计算系统生物学课

计算系统生物学课程详细信息

高中生物学中的数学模型

高中生物学中的数学模型山东省嘉祥县第一中学孙国防高中生物学中的数学模型是对高中生物知识的高度概括，也是培养学生分析推理能力的重要载体，本文通过归纳高中生物学中的数学模型以提高学生的分析推理能力。 1. 细胞的增殖【经典模型】 1.1间期表示 1.2 有丝分裂中各时期DNA、染色体和染色单体变化 1.3 减数分裂中各时期DNA、染色体和染色单体变化【考查考点】细胞增殖考点主要考察有丝分裂、减数分裂过程中DNA、染色体、染色单体的数量变化以及同源染色体的行为，并以此为载体解释遗传的分离定律和自由组合定律。 2. 生物膜系统【经典模型】

【考查考点】 3物质跨膜运输【经典模型】【考查考点】自由扩散、协助扩散和主动运输的影响因素和特点。 4. 影响酶活性的因素【经典模型】【考查考点】影响酶活性的因素，主要原因在于对酶空间结构的影响。酶促反应是对酶催化的更高层次的分析。 5. 影响细胞呼吸及光合作用的因素【经典模型1】【考查考点】真正光合速率= 净光合速率+呼吸速率光合作用实际产O2量＝实测O2释放量＋呼吸作用耗O2 光合作用实际CO2消耗量＝实测CO2消耗量＋呼吸作用CO2释放光合作用葡萄糖生产量＝光合作用葡萄糖积累量＋呼吸作用葡萄糖消耗量

【经典模型2】【考查考点】氧气浓度对有氧呼吸和无氧呼吸的影响，以及在种子和蔬菜储存中的原因。 6 基因的分离和自由组合定律【典型例题】男性并指、女性正常的一对夫妇，生了一个先天性聋哑的儿子，这对夫妇以后所生子女，（并指是常染色体显性遗传病，两种病均与性别无关）正常的概率：_________同时患两种病的概率：_________患病的概率：_________ 只患聋哑的概率：_________只患并指的概率：_________只患一种病的概率：_________ 序号类型计算公式 1 患甲病的概率m 则非甲病概率为1-m 2 患乙病的概率n 则非乙病概率为1-n 3 只患甲病的概率m-mn 4 只患乙病的概率n-mn 5 同患两种病的概率mn 6 只患一种病的概率m+n-2mn或m(1-n)+n(1-m) 7 患病概率m+n-mn或1-不患病概率 8 不患病概率(1-m)(1-n) 7. 中心法则【经典模型】 DNA分子的多样性：４Ｎ DNA的结构：Ａ＝Ｔ，Ｇ＝Ｃ，Ａ＋Ｇ＝Ｔ＋Ｃ，（Ａ１％＋Ａ２％）／２＝Ａ％，Ａ１％＋Ｔ１％＝Ａ２％＋Ｔ２％＝Ａ％＋Ｔ％ DNA的复制：某DNA分子复制Ｎ次所需要的游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸：（２Ｎ－１）Ｇ１５Ｎ标记的DNA分子在１４Ｎ的原料中复制n次，含１５Ｎ的DNA分子占总数的比例：２／２n ＤＮＡ中的碱基数和其控制的蛋白质中的氨基酸数的比例关系：6:1 【考查考点】DNA的结构，碱基组成，半保留复制和基因的表达。 8. 现代生物进化理论【典型例题】某人群中某常染色体显性遗传病的发病率为19%，一对夫妇中妻子患病，丈夫正常，他们所生的子女患该病的概率是 A．10/19 B．9/ 19 C．1/19 D．1/2 答案：A 【经典模型】设A的基因频率为P，a的基因频率为q，因P+q=l，故(P+q)2 =I，将此二项式展开得：

系统生物学综述doc

系统生物学：整合各种组学的信息和方法姓名：王玉锋学号：061023050 20世纪生物学经历了由宏观到微观的发展过程，由形态、表型的描述逐步分解、细化到生物体的各种分子及其功能的研究。70年代出现的基因工程技术极大地加速和扩展了分子生物学的发展；90年代启动的人类基因组计划是生命科学史上第一个大科学工程，开始了对生物全面、系统研究的探索；2003年已完成了人和各种模式生物体基因组的测序，第一次揭示了人类的生命密码。人类基因组计划和随后发展的各种组学技术把生物学带入了系统科学的时代。系统生物学是在细胞、组织、器官和生物体整体水平研究结构和功能各异的各种分子及其相互作用，并通过计算生物学来定量描述和预测生物功能、表型和行为。也就是说，系统生物学是以整体性研究为特征的一种大科学。系统生物学将在基因组序列的基础上完成由生命密码到生命过程的研究，这是一个逐步整合的过程，由生物体内各种分子的鉴别及其相互作用的研究到途径、网络、模块，最终完成整个生命活动的路线图。借助于基因组和转录组的序列、功能基因组和蛋白质组的方法，可以绘制特定有机体的转录组图、蛋白质组图、相互作用图谱、表型组图及所有转录物和蛋白的定位图。这种整合的组学信息可以帮助我们消除单种组学研究方法中带来的假阳性和假阴性，给出基因产物及其相互作用和关系的更好的功能性注释，有利于相关的生物性假设的生成。基于这些整合数据的计算学的方法可以模拟生物过程的进程。系统生物学可以被看作是个种组学方法的整合、数据的整合、生物的系统化和模型化。系统生物学的特点：和以往系统科学研究复杂系统相比，系统生物学的研究将更为复杂和困难。非生物的复杂系统一般由相对简单的元件组合产生复杂的功能和行为，而生物体是由大量结构和功能不同的元件组成的复杂系统，并由这些元件选择性和非线性的相互作用产生复杂的功能和行为。因此，我们要建立多层次的组学技术平台，研究和鉴别生物体内所有分子，研究其功能和相互作用，在各种技术平台产生的大量数据的基础上，通过计算生物学用数学语言定量描述和预测生物学功能和生物体表型和行为。系统生物学也将使生物学研究发生结构性的变化。长期以来，生物学研究是在规模较小的实验室进行的，系统生物学研究将由各种组学组成的大科学工程和小型生物学实验室有机结合实施的。系统生物学研究也将在更大范围和更高层次进行学科交叉和国际合作，如人类基因组计划、人类单体型图谱计划、人类表观基因组学计划等。系统生物学的技术平台：系统生物学的主要技术平台为基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学和表型组学等。基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学分别在DNA、mRNA、蛋白质和代谢产物水平检测和鉴别各种分子并研究其功能。相互作用组学系统研究各种分子间的相互作用，发现和鉴别分子机器、途径和网络，构建类似集成电路的生物学模块，并在研究模块的相互作用基础上绘制生物体的相互作用图谱。表型组学是生物体基因型和表型的桥梁，目前还仅在细胞水平开展表型组学研究。计算生物学可分为知识发现和模拟分析两部分。知识发现也称为数据开采，是从系统生物学各个组学实验平台产生的大量数据和信息中发现隐含在里面的规律并形成假设。模拟分析是用计算机验证所形成的假设，并对体内、外的生物学实验进行预测，最终形成可用于各种生物学研究和预测的虚拟系统。系统生物学的工作流程：系统生物学的基本工作流程有这样四个阶段。首先是对选定的某一生物系统的所有组分进行了解和确定，描绘出该系统的结构，包括基因相互作用网络和代谢途径，以及细胞内和细胞间的作用机理，以此构造出一个初步的系统模型。第二步是系统地改变被研究对象的内部组成成分（如基因突变）或外部生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构

高中生物数学模型问题分析

高中生物数学模型问题分析生命科学是自然科学中的一个重要的分支。在高中生物课程中，它要求学生具备理科的思维方式。因此在教学中，教师应注重理科思维的培养，树立理科意识，渗透数学建模思想。本文在此谈谈，在生物教学中的几个数学建模问题。 1 高中生物教学中的数学建模数学是一门工具学科，在高中的物理与化学学科中广泛的应用。由于高中生物学科以描述性的语言为主，学生不善于运用数学工具来解决生物学上的一些问题。这些需要教师在平时的课堂教学中给予提炼总结，并进行数学建模。所谓数学建模(Mathematical Modelling)，就是把现实世界中的实际问题加以提炼，抽象为数学模型，求出模型的解，验证模型的合理性，并用该数学模型所提供的解答来解释现实问题，我们把数学知识的这一应用过程称为数学建模。在生物学科教学中，构建数学模型，对理科思维培养也起到一定的作用。 2 数学建模思想在生物学中的应用 2．1 数形结合思想的应用生物图形与数学曲线相结合的试题是比较常见的一种题型。它能考查学生的分析、推理与综合能力。这类试题从数形结合的角度，考查学生用数学图形来表述生物学知识，体现理科思维的逻辑性。例1：下图1表示某种生物细胞分裂的不同时期与每条染色体DNA含量变化的关系；图2表示处于细胞分裂不同时期的细胞图像。以下说法正确的是（） A、图2中甲细胞处于图1中的BC段，图2中丙细胞处于图1中的DE段 B、图1中CD段变化发生在减数Ⅱ后期或有丝分裂后期 C、就图2中的甲分析可知，该细胞含有2个染色体组，秋水仙素能阻止其进一步分裂 D、图2中的三个细胞不可能在同一种组织中出现解析：这是一道比较典型的数形结合题型：从图2上的染色体形态不难辨别甲为有丝分裂后期、乙为减Ⅱ后期和丙为减Ⅱ中期；而图1中的AB段表示的是间期中的（S期）正在进

数学模型在生物学中的应用修订稿

数学模型在生物学中的应用公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

数学模型在生物学中的应用摘要数学模型是研究生命发展规律，发现和分析生命现状的工具。建立可靠的本文从生物数学的发展、分支了解生物数学的历史，紧接着又在数学模型在生物数学的地位中了解数学模型的地位，最后在数学模型的应用中知道了微分方程模型、差分方程模型以及稳定性模型.这将有助于在生物数学的研究中，依据数学模型的基础，建立符合规律的数学模型，在生命进程中验证新的规律、新的发现，使在研究生物学时更清晰、更明了. 关键词：数学模型；生物学；应用

Application of mathematical model in Biology Abstract: Mathematical models in biology such as a microscope can be found in biological mysteries, biological research through with the establishment of the mathematical rules of the law of development of life, which launched a new discovery, new rules and in biology established reliable model of the biological status of classified analysis and forecasting.The from the history of mathematical biology development, the branch of the understanding of mathematical biology, followed by another in the mathematical model in Mathematical Biology status in understanding the status of mathematical model. Finally, in the application of mathematical model know differential equation model, the differential equation model and the stability of the model.This will help in mathematical biology research, on the basis of the mathematical model, established in accordance with the law of the mathematical model, in the process of life to verify new rules, new found in biological research clearer, more clear. Keywords: mathematical mode;biology;application

_系统生物学_建模_分析_模拟_书评

第42卷第1期力学进展Vol.42No.1 2012年1月25日ADVANCES IN MECHANICS Jan.25,2012 《系统生物学—–建模,分析,模拟》书评陆启韶北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100191 生命活动属于最复杂的自然界现象.近代生物学研究已从以实验观察为主的方式逐步发展为与生命体的机理性分析密切结合,并且由生物器官组织的宏观形态和表型向生物细胞和分子的微观行为和演变进行深入探讨.随着生物科学实验技术和方法的飞速进步,人们对生物大分子、基因和蛋白质、生物膜的结构和功能等的研究已经积累了相当丰富的知识.由于生命现象都是生物复杂大系统的综合行为的结果,我们必须把生物系统作为一个整体来研究,从系统论的角度进一步探讨细胞的信息、生长、发育、分化、代谢等动态过程以及生物有机体的功能,而不仅把研究重点放在单个的基因,蛋白质或者器官上.系统生物学就是这样一门研究生物系统的内部组分结构,以及在各种内、外部条件下这些组分的相互作用和演化规律的学科,是生命科学的一个前沿领域.目前重点是在分子层次上开展对生命现象(如遗传基因、蛋白质、重大疾病等)的过程和机制的研究,生物化学反应(包括蛋白质–蛋白质相互作用、DNA–蛋白质相互作用等)和生物网络(包括基因网、蛋白质相互作用网、信号转导网、代谢网等)行为在其中起着重要作用.大量的系统生物学研究对象是动态的和随机的,涉及不同的时空尺度下复杂非线性动力学与控制问题. 显然,在生物系统的研究过程中,仅仅通过实验方法很难了解其复杂行为的,特别是动力学性质,因此建立数学模型和进行计算机模拟是十分必要的.系统生物学全面综合地运用生物实验、数据整合和数学建模的研究手段,一般还需要多次反复的过程,才能取得实验结果和模型预测一致的效果.系统生物学研究充分体现了生物学与数学、物理、化学、控制、计算、以及工程等领域的学科交叉,带来了生物学的许多新概念和新方法.它不仅从广度和深度上开创了生物学研究的新纪元,而且能进一步预测和设计复杂的生命过程,为生物工程和医学发展提供了强有力的工具. 雷锦誌博士从事多年的动力系统和系统生物学的研究工作,注重问题驱动的原创思路和方法,在蛋白质折叠问题、胚胎发育信号问题、造血系统疾病、以及哈密顿动力学和微分方程可积性等方面做出较好的研究成果.他多次访问美国、加拿大和新加坡的著名大学,与Mackey M.,Glass L., Huang K.(黄克孙)和Nie Qing(聂青)等国际知名学者保持十分密切的国际交流合作关系.根据学习和科研的体会,他从2006年起在清华大学开设“系统生物学”课程,介绍系统生物学这门新兴学科的研究对象和方法.现在,他又在讲稿和研究成果的基础上对内容进行了扩展、加工和整理,完善了理论体系,在2010年由上海科学技术出版社出版了专著《系统生物学—–建模,分析,模拟》. 全书的内容共包括6章.在分子生物学中,特别是基因调控和蛋白质相互作用等生物学过程中,都可以分解为大量生物化学反应所组成的复杂系统.因在生命行为中的化学反应所涉及的分子个数通常都非常少,反应物的碰撞概率非常小,加上热力学涨落的影响,使得随机性很显著,随机过程成为描述生物化学反应的重要数学手段.该书第1章介绍生物化学反应的数学描述,包括化学主方程、化学速率方程,以及化学郎之万方程和福克–普朗克方程等,作为后面建立系统生物学的各种数学模型的基础. 从第2章到第5章将按照从小到大的尺度介绍几类生物学问题,从问题出发去介绍相关的数学分析方法.基因表达是生物系统的最基本过程,第2章主要介绍基因表达的数学描述,重点了解基因表达过程中随机性的影响.第3章介绍几种基因调控关系的数学模型的建立和分析.基因之间的相互调控是控制细胞的复杂行为和表现形态

数学模型在生物学中的应用

Application of mathematical model in Biology Abstract: Mathematical models in biology such as a microscope can be found in biological mysteries, biological research through with the establishment of the mathematical rules of the law of development of life, which launched a new discovery, new rules and in biology established reliable model of the biological status of classified analysis and forecasting. The from the history of mathematical biology development, the branch of the understanding of mathematical biology, followed by another in the mathematical model in Mathematical Biology status in understanding the status of mathematical model. Finally, in the application of mathematical model know differential equation model, the differential equation model and the stability of the model. This will help in mathematical biology research, on the basis of the mathematical model, established in accordance with the law of the mathematical model, in the process of life to verify new rules, new found in biological research clearer, more clear. Keywords: mathematical mode;biology;application

生物学和人类的关系

生物学和人类的关系 [摘要]生物学是研究生命的科学，它既研究各种生命活动的现象及其本质，又研究生命与环境之间的相互关系。近30多年来，生物学的理论成就给自然科学的发展作出了巨大贡献，并最大限度地造福了人类。生物技术又为人类利用、改造和保护自然，造福人类提供了实践方法。生命科学要为人类造福转化为生产力，必然与技术相结合，才能在生产上发挥巨大作用。然而。事物的两面性又提醒我们，科学对文明的发展既有正面的推动作用，又可能引起不利于人类生存的副作用。那么，我们只有把握生命科学在人类社会中的各方面作用，才能把人类文明推进到更高的阶段。 [关键字]生物学生命科学生物技术人类文明 1引言 20世纪是生物科学发展史上最为辉煌的时代，特别是20世纪50年代以来，随着数理科学的广泛而深刻地渗入到生物科学领域以及一些先进的仪器设备和研究技术的问世，生物科学已进入从分子水平研究生命活动过程及其规律，以及生命体与环境相互作用规律的生命科学的新时代。由于应

用先进技术，生命科学在微观和宏观两方面都取得了丰硕的成果：特别是生命科学的理论成就为自然科学的发展作出了巨大的贡献。遗传物质DNA双螺旋结构的阐明被认为是20 世纪自然科学的重大突破之一。由于生命科学的进步向数学、物理学、化学以及技术科学提出了许多新问题、新概念和新的研究领域，生命科学已成为21世纪的主流科学之一。进入21世纪，人类面临着人口、食品、健康、环境、资源等与生命科学有关的重大问题，“人类基因组计划”的实施和深入发展，将有可能从更深层次上了解人体生长、发育、正常生理活动以及各种疾病的病因和发病机理，并为医学提供防治策略、途径和方法。“水稻基因组计划”的顺利开展，对21世纪农业的发展，解决粮食问题，将产生巨大的影响。由此看出，当今发展科学的目的在于认识世界，而发展技术的目的在于利用、改造和保护自然，造福人类。生命科学要为人类造福转化为生产力，必然与技术相结合，才能在生产上发挥巨大作用。于是在20世纪70年代，随着生命科学理论的不断发展，与工程技术相结合，开辟了生物技术(也叫生物工程)新领域。例如，通过基因重组技术，PCR技术、DNA和蛋白质序列分析技术、分子杂交技术、细胞和组织培养技术、细胞融合技术、核移植技术等等，促进了基因工程、蛋白质工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、染色体工程、

高中生物学相关计算方法汇总

高中生物学相关计算方法汇总 Ⅰ．生物的遗传、变异、进化相关计算一、与遗传的物质基础相的计算： 1．有关氨基酸、蛋白质的相关计算（1）一个氨基酸中的各原子的数目计算： C原子数＝R基团中的C原子数＋2，H原子数＝R基团中的H原子数＋4，O原子数＝R基团中的O原子数＋2，N原子数＝R基团中的N原子数＋1 （2）肽链中氨基酸数目、肽键数目和肽链数目之间的关系：若有n个氨基酸分子缩合成m条肽链，则可形成(n-m)个肽键，脱去(n-m)个水分子，至少有－NH2和－COOH各m个。（3）氨基酸的平均分子量与蛋白质的分子量之间的关系： n个氨基酸形成m条肽链，每个氨基酸的平均分子量为a，那么由此形成的蛋白质的分子量为：n?a-(n-m)?18(其中n-m为失去的水分子数，18为水的分子量)；该蛋白质的分子量比组成其氨基酸的分子量之和减少了（n-m）·18。（4）在R基上无N元素存在的情况下，N原子的数目与氨基酸的数目相等。 2．有关碱基互补配对原则的应用：（1）互补的碱基相等，即A＝T，G＝C。（2）不互补的两种碱基之和与另两种碱基之和相等，且等于50%。（3）和之比在双链DNA分子中： ●能够互补的两种碱基之和与另两种碱基之和的比同两条互补链中的该比值相等，即：（A+T）/（G+C）=（A1+T1）/（G1+C1）=（A2+T2）/（G2+C2）； ●不互补的两种碱基之和与另两种碱基之和的比等于1，且在其两条互补链中该比值互为倒数，即：（A+G）/（T+C）=1；（A1+G1）/（T1+C1）=（T2+C2）/（A2+G2）

（4）双链DNA分子中某种碱基的含量等于两条互补链中该碱基含量和的一半，即A ＝（A1＋A2）/2（G、T、C同理）。 3．有关复制的计算：（1）一个双链DNA分子连续复制n次，可以形成2n个子代DNA分子，且含有最初母链的DNA分子有2个，占所有子代DNA分子的比例为。（注意：最初母链与母链的区别）（2）所需游离的脱氧核苷酸数＝M×（2n－1），其中M为的所求的脱氧核苷酸在原来DNA分子中的数量。 4．基因控制蛋白质的生物合成的相关计算：（1）mRNA上某种碱基含量的计算：运用碱基互补配对原则，把所求的mRNA中某种碱基的含量归结到相应DNA模板链中互补碱基上来，然后再运用DNA的相关规律。（2）设mRNA上有n个密码子，除3个终止密码子外，mRNA上的其它密码子都控制一个氨基酸的连接，需要一个tRNA，所以，密码子的数量：tRNA的数量：氨基酸的数量＝n：n：n。（3）在基因控制蛋白质合成过程中，DNA、mRNA、蛋白质三者的基本组成单位脱氧核苷酸（或碱基）、核糖核苷酸（或碱基）、氨基酸的数量比例关系为6:3:1。 5．设一个DNA分子中有n个碱基对，则这些碱基对可能的排列方式就有4n种，也就是说可以排列成4n个DNA分子。 6．真核细胞基因中外显子的碱基对在整个基因中所占的比例＝（编码的氨基酸的个数×3÷该基因中的总碱基数）×100%。

系统生物学

系统生物学摘要：现代系统生物学是一门新兴的，整在不断发展的交叉学科。依据Hood的定义:系统生物学是研究生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。本文主要是就系统生物学的起源，方法进行说明。关键词：系统生物学模型分析作为人类基因组计划的发起人之一，美国科学家莱诺伊·胡德（Leroy Hood）也是系统生物学的组学（omics）生物技术开创者之一。依据Hood的定义:系统生物学是研究生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。也就是说，系统生物学不同于以往的实验生物学——仅关心个别的基因和蛋白质，它要研究所有的基因、所有的蛋白质以及组分间的所有相互关系。正是在基因组学、蛋白质组学、代谢组学和信号转导系统等生物系统科学的发展的基础上，孕育了系统生物学。反之，系统生物学的诞生进一步提升了后基因组时代的生命科学研究能力。系统生物学的工作流程主要分为四步：（1）对选定的某一生物系统的所有组分进行了解和确定，描述出该系统的结构，包括基因相互作用网络和代谢途径，以及细胞内和细胞间的作用机理等，以此构造出一个初步的系统模型。（2）系统地改变研究对象的内部组分（如基因突变）或外部生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构所发生的相应变化，包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化，并把得到的有关信息进行整合（系统与层级）。（3）模型上述现象并求解、机理分析与预测，把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较，并对初始模型进行修正。（4）根据修正后的模型的预测或假设，设定和实施新的改变系统状态的实验，重复第二步和第三步，不断地通过实验数据对模型进行修正和精练。系统生物学的目标是得到一个理想的模型，使其机理分析与理论对于现象的预测能够反映出生物系统的真实性。系统生物学的主要手段就是建模，但它不同于以往的生物数学的建模，而是对于生物系统的建模，是整合目标下的建模。也就是，即要对于每个生物层次的各个生物系统建立模型，而且还要将不同层次的系统之间的关联结构建模。如果将不同系统的集合称为系统簇的话，系统生物学将对生物系统的这个簇结构建模。对于不同的研究对象，我们也要选择不同的建模方法，我也对一些系统生物学模型作了一些了解，我主要了解了以下三种模型：（1)结构主义建模方法，它是注重系统的结构分析，建立结构的专业模型并且通过对数学结构的对应建立系统的数学模型。（2)系统的动力学模型，其主要作用是对生物系统行为的预测。动力学的数学模型方法很多，连续的微分方程组和代数方程组，离散的迭代格式、布尔方程组，随机的马氏过程和随机微分方程组等等。动力系统模型求解，特别对于高维问题，通常使用定性分析与计算模拟，可以确定系统状态的动态变化，例如稳定的吸引子、周期和混沌吸引子等等。这些动态解表示了系统长时间的发展趋势，对于生物系统有主要的预测意义。同时，不同状态下的网络的静态结构的差异，有助于从结构角度理解生物系统不同状态的区分方法。例如正常细胞的基因网络与疾病状态的基因网络结构特征的稳定的差别，可以帮助发觉关键基因和区别两类细胞，往往可以用于医学诊断。（3)正向建模与逆向建模。正向建模是通过集成各个独立的关联性实验数据（数据量小）构建网络，包括从文献和数据库查找相应的数据。这种方法适合于网络基本已经构建，需要

中医药计算系统生物学与寒热证候研究

中医药计算系统生物学与寒热证候研究世界科学技术一中医药现代化★科技论坛摘要:中医学是传统的系统生物医学,只有在系统层面上研究传统中医药,才能更为合理地使之得到继承,阐释与发扬.本文阐述了项目组开展的"中医药计算系统生物学"研究内容,发现基于生物网络及其调控,可以较为有效地理解中医证候宏观与微观特征,方剂多靶点整合调节作用等重要问题, 表明中医药计算系统生物学可望成为符合中医特色,又与当今科学前沿协调发展的中医药现代研究方法. 关键词:中医药寒热证候计算系统生物学生物信息学生物网络一 ,中医药特色与当今有关科技趋向中医学以整体观,辨证论治,方剂干预为鲜明特色,以复杂的生命系统为对象,本质上具有系统科学的思想.因此,只有在系统层面上,中医药的特色才能更为合理地得到继承与发扬.如果不能有效地揭示中医药内在的复杂性与系统性,现代意义上的中医药诊疗与评价很可能就失去依据和进一步发展的凭藉. 理解生命在系统,整体层次上的规律,并建立有效的"系统"方法,也是当今科技探索最为活跃的热点和前沿之一.随着人类基因组计划乃至"组革命",多学收稿日期:2006—12.12 修回日期:2007-01-09 科交叉的"系统生物学"应运而生,并被看作"21世纪医学和生物学的核心驱动力".值得注意的是,"组

学"本身并非"系统生物学",如果没有系统模型为指向,单纯的"组学"被认为是"大规模的还原分析"…. 以"计算"为先导的系统生物学,即"计算系统生物学(ComputationalSystemsBiology)",突出了生物信息学等学科"计算"的作用,强调了"计算与实验"的交融,成为切入探索生命系统性,复杂性的重要途径, 并迅速成为系统生物学领域的新前沿."系统生物学"以整体性研究为特征,以生物信息学为联系还原与系统的重要方法,并促使医学,生命科学研究朝向可预测,可预防,个体化的医学的目标发展.以上科技进展,对于中医药重新审视自身特色,发展自身特色,既是历史性的重大机遇,又是前所未有的严峻挑 ★第291次香山科学会议报告.国家科技支撑计划项目子课题(2006BA108B05):中医药计算系统生物学方法及其示范研究,负责人:李梢;教育部高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金(200366):中药分子组合调节血管增生的理化与生物信息研究,负责人:李梢;科技部国家十五攻关项目(2004BA721A47):医学发展的前景与趋势研究,负责人:苏式兵. ★★联系人:李梢,医学博士,清华大学生物信息学研究所副教授,清华信息科学与技术国家实验室生物信息学研究部副主任,主要研究方向:中医药生物信息学,中医药计算系统生物学;Tel:010~2797035,E—mail:shadi@https://www.360docs.net/doc/dd14722590.html,. 【wr0r2ScienceandTechnology~ModernizationofTraditionalChineseMedicineandMat eriaMedica】105 2007第九卷第一期★V o1.9No.1 战. 二,中医药计算系统生物学:还原与系统结合,宏观与微观并举中医药现代化在方法学上面临的一个关键问题

生物信息学简介范文

1、简介生物信息学（Bioinformatics）是在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。它是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一，同时也将是21世纪自然科学的核心领域之一。其研究重点主要体现在基因组学（Genomics）和蛋白质组学（Proteomics）两方面，具体说就是从核酸和蛋白质序列出发，分析序列中表达的结构功能的生物信息。具体而言，生物信息学作为一门新的学科领域，它是把基因组DNA序列信息分析作为源头，在获得蛋白质编码区的信息后进行蛋白质空间结构模拟和预测，然后依据特定蛋白质的功能进行必要的药物设计。基因组信息学，蛋白质空间结构模拟以及药物设计构成了生物信息学的3个重要组成部分。从生物信息学研究的具体内容上看，生物信息学应包括这3个主要部分：（1）新算法和统计学方法研究；（2）各类数据的分析和解释；（3）研制有效利用和管理数据新工具。生物信息学是一门利用计算机技术研究生物系统之规律的学科。目前的生物信息学基本上只是分子生物学与信息技术（尤其是因特网技术）的结合体。生物信息学的研究材料和结果就是各种各样的生物学数据，其研究工具是计算机，研究方法包括对生物学数据的搜索（收集和筛选）、处理（编辑、整理、管理和显示）及利用（计算、模拟）。 1990年代以来，伴随着各种基因组测序计划的展开和分子结构测定技术的突破和Internet的普及，数以百计的生物学数据库如雨后春笋般迅速出现和成长。对生物信息学工作者提出了严峻的挑战：数以亿计的ACGT序列中包涵着什么信息？基因组中的这些信息怎样控制有机体的发育？基因组本身又是怎样进化的？生物信息学的另一个挑战是从蛋白质的氨基酸序列预测蛋白质结构。这个难题已困扰理论生物学家达半个多世纪，如今找到问题答案要求正变得日益迫切。诺贝尔奖获得者W. Gilbert在1991年曾经指出：“传统生物学解决问题的方式是实验的。现在，基于全部基因都将知晓，并以电子可操作的方式驻留在数据库中，新的生物学研究模式的出发点应是理论的。一个科学家将从理论推测出发，然后再回到实验中去，追踪或验证这些理论假设”。生物信息学的主要研究方向：基因组学- 蛋白质组学- 系统生物学- 比较基因组学，1989年在美国举办生物化学系统论与生物数学的计算机模型国际会议，生物信息学发展到了计算生物学、计算系统生物学的时代。姑且不去引用生物信息学冗长的定义，以通俗的语言阐述其核心应用即是：随着包括人类基因组计划在内的生物基因组测序工程的里程碑式的进展，由此产生的包括生物体生老病死的生物数据以前所未有的速度递增，目前已达到每14个月翻一番的速度。同时随着互联网的普及，数以百计的生物学数据库如雨后春笋般迅速出现和成长。然而这些仅仅是原始生物信息的获取，是生物信息学产业发展的初组阶段，这一阶段的生物信息学企业大都以出售生物数据库为生。以人类基因组测序而闻名的塞莱拉公司即是这一阶段的成功代表。原始的生物信息资源挖掘出来后，生命科学工作者面临着严峻的挑战：数以亿计的ACGT序列中包涵着什么信息？基因组中的这些信息怎样控制有机体的发育？基因组本身又是怎样进化的？生物信息学产业的高级阶段体现于此，人类从此进入了以生物信息学为中心的后基因组时代。结合生物信息学的新药创新工程即是这一阶段的典型应用。 2、发展简介生物信息学是建立在分子生物学的基础上的，因此，要了解生物信息学，就必须先对分子生物学的发展有一个简单的了解。研究生物细胞的生物大分子的结构与功能很早就已经开始，1866年孟德尔从实验上提出了假设：基因是以生物成分存在，1871年Miescher从死的白细胞核中分离出脱氧核糖核酸（DNA），在Avery和McCarty于1944年证明了DNA是生命器官的遗传物质以前，人们仍然认为染色体蛋白质携带基因，而DNA是一个次要的角色。1944年Chargaff发现了著名的Chargaff规律，即DNA中鸟嘌呤的量与胞嘧定的量总是相等，腺嘌呤与胸腺嘧啶的量相等。与此同时，Wilkins与Franklin用X射线衍射技术测

(高考生物)浅谈生物学科与其他学科的联系

（生物科技行业）浅谈生物学科与其他学科的联系

浅谈生物学科与其他学科的联系龙海市海澄中学连艳虹摘要：解决生物学的问题，往往要涉及到语文、数学、物理、化学、政治、地理等诸多方面的学科内容。这要求生物老师必须跟得上时代的步伐，不仅要具备有生物科学知识，还要具有其他学科的基础知识，并在平时教学中渗透相关学科的知识，有助于学生系统掌握生物学知识及知识的迁移，以提高教学质量。关键词：生物学科、其他学科、联系、学生生物学科本身是一门实验性学科，又是应用性很强的学科。解决生物学的问题，往往要涉及到语文、数学、物理、化学、政治、地理等诸多方面的学科内容。从历史上看，生物学科的发展也离不开这些学科的共同进步。随着培养学生全面综合素质要求的不断提高，随着高中综合科目考试中应用其他学科知识解决生物学问题的趋势将越来越明显，因此，就要求生物老师必须跟得上时代的步伐，不仅要具备有生物科学知识，还要具有其他学科的理论基础知识，并在平时教学中能有所贯穿，加强挖掘与其他学科的联系，解决教材中的重、难点，才能真正达到教学目的。 1注重生物与其他学科的联系以提高生物教学质量众所周知，生物科学的发展在很大程序上是得益于数、理、化等学科的发展的。数、理、化等学科的研究成果，为生物学的发展提供了先进的理论、研究方法和研究工具。另一方面，从哲学上物质运动的形式看，生命物质的运动是复杂的、高级的物质运动形式，其中必然包含着较简单的、较低级的数学、物理、化学等方面的物质运动形式。因此，在生物学教学过程中，必须加强与数学、物理、化学、地理等相关学科知识的联系，促进知识的迁移，扩展和转化，这样才能使学生对于深奥的知识易于理解，即深入浅出，也能使学生对于较浅显的知识易于理解深刻，抓住本质，即浅入深出。 1.1相关学科知识，有助于学生系统掌握生物学知识

系统生物学

系统生物学的定义：系统生物学是系统性地研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成以及在特定条件下这些组分间的相互关系，并通过计算生物学建立一个数学模型来定量描述和预测生物功能、表型和行为的学科。系统生物学的工作流程①对选定的某一生物系统的所有组分进行研究，构建系统模型。②系统地改变被研究对象的内部组成成分或外部生长条件，观测系统所发生的相应变化，整合全部信息③把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较，并对初始模型进行修订。④是根据修正后的模型，设定新的改变系统状态的实验，重复第二步和第三步，不断地通过实验数据对模型进行修订和精练。系统生物学研究的4个问题：系统结构的阐述；系统行为的分析；控制系统的方法；如何设计系统遗传图谱又称连锁图谱或遗传连锁图谱：指基因组内基因和专一的多态性DNA标记相对位置的图谱。遗传作图的DNA（分子）标记：第一代：限制性片段长度多态性；第二代：简单序列长度多态性；第三代：单核苷酸多态性标记物理作图：定义：以一段已知核苷酸序列的DNA片段（限制性酶切位点、序列标签位点等）为标记,以Mb或Kb作为图距绘制的基因组图。基本要素：路标、单位、顺序、可复制的DNA片段为什么要进行物理作图？遗传学图谱分辨率有限；遗传学图谱精确度有限物理作图的基本原理：物理图谱的本质是路标和克隆测序；单一克隆或重叠克隆都不是图谱，重叠克隆的延续可以制成图谱，克隆末端的数量决定了可排DNA片段的数量文库的概念：含有某种生物体全部基因的随机片段的重组DNA克隆群体宿主：能容纳外源DNA片段的生物体，常用的有大肠杆菌、酵母等载体：能携带外源DNA进入宿主细胞的工具，常用的载体有质粒载体、噬菌体载体、细菌人工染色体等作为载体的基本要求：能在宿主细胞中进行独立的复制；具有多克隆位点，可插入外源DNA片段；有合适的筛选标记，如抗药性；大小合适，易于分离纯化；拷贝数多序列图谱：以某一染色体上所含的全部碱基顺序绘制的图谱。既包括课转录序列，也包括非转录序列，是转录序列、调节序列和功能未知序列的综合。转录图谱：把mRNA先分离、定位，再转录成cDNA，这就构成一张人类基因的转录图，cDNA片段又称表达序列标签(EST)，因此转录图也称为表达序列图。人类基因组计划的测序：绘制人类基因组的高分辨率遗传图谱；绘制人类级某些模式生物基因组的各种物理图谱；确定人类及某些模式生物的DNA全序列；收集、储存、传播和分析所得资料；发展用于此研究的一系列新技术。测序策略：全基因组散弹法；逐步克隆法全基因组散弹法(鸟枪法)：大分子DNA被随机地“敲碎”成许多小片段，收集这些随机小片段并将它们全部连接到合适的测序载体（如M13噬菌体）；小片段测序完成后，根据重叠区计算机将小片段整合出大分子DNA序列。这就是所谓的鸟枪测序法。优点：不需要高密度的图谱；速度快、简单、成本低缺点：拼接组装困难，尤其在重复序列多的区域,主要用于重复序列少、相对简单的原核生物基因组逐步克隆法：是在鸟枪法基础上发展起来的两种方法的比较：全基因组霰弹法：基因组DNA-》霰弹法克隆-》测序并进行全基因组序列组装-》完整的基因组序列；逐步克隆法：基因组DNA-》BAC文库-》根据物理图谱正确定位的BAC 或contig-》用于霰弹法测序的候选克隆-》用于霰弹法测序的亚克隆-》测序并组装第一代DNA测序技术：Sanger法双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)链末端终止法为测序基础，以四色荧光标记的ddNTP为终止剂，采用毛细管电泳技术取代聚丙烯酰胺平板电泳，使4个测序反应物在一根毛细管内电泳。毛细管末端配有激光照射装置，诱发出不同的发射波长的荧光，经光栅打到CCD 摄像机上同步成像，经电脑转换将光信号转换为DNA序列。第二代DNA测序技术：边合成边测序罗氏454测序平台：焦磷酸测序：通过核苷酸和模板结合后释放的焦磷酸引发酶级联反应，促使荧光素发光并进行检测测序的反应体系：反应酶：DNA聚合酶三磷酸腺苷硫酸化酶，荧光素酶，双磷酸酶；反应底物：磷酰硫酸，荧光素焦磷酸/单克隆测序原理步骤：单链DNA模板被合成互补链，4种dNTP按碱基互补配对原则次序结合到模板上，每当一个dNTP成功结合到模板时会释放焦磷酸(ppi)，其释放量与结合进入DNA的dNTP数量一致。ppi被硫酰酶催化形成ATP，ATP促进荧光素酶氧化荧光素，这些酶促反应能实时发射出荧光被CCD相机记录下来。 454测序流程1. 文库准备2. 连接接头:在单链DNA的3′端和5′端分别连上不同的接头3. 形成微反应器4. 扩增 5. 测序 6. 数据分析 ①提取基因组DNA并切割成80-120bp片段并变性成单链后加一个专门接头使DNA片段与琼脂糖凝胶小球结合。②此小球与一种进行PCR反应的混合乳胶小滴结合。③DNA扩增在乳胶小滴中进行，扩增使小球充满某一段DNA的10^7拷贝。④乳胶小滴破裂，DNA链变性，携带单链DNA克隆的小球沉淀进入光学纤维片的井中，在井中完成单克隆测序并用CCD相机记录⑤计算机分析并得出结果 454测序技术的特点:速度快;读长长;通量高;准确度高Illumina测序的基本原理：可逆终止法，边合成边测序电子克隆的概念:利用两端有重叠序列的EST可以组成全长的CDNA序列。电子克隆原理：选定的EST序列进入DNA序列库中进行对位排列，寻找片段端部能互补配对的一致性序列，从而使EST的末端得以延伸。获得第一轮配对延伸的片段后再继续第二轮对位排列，如此反复进行有望将多个EST组装起来直到找到起始密码子和终止子。功能基因组学：利用结构基因组学所获得的各种信息，建立与发展各种技术和实验模型来测定基因及基因非编码序列的生物学功能。目的：基因功能的发现，基因表达分析及突变检测。比较基因组学：研究不同物种基因组的异同，目的：寻找物种间共有的，即在进化上保守的基因或DNA序列，这些基

系统生物学——一生命科学的新领域.

系统生物学——一生命科学的新领域 [摘要] 20世纪生物学从宏观到微观进步巨大，传统的分析还原的研究方法受到质疑。在此背景下，系统生物学是继基因组学、蛋白质组学之后一门新兴的生物学交叉学科。从系统角度来进行生物学研究逐步成为现代生物学研究方法的主流。在研究上，了解一个复杂的生物系统需要整合实验和计算方法、基因组学和蛋白质组学中的高通量方法为系统生物学发展提供大量的数据，计算生物学通过数据处理、模型构建和理论分析，成为系统生物学发展的一个必不可缺的、强有力的工具，已经在诸多医学前沿领域的研究中成为重要研究方法而被广泛应用。本文旨在阐述系统生物学的发展现状及其应用前景，希望能对广大相关领域的读者有所价值。 [关键词] 系统生物学；基因组学；蛋白质组学；计算生物学近代生物学研究主要是以分子生物学和细胞生物学研究为主。研究方法皆采用典型的还原论方法。目前为止，还原论的研究已经取得了大量的成就，在细胞甚至在分子层次对生物体都有了很具体的了解，但对生物体整体的行为却很难给出系统、圆满的解释。生物科学还停留在实验科学的阶段，没有形成一套完整的理论来描述生物体如何在整体上实现其功能行为，这实际上是还停留在牛顿力学思想体系的简单系统的研究阶段。但是生物体系统具有纷繁的复杂性[1，2]。尽管对一个复杂的生物系统来说，研究基因和蛋白质是非常重要的，而且它将是我们系统生物学的基础，但是仅仅这些尚不能充分揭示一个生物系统的全部信息。这种研究结果只限于解释生物系统的微观或局部现象，并不能解释系统整体整合功能的来源，不能充分揭示一个生物系统的信息，且忽略了系统中各个层面的交互、支持、整合等作用,限制了生物学研究的发展。在这种现状下，20世纪末人类基因组计划完成后，生物学领域的科学家都在考虑一个问题：未来生物学研究的方向在哪里？为此学术界也不乏辩论。得出的共识是：生物学的发展未来主要面对如下问题：(1)如何弄清楚单一生物反应网络，包括反应分子之间的关系、反应方式等；(2)如何研究生物反应网络之间的关系，包括量化生物学反应及生物反应网络；(3)如何利用计算机信息及生物工程技术进行生物反应，生物反应网络，乃至器官及生物体的重建。早在1969年，Bertalanfy LV就提出了一般系统理论(general systems theory)，他在文章中指出生物体是一个开放系统，对其组成及生物学功能的深入研究最终需要借助于计算机和工程学等其他分支学科才能完成[3]。1999年，由Leroy Hood创立的系统生物学(systems biology)则是在以还原论为主流的现代生物学中反其道而行之，把这种以整体为研究对象的概念重新提出。他给系统生物学赋予了这样的定义，系统生物学(systems biology)是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。换言之，以往的实验生物学仅关心基因和蛋白质的个案，而系统生物学则要研究所有的基因、所有的蛋白质、组分间的所有相互关系。显然，系统生物学是以整体性研究为特征的一种大科学，是生物学领域革命性的方法论。以胡德的观点，基因、蛋白质以及环境之间不同层次的