握利用数据库资源进行数据检索和查询。

第二章生物信息学相关数据库资源介绍

目的：了解生物信息学常见的数据库资源，掌握NCBI等重要网站的使用。

内容：核酸及其相关数据库（序列数据库、基因组相关数据库、核酸三维结构数据库、其他）；蛋白质相关数据库（序列数据库、蛋白质三维结构数据库、蛋白质组数据库（二维凝胶电泳数据库）、信号传导及蛋白质-蛋白质相互作用相关数据库、DNA和蛋白质相互作用数据库）；基因或蛋白质一些特定数据库；糖类及其相关数据库；蛋白质翻译后修饰相关数据库；基因表达数据库；人类基因突变及疾病相关数据库；进化相关数据库及资源专利数据库；资源目录服务器或网页。

要求：1 了解数据库的分类以及各级数据库的特种和优缺点；2 理解核酸及相关数据库的特点及其应用；3 理解蛋白质及相关数据库的特点及应用；4 熟练掌握NCBI/EMBL/DDBJ/SWISS-PROT等常见数据库的使用；5 了解其它类型的数据库的一些基本网址；6 了解常见序列的ftp下载的地址及方法。

第三章序列比对

目的：掌握双序列必对、多序列必对的软件操作方法及结果的评估。

内容：在生物学研究中，将未知序列同已知序列进行比较分析已经成为一种强有力的研究手段，生物学领域中绝大部分问题在计算机科学领域中主要体现为序列或字符串的问题，双序列比对（Pairwise Sequence Alignment ）、多序列比对（Multiple Anlignment ）的定义、计算方法以及常用实现序列必对的软件使用方法以及核酸序列的分析。

要求：1了解序列必对的定义、计算方法以及用途；2 掌握CLUSTALW等软件的使用方法；3 掌握基于双序列必对的BLAST/FASTA等网络搜索工具的使用。4 了解BLAST/FASTA等网络搜索结果的评估；5 理解调和序列的定义以及调和序列产生的依据；6掌握核酸序列分析常见的方法及手段；8了解部分基因组数据库的使用及功能基因组的生物信息学分析。

第四章系统发育分析

目的：了解系统发育分析的原理和应用以及常用软件和数据库的使用。

内容：系统发育分析的理论基础及基本概念，系统发育树构建方法，常见系统发育软件及使用。

要求：1 了解进化、分子钟假说和中性进化理论，了解相似性、同源性和同一性的含义；2 了解系统发育树构建的几种方法；3 掌握PHYLIP等常用软件的使用方法。

第五章基于细菌16S rDNAs 系统发育分析及系统发育树的构建

目的：掌握基于细菌16S rDNAs 系统发育分析及系统发育树构建的方法及策略。

内容：16S rDNA 的PCR扩增的方法，用于系统发育分析的免费软件及数据库，利用RDP网站和phylip程序构建系统发育树。

要求：1 理解16S rRNA在用于细菌鉴定中的重要作用；2 理解PCR扩增的原理和过程；3 熟悉用于系统发育分析的免费软件和数据库的使用和查询；4 掌握利用RDP（小核糖体网站）进行系统发育分析的操作方法，5. 掌握利用PHYLIP 程序构建系统发育树的过程以及在用于其它分子进化分析中的应用。

第六章蛋白质序列分析

目的：掌握蛋白质序列分析的流程以及策略和常用软件和数据库的使用。

内容：蛋白质序列分析的意义和目的；蛋白质基本性质预测；蛋白质二级结构预测；蛋白质三级结构预测；蛋白质功能预测。

要求：1 了解蛋白质序列分析的意义和目的；2 熟练掌握蛋白质基本性质和二级结构的预测；3 掌握蛋白质三级结构预测的流程以及常见的预测方法；4 了解蛋白质功能预测的一般步骤的策略。

第七章蛋白质序列分析实例

目的：以1,3－丙二醇脱氢酶结构预测及分子进化分析说明蛋白质分析的一般流程和方法。

内容：1,3－丙二醇脱氢酶的重要作用；该酶氨基酸序列的获得和基本性质的预测、二级结构的预测、分子进化分析、三级结构预测及功能预测。

要求：1了解1,3－丙二醇脱氢酶的重要作用；2 了解蛋白质的氨基酸序列的获取方法；3 掌握蛋白基本性质、二级结构和三级结构的预测；4 了解蛋白质功能预测的策略和流程。

第八章生物芯片

目的：使学生了解生物芯片的制作原理、数据采集和解析以及在现代生物学中的应用。内容：分子杂交的基础知识；生物芯片的定义和制作；生物芯片数据分析；生物芯片的用途。

要求：1理解分子杂交的基本知识。2掌握生物芯片的定义和制作的过程。3理解生物芯片数据分析的方法及仪器。4 了解生物芯片在现代生物学中的应用前景及领域。

第九章生物信息学与药物设计

目的：了解药物设计的基本原理和生物信息学在药物设计中的重要作用。

内容：药物设计的理论基础；已知受体结构的药物设计；未知受体结构的药物设计；药物设计与组合化学的关系，药物设计和生物信息学的关系。

要求：1了解药物设计的理论基础。2掌握已知受体结构和未知受体结构的药物设计的不同策略。3了解结构信息学进行药物设计的一般过程。4了解生物信息学在药物设计中的巨大作用。