生物信息学及其发展历史.
生物信息学_复习题及答案(打印)
一、名词解释：1.生物信息学：研究大量生物数据复杂关系的学科，其特征是多学科交叉，以互联网为媒介，数据库为载体。
利用数学知识建立各种数学模型; 利用计算机为工具对实验所得大量生物学数据进行储存、检索、处理及分析，并以生物学知识对结果进行解释。
2.二级数据库：在一级数据库、实验数据和理论分析的基础上针对特定目标衍生而来，是对生物学知识和信息的进一步的整理。
3.FASTA序列格式：是将DNA或者蛋白质序列表示为一个带有一些标记的核苷酸或者氨基酸字符串，大于号（>）表示一个新文件的开始，其他无特殊要求。
4.genbank序列格式：是GenBank 数据库的基本信息单位，是最为广泛的生物信息学序列格式之一。
该文件格式按域划分为4个部分：第一部分包含整个记录的信息（描述符）；第二部分包含注释；第三部分是引文区，提供了这个记录的科学依据；第四部分是核苷酸序列本身，以“//”结尾。
5.Entrez检索系统：是NCBI开发的核心检索系统，集成了NCBI的各种数据库，具有链接的数据库多，使用方便，能够进行交叉索引等特点。
6.BLAST：基本局部比对搜索工具，用于相似性搜索的工具，对需要进行检索的序列与数据库中的每个序列做相似性比较。
P947.查询序列（query sequence）：也称被检索序列，用来在数据库中检索并进行相似性比较的序列。
P988.打分矩阵（scoring matrix）：在相似性检索中对序列两两比对的质量评估方法。
包括基于理论（如考虑核酸和氨基酸之间的类似性）和实际进化距离（如PAM）两类方法。
P299.空位（gap）：在序列比对时，由于序列长度不同，需要插入一个或几个位点以取得最佳比对结果，这样在其中一序列上产生中断现象，这些中断的位点称为空位。
P2910.空位罚分：空位罚分是为了补偿插入和缺失对序列相似性的影响，序列中的空位的引入不代表真正的进化事件，所以要对其进行罚分，空位罚分的多少直接影响对比的结果。
生物信息学的发展历程和应用情况
生物信息学的发展历程和应用情况随着计算机技术、生物学研究方法及数据采集方法的进步，生物信息学逐渐崭露头角。
生物信息学是一门交叉学科，它将计算机科学、统计学、生物学和化学等多个领域的知识整合起来，应用于生物数据的分析和理解，旨在帮助生物学家探索生命的奥秘。
本文将介绍生物信息学的发展历程和应用情况。
一、生物信息学的历史生物信息学最早起源于20世纪60年代。
当时，基因组学和蛋白质组学开始引起生物学家的关注。
由于基因组和蛋白质组数据太过庞大，传统的生物学研究方法远远不够高效。
生物学家开始尝试使用计算机分析这些数据，深入研究生命体系结构和功能。
在20世纪70年代，出现了一种新型的人工智能技术——“专家系统”，它能够与人类专家类似地推理和解决问题。
生物学家开始使用这种系统分析生物数据，并取得了一系列重要的成果。
此外，20世纪80年代，高通量技术的出现使得生物学数据的处理速度和质量得到了极大提升。
这也推动了生物信息学的发展。
二、生物信息学的应用1. 基因组学生物信息学在基因组学中的应用非常广泛。
通过基因组测序技术获取基因组序列数据，通过生物信息学技术对基因组序列进行分析和挖掘，可以识别出基因、启动子、转录因子结合位点等基因组特征。
通过比较不同物种的基因组序列可以发现物种之间的亲缘关系，并推断是否存在某些共同的祖先。
2. 蛋白质组学生物信息学在蛋白质质谱分析中也有应用。
通过蛋白质质谱数据分析算法，可以扫描蛋白质中所有已知的肽段序列，并计算它们与质谱数据的相似度，从而推断蛋白质的氨基酸序列。
这种方法可以帮助研究蛋白质在细胞内的位置、互作关系、表达水平等方面。
3. 药物研发生物信息学在药物研发中也有广泛应用。
药物的研发需要寻找合适的分子靶点，确定药物和靶标的相互作用方式。
生物信息学技术可以通过分子对接、蛋白质结构与功能分析等方法来预测分子靶点和药物作用方式。
4. 生物多样性研究生物信息学技术也可以帮助研究生物多样性。
生物工程技术的历史演变
生物工程技术的历史演变生物工程技术的历史可以追溯到古代，人类利用自然界的生物资源进行实践探索，例如农业的发展与动植物的驯化。
然而，现代生物工程技术的突飞猛进与跨越式发展主要发生在近几十年。
1. 前现代时期的生物工程技术在前现代时期，尽管人们没有对生物工程技术有明确的认知，但是人类已经开始利用遗传性状进行育种。
世界各地的农民通过选择繁殖最有利的动植物，来改良他们的品种。
例如，古埃及人通过驯化和培育来改进小麦品种。
然而，由于对基因和遗传原理的认识有限，这些实践是基于经验和观察进行的。
2. 生物技术的现代起步（20世纪初）20世纪初，生物学的发现以及对基因的进一步了解推动了生物工程技术的现代起步。
在这一时期，科学家开始深入研究并提取细胞的基本单位，包括DNA和蛋白质。
例如，1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克提出了DNA的双螺旋结构。
这项突破性的研究为后来的生物工程技术奠定了基础。
3. 基因工程的崛起（1970年代）20世纪70年代，基因工程的崛起标志着生物工程技术迈向了一个新的阶段。
科学家们开始构建基因库并进行基因重组，通过将来自不同物种的基因组合在一起，创建具有新功能的重组DNA。
1973年，斯坦利·科恩和赫伯特·J·鲍尔纳提出了基因重组技术，这使得人们能够将外源基因插入到宿主生物的基因组中。
随着基因工程的发展，许多重要的突破达到了：- 1975年，科学家开始使用限制性内切酶，这是一种能够切割DNA 的酶，用于DNA分子的识别和处理。
- 1977年，弗雷德里克·桑格提出了DNA测序技术，这项技术能够确定DNA中的碱基序列。
- 1983年，考纳·伯图拉和杨恩·伍德曼首次提出了聚合酶链式反应(PCR)技术，该技术能够在短时间内扩增DNA片段。
这些重要的技术突破为基因工程的研究提供了强有力的工具，同时也对医学、农业和环境等领域带来了深远的影响。
生物信息学认识
浅谈生物信息学一、生物信息学产生的背景有人说，基于序列的生物学时代已经到来，尽管对“序列生物学”这一提法可能有所争议，但是今日像潮水般涌现的序列信息却是无可争辩的事实。
自从1990年美国启动人类基因组计划以来，人与模式生物基因组的测序工作进展极为迅速。
迄今已完成了约40多种生物的全基因组测序工作，人基因组约3x109碱基对的测序工作也接近完成。
至2000年6月26日，被誉为生命“阿波罗计划”的人类基因组计划，经过美、英、日、法、德和中国科学家的艰苦努力，终于完成了工作草图，这是人类科学世上又一个里程碑式的事件。
它预示着完成人类基因组计划已经指日可待。
截止目前为止，仅登录在美国GenBank数据库中的DNA序列总量已超过70亿碱基对。
在人类基因组计划进行过程中所积累起来的技术和经验，使得其它生物基因组的测序工作可以完成得更快捷。
可以预计，今后DNA序列数据的增长将更为惊人。
生物学数据的积累并不仅仅表现在DNA序列方面，与其同步的还有蛋白质的一级结构，即氨基酸序列的增长。
此外，迄今为止，已有一万多种蛋白质的空间结构以不同的分辨率被测定。
基于cDNA 序列测序所建立起来的EST数据库其纪录已达数百万条。
在这些数据基础上派生、整理出来的数据库已达500余个。
这一切构成了一个生物学数据的海洋。
可以打一个比方来说明这些数据的规模。
有人估计，人类（包括已经去世的和仍然在世的）所说过的话的信息总量约为5唉字节（1唉字节等于1018字节）。
而如今生物学数据信息总量已接近甚至超过此数量级。
这种科学数据的急速和海量积累，在人类的科学研究历史中是空前的。
数据并不等于信息和知识，但却是信息和知识的源泉，关键在于如何从中挖掘它们。
与正在以指数方式增长的生物学数据相比，人类相关知识的增长（粗略地用每年发表的生物、医学论文数来代表）却十分缓慢。
一方面是巨量的数据；另一方面是我们在医学、药物、农业和环保等方面对新知识的渴求，这些新知识将帮助人们改善其生存环境和提高生活质量。
生物学的历史和科学发展
阐述了物种起源和生物进化的机制，对人们认识自然界和生命
现象产生了深远影响。
遗传学的诞生
03
研究生物遗传和变异的规律，为现代生物技术和医学领域的发
展奠定了基础。
生物学在近代科学体系中地位
自然科学的重要分支
生物学作为自然科学的重要分支，与其他学科相互渗透、相互促 进。
引领科技进步
生物学领域的重大发现和理论突破，不断引领着科技进步和社会发 展。
生态系统及环境保护意识觉醒
01
生态系统结构与功能的认识
揭示了生物群落之间以及生物与环境之间的相互作用和依存关系。
02
生物多样性的保护
意识到生物多样性对于维持生态平衡和人类生存的重要性，推动了全球
范围内的生物多样性保护行动。
03
环境污染与生态破坏的应对
针对环境污染和生态破坏问题，发展了环境监测、生态修复等技术手段
分子生物学等新兴学科的崛起
20世纪以来，分子生物学等新兴学科迅速崛起，成为生物学研究的前沿领域。这些新兴学科的 发展，为揭示生命本质和解决生物学问题提供了强有力的工具和方法。
生物学在近代科学发展中地
02
位
近代自然科学革命背景
01 文艺复兴时期的思想解放
强调人的价值和自然探索，为自然科学发展奠定 基础。
合成生物学的兴起
通过设计和构建人工生物系统，实现对生物过程 的定制和优化，为生物制造和生物能源等领域提 供了新的技术手段。
生物技术在医疗领域的应用
包括基因治疗、细胞治疗、生物药物等在内的新 型医疗技术不断涌现，为疾病治疗和健康管理提 供了更多选择和可能。
04
当代生物学前沿问题及挑战
基因编辑与伦理道德问题探讨
生物学在生态环境保护中发挥着重要作用，如生物多样性保护、生态系统恢复等。
生物信息学的发展与趋势
生物信息学的发展与趋势在现代生命科学的发展过程中，人们通过不断地研究和探索，已经逐渐认识到了生物信息学在该领域的重要性和影响力。
生物信息学是一门较为年轻的交叉学科，它将数学、信息科学、计算机科学等多学科的方法和技术与生物学相结合，成功地促进了生命科学的研究和应用，同时也带来了新的机遇和挑战。
本文将从生物信息学的概念、历史发展、技术方法和未来趋势等几个方面进行阐述。
一、生物信息学的概念生物信息学是一门研究利用计算机技术处理和分析生物学数据的学科，它的研究内容主要包括生物信息的收集、存储、管理、分析、可视化等方面。
在生物学领域，生物信息学已经成为了处理和分析生物学研究数据的主要手段，尤其是随着高通量测序技术和大规模生物样品库的建立，生物信息学的应用前景更是被看好。
二、生物信息学的历史发展生物信息学的历史可以追溯到上世纪60年代，当时科学家们已经开始通过计算机技术来研究蛋白质结构和DNA序列等生命科学中的问题。
此后，生物信息学得以得到迅速发展，1980年代末期，生物信息学在生命科学领域中的应用已经成为一个备受关注的热门话题。
在1990年代，人类基因组计划的启动和实施加速了生物信息学的发展。
这个计划的宣布，推动了生物信息学技术的研究和实践，尤其是在基因序列方面的研究，大大促进了生物信息学的发展和应用。
同时，这也加速了生命科学领域的发展和对安全、药物、食品、能源等关键问题的解决。
随着新一代测序技术的出现，生物信息学得以得到进一步发展。
例如，Illumina、IonTorrent、PacBio、Nanopore等常见的测序方式，使得研究人员们可以迅速、精确的获取大量的基因组序列信息，这一进步不仅带来了标志性的技术变革，而且也推进了医学、药学等重要领域对于相应的基础研究进展。
三、生物信息学的技术方法生物信息学的技术方法主要包括基础的生物计算、生物物理学、生物科学、以及DNA、RNA和蛋白质等生物学大分子的结构、功能和互作关系的研究分析。
现代生物学发展历史论文
现代生物学发展历史论文
生物学作为一门学科已经有着悠久的历史。
然而，现代生物学的发展却是一个囊括多个学科、涵盖广泛领域的深刻变革过程。
本文将从生物学的历史发展角度探讨现代生物学的演变历程。
生物学的起源可以追溯到古代，古人对自然界的观察和研究奠定了生物学的基础。
随着科学技术的发展，18世纪和19世纪
是生物学发展的黄金时期。
达尔文的进化论和门德尔的遗传学理论为生物学奠定了理论基础。
20世纪以来，生物学迅速发展，分子生物学、细胞生物学、基因工程等学科的出现极大地推动了生物学的发展。
随着基因组学和生物信息学的兴起，生物学的研究逐渐深入到细胞和分子水平。
人类基因组计划的实施为人类疾病研究提供了重要数据。
生物技术的发展使得基因工程、细胞工程等成为可能，为生物学的应用提供了新的途径和方法。
生物学的多领域融合和互相渗透也成为现代生物学的一大特点。
生物学和化学、物理、计算机科学等学科之间的交叉融合推动了生物学研究的进一步发展。
现代生物学已经不再局限于研究个体生物，而是将目光拓展到了整个生态系统、生存环境和生物多样性。
在生物学发展的过程中，尊重生命、尊重自然、尊重科学方法是永恒的主题。
在面对日益严峻的环境问题和生物多样性保护挑战时，现代生物学有着重要的作用和责任。
只有通过科学研究和全球合作，我们才能更好地理解生命、保护生态环境，实
现人类与自然的和谐共存。
生物学的发展历程永无止境，我们期待着未来生物学的更多突破与创新。
chapter2-生物信息学相关的生物学基础
03
生物分子学基础
生物分子的定义与分类
总结词
生物分子是构成生命体的基本物质，包括蛋白质、核酸、糖 类、脂质等。
详细描述
生物分子是具有生物活性的有机分子，是生命活动所必需的 。根据其组成和结构，生物分子可以分为蛋白质、核酸、糖 类、脂质等不同类型。这些分子在细胞内发挥着各自独特的 作用，共同维持着生命体的正常运转。
生物学的发展历程
古典生物学
古典生物学阶段主要关注对生物体的形态和分类， 代表人物有林奈和居维叶。
实验生物学
实验生物学阶段开始使用实验方法研究生物体， 代表人物有巴斯德和孟德尔。
分子生物学
分子生物学阶段开始从分子水平研究生物体的结 构和功能，代表人物有沃森和克里克。
生物学的主要分支
动物学
微生物学
研究动物的形态、分类、生态和行为 等。
表型组学
研究生物体表型特征的学科。
生物信息学在表型组学中的应用
对表型数据进行处理、分析和解释，包括表型关联分析、表型预测 模型构建等。
表型组学与生物信息学的关系
表型组学依赖于生物信息学方法进行数据处理和解析，生物信息学 为表型组学提供了强大的技术支持和工具。
THANKS
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核酸的结构与功能
总结词
核酸的功能主要是作为遗传信息的载体和蛋白质合成的模板。
详细描述
核酸是遗传信息的载体，负责编码生命活动所需的各种蛋白质。DNA通过转录过程将 遗传信息传递给RNA，然后RNA作为模板指导蛋白质的合成。此外，RNA还可以作为 信号分子、酶等活性物质参与细胞内的多种生化反应和信号转导过程。因此，核酸的结
Chapter2-生物信息学相关 的生物学基础
• 生物学基础概述 • 遗传学基础 • 生物分子学基础 • 细胞生物学基础 • 生物信息学在生物学中的应用
生物学概况和发展历史(一)
生物学概况和发展历史（一）引言：生物学是研究生命现象和生命体系的科学，它包括了生物体结构、功能、进化、生物多样性以及生物与环境的相互作用等方面的研究。
随着科学技术的进步，生物学在过去几个世纪中取得了巨大的进展。
本文将介绍生物学的概况和发展历史，以帮助读者更好地理解这一学科的重要性和研究方向。
正文：一、生物学的定义和范围1. 定义：生物学是一门研究生命现象和生命体系的学科，它主要关注生物体的结构、功能和相互关系。
2. 范围：生物学的研究范围包括植物学、动物学、微生物学以及人类生物学等各个领域。
二、生物学的历史发展1. 古代生物学：古代人类对生物现象的观察和研究，为生物学的发展奠定了基础。
2. 中世纪到启蒙时期：生命的起源和进化的理论逐渐形成，奠定了生物学的理论基础。
3. 进化论的兴起：达尔文的进化论对生物学的发展产生了深远的影响。
4. 分子生物学的突破：DNA结构的解析和基因的发现，引领了生物学的新方向。
5. 现代生物学的发展：生物技术的进步、生物信息学的应用以及生态学的兴起，推动了生物学的快速发展。
三、生物学的重要理论和研究方法1. 细胞学理论：生物体是由细胞构成的，细胞结构和功能是生物体研究的基础。
2. 遗传学理论：基因是遗传信息的载体，基因的遗传规律是生物遗传的基础。
3. 进化论：生物种群的适应性变化和物种的起源与演化是生物进化的核心理论。
4. 实验方法：通过实验观察和控制条件，从而验证和推论生物学的理论。
5. 分子生物学技术：如PCR、蛋白质酶解、基因克隆等技术，为生物学研究提供了有力工具。
四、生物学的应用领域1. 医学和药物研发：生物学在疾病的诊断和治疗上发挥着重要作用。
2. 农业和食品安全：生物学的研究有助于提高农作物产量和质量，保障食品安全。
3. 生态保护和环境监测：生物学的知识可以帮助我们更好地保护自然环境和生物多样性。
4. 生物工程和生物技术：通过改造生物体的基因和调控代谢途径，创造新的生物产物和能源。
生物信息学
13
（二）基因组时代的生物信息学
以基因组计划的实施为标志的基因组时代（1990年至2001年） 是生物信息学成为一个较完整的新兴学科并得到高速发 展的时期。这一时期生物信息学确立了自身的研究领域 和学科特征，成为生命科学的热点学科和重要前沿领域 之一。 这一阶段的主要成就包括大分子序列以及表达序列标签 （expressed sequence tag，EST）数据库的高速发展、 BLAST（basic local alignment search tool）和FASTA （fast alignment）等工具软件的研制和相应新算法的提 出、基因的寻找与识别、电子克隆（in silico cloning）技 术等，大大提高了管理和利用海量数据的能力。
16 U. Wash (Hood LAB) 14,15
人类基因组计划准备用15年时 间投入30亿美元，完成人全部 24(22+X+Y)条染色体中3.2×109个 碱基对的序列测定，主要任务包 括做图（遗传图谱＼物理图谱以 及转录图谱的绘制）、测序和基 因识别，其根本任务是解读和破 译生物体的生老病死以及与疾病 相关的遗传信息。
Non-coding DNA 约60% 约40% 分散重复序列
假基因
基因片段
内含子
串联重复序列/ 成簇重复序列
估计10万→最初公布3.5万→目前研究确定2.45万
24
结构基因组学时期
生物信息学的研究
25
主要的数据库资源
核酸序列数据库主要有GenBank, EMBL, DDBJ等. 蛋白质序列数据库主要有SWISS-PROT, PIR, TrEMBL等，
21
我国对人类基因组计划的贡献
No Center Region 1,6,9,10,13,20,22,X (Clones from Wash U) 2,3,4,7,11,15,18,Y 5,16,19 1,2,3,X 21,18,11q 8,21,X Most of 14 3p 10 17,21,X 21, reg of 9 8 2,6,8,22,21 Total 900 250 230 160 50 85 30 50 6.9 6 23 30 2671 2671Mb 11 27 4663Kr 2950Kr 75 Size(Mb) 850 6/1-8/31/99 Actual K 1300 837 865 687 462 136 180 100 12.5 5 40 12 Projected Kr Proj Accum. Genbank Kr 4/1-11/30/99 Mr. 4/99-3/00 941 296 559 461 261 195 32 118 12.5 4200 2900 2300 2100 660 520 180 300 >100 150 40 50 137 110 40 13687Kr >12 8 7.9 6.4 3.1 2.1 1.5 1.4 0.5 0.45 0.3 0.3 0.29 0.23 0.17 32.64Mr 1 Sanger Centre 2 WIBR 3 Wash U 4 JGI 5 Baylor 6 Riken 7 IMB 8 Genoscope 9 U. Wash (Olson) 10 Beijing 11 GTC (Smith) 12 MPIMG 13 GBF 14 Stanford (Davis) 15 Keio
生物信息学简介
生物信息学简介一. 生物信息学诞生的历史必然性生物信息学（Bioinformatics）就其萌生而言，是一门相当古老的学科，因为早在计算机初创期的1956年就已经在美国田纳西州的Gatlinburg召开过首次“生物学中的信息理论讨论会”；而就其发展而言，却是一门相当年轻的学科，因为继20余年的沉默之后，只有伴随着八九十年代计算机技术的迅猛发展，它才同时得以获得自身的大发展。
无论从理论上来讲还是从现实情况来看，生物信息学的实质就是利用计算机科学和网络技术来解决生物学问题。
它的诞生和发展是应时所需，是历史的必然，已经悄然渗透到生物科学的每一个角落，以至人们在意识到它的存在之前就已经离不开它了！二十世纪尤其是末期，生物科学技术的迅猛发展，无论从数量上还是从质量上，都极大地丰富了生物科学的数据资源，数据资源的急剧膨胀首先迫使我们不得不考虑寻求一种强有力的工具去组织他们，以利于对已知生物学知识的储存和进一步加工利用。
大量多样化的生物学数据资源中必然蕴含着大量重要的生物学规律，这些规律是我们解决许多生命之谜的关键所在，然而继续沿用传统手段以人脑来分析如此庞杂的数据实在是太勉为其难了！人们同样需要寻求一种强有力的工具去协助人脑完成这些分析工作。
可以说，伴随着二十一世纪的到来，生物科学的重点和潜在的突破点已经由二十世纪的试验分析和数据积累转移到数据分析及其指导下的试验验证上来，生物科学也正在经历着一个从分析还原思维到系统整合思维的转变。
那么，我们所寻求的那种强有力的数据处理分析工具就成为未来生物科学的关键所在；似乎是上帝的恩赐，伴随着生物科学这一需求的加剧，以数据处理分析为本质的计算机科学技术和网络技术同样获得了突飞猛进的进展,自然就成为生物科学家的必然选择，计算机科学技术和网络技术日益渗透到生物科学的方方面面，一门崭新的、正是如火如荼的、拥有巨大发展潜力的生物信息学也就悄然而坚定地发展和成熟起来了！可以说，历史必然性的选择了生物信息学——生物科学与计算科学的融合体——作为下一代生物科学研究的重要工具。
生物信息学的发展与前景
生物信息学的发展与前景引言生物信息学是一门交叉学科，结合了生物学、计算机科学和数据分析等领域的理论和技术。
自从人类完成了第一个基因组测序以来，生物信息学便逐渐成为生物医学研究领域中不可或缺的一部分。
本文将探讨生物信息学的发展历程、现状和未来的发展方向。
历史发展20世纪初，人类对于生命科学的理解还处于发展初期。
当时，对于生命科学领域的探索几乎都是通过传统实验手段来完成的。
然而，随着计算机的出现和普及，人们开始想办法将计算机应用于生命科学研究。
1960年代，生物信息学开始成为一个相对独立的学科。
随着DNA分子生物学的兴起，信息学也逐渐成为生命科学领域之一的热门研究方向。
而在1990年代人类完成了人类基因组测序的阶段性成果，生物信息学领域进入了一个崭新的历史时期，直至今日，生物信息学在生命科学领域中发挥了越来越重要的作用。
现状在当前已经完成的多个基因组序列中，华人基因组、酵母菌基因组、小鼠基因组和玉米基因组，全世界共有72个物种的基因组被完整地测序。
这使得科学家们可以在分子层面上探究和理解生命现象，了解基因的生成和编码方式，基因调控机制和基因表达模式等信息。
此外，生物信息学领域中，序列分析、结构分析、功能预测和代谢通路研究等方面的探索和进展，也为生命科学研究提供了更多的理论基础和分析工具。
未来发展生物信息学领域已经成为了生命科学领域中不可或缺的一部分，未来的发展也是值得期待和关注的。
在数据分析的领域，机器学习算法、深度学习模型等技术能够为生物信息学的研究提供新的思路。
精准医学和个性化医疗的出现，促进了生物信息学在医药领域中的平台化应用。
在作为计算生物学领域中的重要工具，基因编辑技术、DNA合成技术、单细胞测序技术的不断进步，也会极大地推动着生物信息学的研究方向和研究方法的不断创新和发展。
结语生物信息学领域凭借其丰富的理论知识和独特的技术手段，为生命科学领域提供了重要的研究工具和平台。
随着新技术和新方法的不断涌现，生物信息学的研究和应用也不断扩展和深化。
生物信息学概论-1资料文档
国际著名的生物信息中心
NCBI EBI HGMP ExPASy CMBI ANGIS NIG BIC
National Center for Biotechnology Information (US) European Bioinformatics Institute (EU) Human Genome Mapping Project Resource Centre (UK ) Expert of Protein Analysis System (Switzerland ) Centre of Molecular and Biomolecule (The Netherlands) National Genome Information Service (Australia) National Institute of Genetics (Japan) National Bioinformatics Centre (Singapore)
2001年2月16日《Science》封面
1999.7 第5届国际公共领域人类基因组测序会议，加快测序速度 2000 Celera公司宣布完成果蝇基因组测序
国际公共领域宣布完成第一个植物基因组——拟南芥全基 因组的测序工作
2000.6.26 公共领域和Celera公司同时宣布完成人类基因组工作草图 2001.2.15 《Nature》刊文发表国际公共领域结果 2001.2.16 《Science》刊文发表Celera公司及其合作者结果
相当于2800多本每本1000页每页1000字的“天书”
DNA序列数据增长趋势
各种分子生物学数据库及其增长情况
生物数据爆炸性增长：
生物信息学基础
生物分子信息复杂
生物分子信息之间存在着密切的联系
前基因组时代的“钓鱼”和后基因组时代的“捞鱼”
二、生物信息学发展简史及主要研究内容
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
生物信息学 的迅速发展
二十世纪 50年代
二十世纪 80-90年代
20世纪50年代，生物信息学开始孕育 20世纪60年代，生物分子信息在概念上将计算 生物学和计算机科学联系起来 20世纪70年代，生物信息学的真正开端 20世纪70年代到80年代初期 ，出现了一系列著 名的序列比较方法和生物信息分析方法 20世纪80年代以后，出现一批生物信息服务机构和生物 信息数据库 20世纪90年代后 ，HGP促进生物信息学的迅速发展
DNA测序技术
Sanger 法测序原理
Principles of DNA Sequencing
DNA fragment Amp Primer
PBR322
Tet Ori Denature with heat to produce ssDNA Klenow + ddNTP + dNTP + primers
迄今为止，已有一万多种蛋白质的空间结构以不同的 分辨率被测定。 基于cDNA序列测序所建立起来的EST数据库其纪录已 达数百万条。 在这些数据基础上派生、整理出来的数据库已达500余 个。 这一切构成了一个生物学数据的海洋。打一个比方来 说明这些数据的规模。有人估计，人类（包括已经去世 的和仍然在世的）所说过的话的信息总量约为5唉字节 （1唉字节等于1018字节）。而如今生物学数据信息总 量已接近甚至超过此数量级。
测序反应
电泳检测--377
生物信息学笔记
生物信息学笔记摘要：1.生物信息学的概念及发展历史2.生物信息学的研究领域3.生物信息学的主要应用4.生物信息学的意义和前景正文：生物信息学是一门跨学科的科学，涵盖了生命科学、计算机科学以及相关领域。
其核心目标是研究和解决生物学问题，利用计算机技术和信息技术对生物数据进行处理、分析和挖掘，以获取生物学知识。
本文将简要介绍生物信息学的概念、发展历史、研究领域、主要应用以及意义和前景。
一、生物信息学的概念及发展历史生物信息学一词起源于20世纪50年代的分子生物学领域，随着DNA结构的揭示和分子生物学的发展，科学家们开始利用计算机技术来处理和分析生物学数据。
自那时以来，生物信息学逐渐成为一门独立的学科。
在其发展过程中，生命科学、计算机科学以及其他相关领域的交叉融合为生物信息学的发展提供了源源不断的动力。
二、生物信息学的研究领域生物信息学的研究领域广泛，包括分子生物学与细胞生物学、生物物理学、脑和神经科学、医药学、农林牧渔学、分子和生态进化等。
这些领域相互交织，共同推动生物信息学的发展。
三、生物信息学的主要应用1.生物信息学数据库：数据库建设、数据库整合和数据挖掘。
2.序列分析：序列比对、基因序列注释。
3.其他主要应用：比较基因、基因功能预测、蛋白质结构预测等。
四、生物信息学的意义和前景生物信息学在生物学研究中的应用越来越广泛，对于解析生物学问题、揭示生物学规律具有重要意义。
随着基因组学、蛋白质组学等组学技术的发展，生物信息学在生物医学、农业、环境保护等领域发挥着越来越重要的作用。
在未来，生物信息学将继续发挥着关键作用，为生命科学研究提供强大的支持。
总之，生物信息学作为一门交叉学科，在生命科学和计算机科学等领域具有重要地位。
它的发展推动了生物学研究的进步，为人类解决一系列生物学问题提供了新的思路和方法。
生物学的历史与发展趋势
生物学的历史与发展趋势生物学作为自然科学的一个重要分支，探索生命的起源、演化、结构和功能，并研究生物体的各种现象和规律。
下面将简要介绍生物学的历史，以及当前和未来的发展趋势。
生物学的历史可以追溯到古代人类对生命和自然界的观察和研究。
古埃及人、古希腊人和古印度人等文明都对植物和动物进行了分类和研究。
然而，直到17世纪，随着显微镜的发明和科学革命的兴起，生物学才开始逐渐发展为一门独立的科学。
在18世纪，生物学的重要突破之一是卡尔·林奈的分类系统，他根据物种相似性将生物进行分类。
林奈的工作对生物学的系统学产生了重要影响，并成为后来生物分类学的基础。
19世纪是生物学的探索时代。
达尔文的进化论提出了生物演化的理论，并对物种之间的亲缘关系进行了研究。
路易·巴斯德的细菌实验证明了生物学的分子基础。
生物学的其他领域，如细胞学、解剖学和动物行为学等，也在这一时期得到了快速发展。
20世纪是生物学的革命时代。
随着基因的发现和DNA的结构揭示，分子生物学迅速崛起。
人类基因组计划的完成打开了了解人类基因组的大门。
同时，生物技术的发展，如基因工程和基因编辑，也推动了生物学的进步。
当今，生物学正面临着新的挑战和机遇。
生物信息学的兴起使得研究者能够利用大数据和计算技术来分析和理解生物学问题。
生态学和环境生物学也变得越来越重要，人们开始关注生物多样性的保护和生态系统的可持续发展。
生物医学研究不断推动新一代药物和治疗方案的出现。
另外，合成生物学和人工生命的研究促进了对生物系统的深入理解和改造。
未来，生物学将不可避免地面临更多的挑战和机遇。
生物技术的发展将推动医学、农业和工业的进步。
人工智能和机器学习的应用有助于生物学数据的处理和分析。
基因编辑技术如CRISPR-Cas9的进一步发展将有望实现更准确和精确的基因编辑。
生物学与其他学科，如物理学和计算机科学等的交叉将推动新的研究领域的出现。
总之，生物学作为一门关于生命的科学，经历了长期的发展和演变。
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生物信息学
HGP 生物数据的激增 （每15个月翻一番）
生物学家
数学家
计算机 科学家
生物信息学 （bioinfomatics)
的诞生
三种科学文化的融合
生物学家 (生物学问题)
数学物理学家 计算机科学家 (基础理论问题)
工程师 （技术应用）
生物信息学（bioinformatics)是 80年代未随着人类基因组计划 （Human genomeproject)的启动 而兴起的一门新的交叉学科。它涉 及生物学、数学、计算机科学和工 程学，依赖于计算机科学、工程学 和应用数学的基础，依赖于生物实 验和衍生数据的大量储存。
多重序列比对研究的是多个序列的共性。序列 的多重比对可用来搜索基因组序列的功能区域， 也可用于研究一组蛋白质之间的进化关系。
发现同源分子
3、 基因组序列分析
遗传语言分析——天书 基因组结构分析 基因识别 基因功能注释 基因调控信息分析 基因组比较
4、基因表达数据的分析与处理
/bioinformatics/。
第三节 生物信息学主要研究内容
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
1、 生物分子数据的收集与管理
EMBL
1.3 基因组整体功能及其调节网络的系统把握
把握生命的本质，仅仅掌握基因组中部分基 因的表达调控是远远不够的，因为生命现象是 基因组中所有功能单元相互作用共同制造出来 的。基因芯片技术由于可以监测基因组在各种 时间断面上的整体转录表达状况，因此成为该 领域中一项非常重要和关键的实验技术，对该 技术所产生的大量实验数据进行高效分析，从 中获得基因组运转以及调控的整体系统的机制 或者是网络机制，便成了生物信息学在该领域 中首先要解决的问题。
遗传信息 与功能相关的结构信息 进化信息
(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
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
转录
DNA
翻译
RNA
蛋白 质
基因的DNA序列
对
遗
应
传
关
密
系
码
蛋白质序列
DNA 前体RNA mRNA
多肽链
(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。
(3) DNA分子和蛋白质分子 都含有进化信息
1995年，在美国人类基因组计 划（HGP）第一个五年总结报告 中给出了一个较为完整的生物信息 学的定义：生信息学是包含生物信 息的获取、处理、贮存、分发、分 析和解释的所有方面的一门学科， 它综合运用数学、计算机科学和生 物学的各种工具进行研究，目的在 于了解大量的生物学意义。
Bioinformatics
基因组 数据库
GenBank DDBJ
蛋白质 序列 数据库
SWISS-PROT PIR
蛋白质
PDB
结构
数据库
2、 数据库搜索及序列比较
搜索同源序列在一定程度上就是通过序列比较 寻找相似序列
序列比较的一个基本操作就是比对 （Alignment），即将两个序列的各个字符 （代表核苷酸或者氨基酸残基）按照对应等同 或者置换关系进行对比排列，其结果是两个序 列共有的排列顺序，这是序列相似程度的一种 定性描述
1.4 基因组演化与物种演化
尽管已经在分子演化方面取得了许多重要的成就，但 仅仅依靠某些基因或者分子的演化现象，就想阐明物种 整体的演化历史似乎不太可靠。例如，智人与黑猩猩之 间有98%-99%的结构基因和蛋白质是相同的，然而表 型上却具有如此巨大的差异，这就不能不使我们联想到 形形色色千差万别的建筑楼群，它们的外观如此不同， 但基础的部件组成却是几乎一样的，差别就在于这些基 础部件的组织方式不同，这就提示我们基因组整体组织 方式而不仅仅是个别基因在研究物种演化历史中的重要 作用。由于基因组是物种所有遗传信息的储藏库，从根 本上决定着物种个体的发育和生理，因此，从基因组整 体结构组织和整体功能调节网络方面，结合相应的生 理表征现象，进行基因组整体的演化研究，将是揭示 物种真实演化历史的最佳途径。
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。
通过比较来自于不同种属的同源蛋白质， 即直系同源蛋白质，可以分析蛋白质甚 至种属之间的系统发生关系，推测它们 共同的祖先蛋白质。
生物分子数据类型
DNA序列数据
最基本
生
蛋白质序列数据
物
分
子
生物分子结构数据
概念（狭义）
生物分子信息的获取、存贮、分析和利用
分子生物信息学 Molecular
Bioinformatics
生物 分子数据
获取 挖掘
深层次 生物学知识
由于当前生物信息学发展的主要推动 力来自分子生物学，生物信息学的研究 主要集中于核苷酸和氨基酸序列的存储、 分类、检索和分析等方面，所以目前生 物信息学可以狭义地定义为：将计算机 科学和数学应用于生物大分子信息的获 取、加工、存储、分类、检索与分析， 以达到理解这些生物大分子信息的生物 学意义的交叉学科。
信
息
生物分子功能数据
直 观
复杂
第一部 遗传密码
第二部 遗传密码？
DNA 核酸序列
蛋白质 氨基酸序列
蛋白质 结构
蛋白质 功能
最基本的 生物信息
生命体系千姿 百态的变化
生物分子数据及其关系
维持生命活 动的机器
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
基因芯片
层次式聚类
二 维 电 泳 图
5、蛋白质结构预测
蛋白质的生物功能由蛋白质的结构所决定 ，蛋 白质结构预测成为了解蛋白质功能的重要途径
蛋白质结构预测分为:
二级结构预测 空间结构预测
蛋白质折叠
二级结构预测
在一定程度上二级结构的预测可以归结为模式识别问题
在二级结构预测方面主要方法有：
第二节 生物信息学及其发展历史
1、生物信息学的概念
生物信息学（Bioinformatics） 这一名词的来由
八十年代末期，林华安博士认识到将计算机科学与生 物学结合起来的重要意义，开始留意要为这一领域构思 一个合适的名称。起初，考虑到与将要支持他主办一系 列生物信息学会议的佛罗里达州立大学超型计算机计算 研究所的关系，他使用的是“CompBio”；之后，又将其 更改为兼具法国风情的“bioinformatique”，看起来似乎 有些古怪。因此不久，他便进一步把它更改为“bioinformatics（或bio/informatics）”。但由于当时的电子 邮件系统与今日不同，该名称中的-或/符号经常会引起许 多系统问题，于是林博士将其去除，今天我们所看到的 “bioinformatics”就正式诞生了，林博士也因此赢得了 “生物信息学之父”的美誉。
20世纪70年代到80年代初期 ，出现了一系列著 名的序列比较方法和生物信息分析方法
20世纪80年代以后，出现一批生物信息服务机 构和生物信息数据库
20世纪90年代后 ，HGP促进生物信息学的迅速 发展
关于生物信息学发展历程中的重要大事， 请参见下面两个网站的介绍：
/Education /BLASTinfo/milestones.html、
3、生物信息学的发展历史
生物科学和 技术的 发展
Hale Waihona Puke 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
生物信息学 的迅速发展
二十世纪 80-90年代
20世纪50年代，生物信息学开始孕育
20世纪60年代，生物分子信息在概念上将计算 生物学和计算机科学联系起来
20世纪70年代，生物信息学的真正开端
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
预测准确率超过70%的第一个软件是基于神经网络的 PHD系统
空间结构预测
在空间结构预测方面，比较成功的理论 方法是同源模型法
该方法的依据是：相似序列的蛋白质倾 向于折叠成相似的三维空间结构
生物分子
数据
+
计算机 计算
2、生物分子信息
分子 细胞
生物信息的载体
存贮、复制、传递和表达 遗传信息的系统
生物信息学主要研究两种信息载体
DNA分子 蛋白质分子
Protein Machines
From the Cell to Protein Machines
生物分子至少携带着三种信息
1.2 非蛋白编码区生物学意义的分析
非蛋白编码区约占人类基因组的95%，其生物 学意义目前尚不是很清楚，但从演化观点来看， 其中必然蕴含着重要的生物学功能，由于它们并 不编码蛋白，一般认为，它们的生物学功能可能 体现在对基因表达的时空调控上。
对非蛋白编码区进行生物学意义分析的策略有
两种，一种是基于已有的已经为实验证实的所有 功能已知的DNA元件的序列特征，预测非蛋白编 码区中可能含有的功能已知的DNA元件，从而预 测其可能的生物学功能，并通过实验进行验证； 另一种则是通过数理理论直接探索非蛋白编码区 的新的未知的序列特征，并从理论上预测其可能 的信息含义，最后同样通过实验验证。