第四章生物信息学数据库(一)主要库及其文件格式
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生物信息学数据格式
生物信息学数据格式主要有以下几种:
1.FASTA格式:这是一种简单的文本格式,用于表示DNA序列、蛋白质序列和其他序列数据。
在FASTA格式中,序列以>开始,后面跟着序列的名称和描述信息,然后是序列本身。
序列中的所有字母都将转换为大写。
2.GFF格式:这是一种用于表示基因组注释数据的格式。
GFF格式中,每行表示一个注释记录,包括注释类型、注释的坐标和其他相关信息。
3.GTF格式:这是一种用于表示基因表达数据的格式。
GTF格式中,每行表示一个基因的表达数据,包括基因的名称、表达值和其他相关信息。
4.BED格式:这是一种用于表示基因组区间数据的格式。
BED格式中,每行表示一个区间,包括区间的起始位置、终止位置和名称等信息。
5.PIR格式:这是一种早期的生物信息学数据格式,用于表示蛋白质序列和其他相关数据。
PIR格式中,每行表示一条记录,包括记录的类型、名称和描述等信息。
6.SRA格式:这是一种用于表示高通量测序数据的格式。
SRA格式中,每行表示一个测序样本,包括样本的名称、测序结果和其他相关信息。
这些数据格式都有其特定的用途和结构,可以根据实际需要选择适合的数据格式来存储和处理生物信息学数据。
生物信息学与生物数据库生物信息学在现代生物科学研究中扮演着至关重要的角色。
随着技术的进步和数据的爆发性增长,生物数据库成为了整合、存储和检索海量生物信息的重要工具。
本文将介绍生物信息学的基本概念、生物数据库的种类和应用,以及未来生物信息学的发展趋势。
一、生物信息学的基本概念生物信息学是一门跨学科的科学,结合了生物学、计算机科学和统计学的理论与方法,旨在研究生物学中的大规模数据和复杂信息。
生物信息学的主要任务包括序列分析、结构预测、功能注释、系统生物学等。
通过分析和挖掘生物大数据,生物信息学可以帮助我们深入理解生物系统的组成、功能和演化。
二、生物数据库的种类和应用1. 基因组数据库基因组数据库存储了许多物种的基因组序列信息,例如人类基因组数据库、小鼠基因组数据库和植物基因组数据库等。
这些数据库不仅包含了基因序列,还提供了丰富的注释信息,如基因功能、结构特征和遗传变异等。
基因组数据库的应用范围广泛,从基础研究到医学诊断都发挥着重要作用。
2. 蛋白质数据库蛋白质数据库收集了各种物种的蛋白质序列和结构信息,如Uniprot和PDB等。
蛋白质数据库不仅提供了蛋白质序列和结构的详细描述,还包括相关的功能注释、亚细胞定位和相互作用等信息。
蛋白质数据库的应用非常广泛,包括药物设计、蛋白质功能预测和疾病研究等领域。
3. 代谢组数据库代谢组数据库存储了生物体内代谢产物的信息,如HMDB和KEGG等。
代谢组数据库提供了广泛的代谢产物和代谢通路的注释信息,可以帮助研究人员理解代谢网络的结构和功能。
代谢组数据库在代谢研究、药物开发和植物生物学等领域有重要的应用价值。
4. 基因调控数据库基因调控数据库存储了基因的调控关系和表达数据,如Gene Expression Omnibus和ENCODE等。
基因调控数据库提供了基因表达的时间、空间和条件特异性信息,可以帮助研究人员理解基因调控的机制和模式。
基因调控数据库在基因表达调控和疾病研究中起着关键作用。
生物信息学第四章核苷酸和蛋白质序列为基础的数据库检索(I)检索数据库的方法◆ 用关键词或词组进行数据库检索(Text-based database searching)◆ 用核苷酸或蛋白质序列进行数据库检索 (Sequence-based database searching)Gene nameAuthorAccession number …Database核苷酸和蛋白质序列为基础的数据库检索Function Structure Sequence◆序列对位排列(sequence alignment)◆将两条或多条序列对位排列,突出相似的结构区域序列1序列2表示序列的字符两条DNA序列对位排列分析两条蛋白质序列对位排列分析序列比对的用途基因预测分析基因或蛋白质的功能 分析物种进化检测突变、插入或缺失 序列延长序列定位基因表达谱分析序列对位排列分析的种类序列对库对位排列分析多序列对位排列分析✓从数据库中寻找同源序列✓主要涉及核苷酸数据库和蛋白质数据库 两序列对位排列分析(一)序列对位排列分析的基本原理1、记分矩阵(scoring matrix)◆记分矩阵中含有两条序列对位排列时具体使用的分值◆长度一定时,分数越高,两条序列匹配越好DNA序列对位记分序列1 A C G T T A序列2 A C T T T G记分 2 2 -3 2 2 -3 =21、记分矩阵(scoring matrix)◆蛋白质序列对位排列分析记分复杂◆一致氨基酸的记分不同稀有氨基酸(C),分值高普通氨基酸(S),分值低◆相似氨基酸也记分,如R-K蛋白质序列对位记分序列1 V D S C Y序列2 V N W C Y记分 4 1 -3 9 7 =18◆序列的排列方式影响总分值◆蛋白质有多种记分矩阵PAM矩阵(如PAM30、PAM70,http://www.bioinformatics.nl/tools/pam.html)BLOSUM矩阵(如BLOSUM62、BLOSUM80)BLOSUM62 amino acid scoring matrix1、记分矩阵(scoring matrix)大致关系:BLOSUM80 <-> PAM1BLOSUM62 <-> PAM120BLOSUM45 <-> PAM250◆基因进化过程中产生突变◆序列对位排列分析时允许插入空位◆空位罚分涉及两个参数插入 缺失 空位开放(gap opening )空位延伸(gap extension )序列1 A T G C T G A序列2 A T G - - G A 2 2 2 -5 -2 2 2 = 3Indel 序列1 A T G C T G A 序列2 A T G G A原始序列 A T G T G A 2、空位(间隔)罚分(gap penalty )3、对位排列的方法◆词或K 串方法(BLAST, FASTA)◆点阵分析(Dot-matrix )◆动态规划(Dynamic programming )BLAST algorithm(a)(b)(c)词或K串方法(BLAST, FASTA)。