生物信息学引论.ppt
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1、生物信息学概论,第一节 概念 第二节 生物信息学的发展历史 第三节 生物信息学主要研究内容 第四节 生物信息学的研究意义,第一节 概念,生命信息的组织、传递、表达,天文技术空间技术,物理化学,分子生物学,遗传学,信息技术,生物不是物质的简单堆积,生物体的生长发育是生命信息控制之下的复杂而有序的过程。,信息科学?,1、生物信息学概念,HGP生物数据的激增(每12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,概念(广义),生物体系和生物过程中信息的存贮、传递和表达,细胞、组织、器官的生理、病理和药理过程的中各种生物信息,信息科学,生命科学中的信息科
2、学,概念(狭义),生物分子数据,深层次生物学知识,分子生物信息学Molecular Bioinformatics,挖掘,获取,管理、分析和利用生物分子数据,提高研究的科学性及效率,生物体是一个复杂的系统 物理、化学和生物学方法生物体也是一个信息系统 信息科学方法,2、生物分子信息,生物信息学主要研究两种信息载体DNA分子蛋白质分子,From the Cell to Protein Machines,生物分子至少携带着三种信息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 存储氨基酸序列编码信息、基因表达调控信息及 遗传信息生物体生长发育的本质就是遗
3、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,DNA,RNA,蛋白质,转录,翻译,基因的DNA序列,蛋白质序列,对应关系,遗传密码,(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中。,(3)DNA和蛋白质都含有进化信息,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
4、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。(或基因组),生物分子信息,DNA序列数据,蛋白质序列数据,生物分子结构数据,生物分子功能数据,最基本,直观,复杂,生物分子数据类型,生物分子数据及其关系,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 对于第二部密码,目前则只能用统计学的方法进行分析无论是第一部遗传密码,还是第二部遗传密码,都隐藏在大量的生物分子数据之中。,生物分子数据是宝藏,生物信息数据库是金矿,等待我们去挖掘和利用。,生物分子信息的特征,生物分子信息数据量大 生物分子信息复杂 生物分子信息之间存在
5、密切联系,研究目标:揭示生物分子数据的内涵 生物分子数据具有深刻的内涵,数据之间存在着复杂的联系,丰富的生物学知识和规律。,3、生物信息学的目标和任务,研究任务,收集和管理生物分子数据,使研究人员能方便地使用这些数据,并为信息分析和数据挖掘打下基础。数据来自于生物学实验,应用信息学技术收集和管理数据,建立数据库,并提供数据查询、搜索等工具。,数据分析和挖掘 发现数据间的关系,认识数据的本质,上升为生物学知识 解释与生物分子信息复制、传递和表达有关的生物过程解释生物过程中出现的信息变化与疾病的关系,帮助设计新的药物分子,生物分子信息处理流程,目前生物信息学主要研究对象是DNA和蛋白质。DNA分析
6、方面:分析DNA序列中的基因信息及基因表达调控信息、基因表达数据、基因间的相互作用关系蛋白质分析方面:分析蛋白质序列与蛋白质结构、功能间的关系,预测蛋白质的结构和功能,研究蛋白质的进化关系,开发分析工具和实用软件生物分子序列比较工具基因识别工具生物分子结构预测工具基因表达数据分析工具,分子生物学的三大核心数据库,GenBank核酸序列数据库 SWISS-PROT蛋白质序列数据库 PDB生物大分子结构数据库,第二节 生物信息学的发展历史,20世纪50年代,生物信息学开始孕育 1956年 在美国首次召开了“生物学中的信息理论研讨会”,20世纪60年代,生物信息学形成雏形 一些计算生物学家开始进行相
7、关研究,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。1962年,Zucherkandl和Pauling研究了序列变化与进化间的关系分子进化 1967年,Dayhoff研制出蛋白质序列图集(氨基酸序列的收集),20世纪7080年代初期,许多生物分子序列数据产生,一部分计算机科学家应用计算机技术解决生物学问题,尤其与生物分子序列相关的问题。序列比较方法 1970年,Needleman和Wunsch提出序列比对算法 Gibbs和McIntyre发表矩阵打点作图法 Dayhoff提出PAM矩阵 1981年,Smith和Waterman提出公共子序列识别法 1983年,Wilbur和Lipma
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