蛋白质三维结构

基因表达调控分析
四个水平上的基因表达调控：转录水平、转录后水平、翻译水平、翻译后水平。
山东大学数学学院李国君教授： BOBRO – A BOTTLENECK BROCKEN TOOL FOR MOTIF FINDING Nucleic Acids Research (IF 7.5)
中国军事医学科学院欧阳曙光：生物信息学是研究生物信息的采集、处 理、储存、传布、分析和揭示的科学，它通过综合数学、计算机科学与 工程学、生物学的工具和技术，揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生 物学奥秘。
山东大学生院魏天迪：生物信息学是用计算机解决生物问题。
生物信息学的发展方向
一、算法、软件和数据库的开发 背景：数学、物理、计算机科学 例如：重复序列蛋白质模板拼接建模算法 EnsemLoc蛋白质亚细胞定位软件 TollML和LRRML数据库
Watson
Crick
Wilkins
Franklin
生物信息学的产生和发展
生物信息学产生的背景： • 1954年，Crick提出了中心法则“DNA -> RNA -> 蛋白质”；
生物信息学的产生和发展
生物信息学产生的背景： • 1966年，美国人Nirenberg和Khorana破译了全部遗传密码字典的64个 密码子。
1. 外部预测法 2. 从头预测法 3. 比较基因组法
基因预测
不与其他核酸序列进行比较，根据不同物种基因本身 的序列特征进行基因预测。
内含子 5‘GT…AG3’
1. 外部预测法 2. 从头预测法 3. 比较基因组法
基因预测
根据自然选择的原理，基因区域的变异率应该远低于 其他区域。很多物种的基因组已被完全测序，这样， 比较相关物种基因组，保守区也就是潜在的基因区。
生物信息学的产生和发展
生物信息学的萌生： • 1956年，美国田纳西州的盖特林堡召开了“生物学中信息理论研讨 会”； • 1979年，美国洛斯阿拉莫斯实验室建立了GenBank数据库； • 1982年，欧洲分子生物学实验室（EMBL）建立了核酸序列数据库； • 1984年，日本建立了核酸序列数据库DDBJ； • 90年代初，三大核酸数据库开始资源共享，联合成立了国际核苷酸序 列数据库； • 1987年，美国学者林华安首创了“bioinformatics”一词，“compbio” > “bioinformatique” -> “bio-informatics”；
生物信息学的产生和发展
人类基因组计划： • 1990年，国际人类基因组计划启动，预算30亿美元，被誉为生命科学 “阿波罗登月计划”，参与国：美、英、日、德、法； • 1997年，在耗费了巨额资金和一半预定时间之后，仅完成了3%的工作； • 1998年，Craig Venter创立Celera公司； • 1999年， Celera公司在无政府资助下，赶超了多国合作小组； • 1999年，中国加入多国合作小组，负责测定基因组全部序列的1％； • 2000年，在美国总统克林顿的协调下， Celera公司与多国合作小组合作， 宣布完成了人类基因组草图的90％； • 2001年，完成了人类基因组草图的99％， Celera公司与多国合作小组合 作几乎同时分别在Science和Nature上独立发表自己的草图； • 2003年，人类基因组序列图绘制成功，彻底完成。
二、算法、软件和数据库的应用 背景：生物、医学、化学 例如：Toll样受体结构与功能的研究 免疫应答信号通路中关键蛋白质的分子进化研究
生物信息学的研究对象
生物信息学
核酸
• 基因组测序 • 数据库 • 基因预测 • 转录调节预测 • 分子进化 • RNA二级结构预测
蛋白质
其他
• 数据库 • 二级/三维结构预测 • 对接 • 分子动力学模拟 • 分子设计 • 计算机辅助药物设计
生物信息学的定义
美国国家基因研究中心：生物信息学是一个代表生物学、数学和计算机 科学的综合力量的新兴学科。
美国乔治亚理工大学：生物信息学是采用数学、统计学和计算机等方法 分析生物学、生物化学和生物物理学数据的一门综合性学科。
美国密苏里大学：生物信息学是获知、管理和处理生物信息的科学与技 术。
美国加州大学洛杉矶分校：生物信息学是对生物信息和生物学系统内在 结构的研究，它将大量系统的生物学数据与数学和计算机科学的分析理 论及使用工具联系起来。
基因预测
1. 外部预测法 2. 从头预测法 3. 比较基因组法
基因预测
基于其他大量已知基因情况的核酸序列（基因组）， 对目标核酸序列进行相似性搜索。
基因预测
1. 外部预测法 2. 从头预测法 3. 比较基因组法
GENSCAN
不与其他核酸序列进行比较，根据不同物种基因本身 的序列特征进行基因预测。
什么是生物信息学
生物信息学的产生和发展
生物信息学产生的背景： • 1866年，奥地利人孟德尔根据实验结果提出了基因是以实物存在的假说；
生物信息学的产生和发展
生物信息学产生的背景： • 1871年，瑞士人Miescher从白细胞细胞核中分离出脱氧核糖核酸 （DNA）；
生物信息学的产生和发展
生物信息学产生的背景： • 1944年，美国人阿弗莱、麦克李沃和麦克卡三人通过实验证明DNA是 生物的遗传物质；
• 代谢网络 • 系统生物学 • 生物影像学
基因组测序
基因组测序
测序仪：2000年，荧光自动测序仪（第一代）；当前，高通量测序仪（第二代）
基因组测序
生物数据库
1. 核酸数据库 国际核苷酸序列数据库 2. 蛋白质数据库
=
3. 蛋白质结构数据库
4. 其他专项生物数据库
1. 外部预测法 2. 从头预测法 3. 比较基因组法
生物信息学的产生和发展
生物信息学产生的背景： • 1944年，美国人Chargaff发现DNA中鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）数量 相等，腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）数量相等；
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现代生命科学的诞生与发展
生物信息学产生的背景： • 1953年，英国人Watson和Crick在Nature杂志上发表了DNA的双螺旋 三维结构。 • 1962年， Watson，Crick和Wilkins因发现了DNA的双螺旋三维结构 共同获得了诺贝尔生理学医学奖。