生物信息学概论(1)

第三章 结构数据库

【前介】

本章将集中介绍生物信息学中生物分子结构的有关内容，并将研究重点放在三维结构实际存在的氨基酸序列上，力图使读者了解结构数据库记录的内容及如何合理应用各类通用软件程序处理这类记录。本章不涉及结构生物学家们建立三维分子结构的计算程序，也不讨论相似蛋白质构象的精细结构。在本章参考书目后列出了一些优秀的讨论蛋白质构象的有关专著和蛋白质结构决定方法。

用图象直观表示蛋白质和核酸结构在生物化学教科书和研究论文中屡屡出现。这些图象是美丽迷人的反而使我们忽视了图象背后所反映的实验细节���实验中应用的生物物理方法，X射线晶体衍射学家和核磁共振波谱分析学家们努力工作的成效.在结构数据库中记录的数据是实用化的实验数据。 它既不同于直接由仪器获得的原始数据，也并非原始数据的简单数学转换。每一个结构数据库记录都内含着随结构预测技术的进步而不断变化的假设和偏好。尽管如此，每个生物分子结构蕴涵着有关序列所缺失数据的至关重要的信息。

 三维分子结构数据的一些概念

首先做一个关于如何记录生物高聚物的三维数据的思想实验。考虑一下如何在纸上记录如肌球素这类蛋白质的三维球棒模型的所有细节和尺度关系。一条开始的途径是从由三维模型主干描绘出的氨基酸序列入手。从N’端开始，我们通过将每个残基的化学结构与20种普通氨基酸化学结构（其结构的图解可以从教科书中找到）比较，以识别每个氨基酸侧链。

一旦序列被写出来，我们将绘制生物高聚物的二维草图，草图中包括所有的原子、基本符号、化学键，可能会占用几页纸。亚化血红素配合基的绘制即为一例。将它的化学结构画在纸上后，我们可以通过量测模型中每个原子在设定的直角坐标系中的距离记录三维数据。同时也提供了球�棒结构中每个原子“球”的x，y，z坐标距离数据。

下一步是提出一个系统的分门别类的记录方案以保存与识别有关的每个原子的（x，y，z）坐标信息。最简单的方法是在生物高聚物的二维草图上，每个原子的右侧，标出（x，y，z）三元坐标值。

生物信息技术概论

生物信息技术是一门综合应用生物学、计算机科学和信息科学的学科，通过收集、存储、分析和应用大量的生物信息数据，为生命科学研究和应用提供有力的支持。本文将从生物信息技术的定义、应用领域、研究方法和发展前景等方面进行阐述。

一、生物信息技术的定义

生物信息技术是将计算机科学、信息科学和生物学等多个学科交叉融合的前沿学科。它通过收集、存储和分析生物信息数据，揭示生物体内的基因组、蛋白质组和代谢组等信息，从而研究生命的本质、生物的功能以及生物进化的规律。

二、生物信息技术的应用领域

1. 基因组学：通过测序和组装基因组，揭示生物体内基因的组成、结构和功能，深入研究基因间的相互作用关系，为基因疾病的诊断和治疗提供依据。

2. 转录组学：研究基因在特定环境下的表达情况，探究基因调控网络和信号传导途径，从而揭示生物体内复杂的生物学过程和发育调控机制。

3. 蛋白质组学：研究蛋白质的组成、结构和功能，探索蛋白质相互作用网络和信号传递途径，为药物设计和疾病治疗提供理论依据。

4. 代谢组学：研究生物体内代谢产物的组成和变化规律，探究代谢途径和调控机制，为疾病的早期诊断和治疗提供新的方法和思路。 5. 生物信息学算法和软件开发：开发和应用生物信息学算法和软件，提高生物信息数据的处理效率和准确性，为生物学研究和应用提供便捷的工具和平台。

三、生物信息技术的研究方法

1. 数据采集：通过测序、质谱和显微镜等技术手段，采集生物样本中的基因组、转录组、蛋白质组和代谢产物等信息。

2. 数据存储：建立生物信息数据库，存储海量的生物信息数据，保证数据的安全性和可访问性。

3. 数据分析：运用统计学、机器学习和数据挖掘等方法，对生物信息数据进行分析和解读，挖掘潜在的生物学规律和生物学意义。

4. 结果解释：将分析结果与生物学知识和实验验证相结合，解释数据分析的结果，探究生物信息数据背后的生物学机制。

5. 应用开发：基于生物信息数据和研究结果，开发生物信息学算法、软件和工具，为生物学研究和应用提供支持。

生物信息学综述

[摘要]:生物信息学(Bioinformatics)是建立在数学,计算机科学和生命科学基础之上的一门交叉学科.早在1956年美国田纳西州的Gatlinburg召开的首次"生物学中的信息理论讨论会"上就已产生了这一概念.随着相关生物技术的革命性发展和生物学相关信息量呈现的"革命性爆炸",生物信息学已成为当今最具发展前途的学科之一.

生物信息学极大的推动了分子生物学，基因组学，蛋白质组学和代谢组学等的发展，已成为医学,农学，生物学等学科发展的强大推动力，也是药物设计，环境监测等的重要技术支撑。生物信息学在基因的功能发现，疾病基因诊断，蛋白质结构预测，基于结构的药物设计，药物合成和制药工业中起着重要的作用，生物信息学的应用大大加快了药物的研究开发进程。

[关键词]:生物信息学、产生背景、主要研究内容、发展现状、发展前景

一、生物信息学的产生

21世纪是生命科学的世纪，伴随着人类基因组计划的胜利完成，与此同时，诸如大肠杆菌、结核杆菌、啤酒酵母、线虫、果蝇、小鼠、拟南芥、水稻、玉米等等其它一些模式生物的基因组计划也都相继完成或正在顺利进行。人类基因组以及其它模式生物基因组计划的全面实施，使分子生物数据以爆炸性速度增长。在计算机科学领域，按照摩尔定律飞速前进的计算机硬件，以及逐步受到各国政府重视的信息高速公路计划的实施，为生物信息资源的研究和应用带来了福音。及时、充分、有效地利用网络上不断增长的生物信息数据库资源，已经成为生命科学和生物技术研究开发的必要手段，从而诞生了生物信息学。

二、生物信息学研究内容

（一）序列比对

比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。序列比对是生物信息学的基础。两个序列的比对现在已有较成熟的动态规划算法，以及在此基础上编写的比对软件包BALST和FASTA，可以免费下载使用。这些软件在数据库查询和搜索中有重要的应用。有时两个序列总体并不很相似，但某些局部片断相似性很高。Smith-Waterman算法是解决局部比对的好算法，缺点是速度较慢。两个以上序列的多重序列比对目前还缺乏快速而又十分有效的算法。

生物信息学练习题

例题

绪论

1.以下哪个是今天“生物信息学”的正确英语拼写?（ B ）

A.biocomp

B.bioinformatics

C.bioinformatique

D.bio-informatics

2.被称为“遗传学的奠基人,现代遗传学之父”的是哪位科学家? （ B ）

A .沃森(James Waston）

B .孟德尔(Gregor J . Mendel)

C .查加夫(Erwin Chargaff)

D .米歇尔（Friedrich Miescher)

3.总的来说,位于染色体内超过（ C ）个碱基的 DNA ,构成了人类基因组。 A .30000000

B .30000000000

C .3000000000

D .300000000

4.人类基因组计划于（ A ）年启动，于2003年完成。

A.1990

B.1995

C.1998

D.1991

5.Proteomics的含义是（ C ）

A.生物信息学

B.基因组学

C.蛋白质组学

D.表观遗传学

6.HGP是（ C ） A.在线人类孟德尔遗传数据

B.国家核酸数据库

C.人类基因组计划

D.水稻基因组计划

7.被誉为“生物信息学之父”的科学家是（ D ）

A.Dulbecco

B.Sanger

C.吴瑞

D.林华安

8.没有直接参与人类基因组计划的国家是（ C）

A.英国

B.中国

C.俄罗斯

D.德国

9.生物信息学属于多学科交叉，其联系下列（ ABCD ）等多个学科 A.生物统计学

B.病理学

C.信息学

D.动物学

10.生物信息学是由（ ACD ）等学科相互交叉而形成的一门新兴学科

A.计算机科学

B.高等数学

C.生物学

D.应用数学

11.生物信息学通过对生物学实验数据的获取、（ ABCD ），进而达到揭示实验数据所蕴含的生物学意义的目的

A.分析

B.检索

C.加工

D.存储

1.单核苷酸标记是( B )。