生物信息学
生物信息学概念与主要内容
生物信息学概念与主要内容生物信息学是一门交叉学科，它综合运用了生物学、计算机科学、数学和统计学等多个学科的理论和方法，来研究和分析生物分子（如 DNA、RNA 和蛋白质）的结构、功能、演化以及它们之间的相互关系。
生物信息学的主要内容包括以下几个方面：1. 基因组学：基因组学是生物信息学的核心领域之一。
它涉及基因组的测序、组装、注释和比较分析。
通过基因组学的研究，可以了解生物体的基因组结构、基因功能、基因表达调控等信息。
2. 转录组学：转录组学关注的是转录水平上基因表达的研究。
它包括对 RNA 转录本的测序、表达量分析、差异表达基因的鉴定等。
转录组学有助于理解基因在不同条件下的表达模式和调控机制。
3. 蛋白质组学：蛋白质组学研究蛋白质的表达、结构、功能和相互作用。
它包括蛋白质的鉴定、定量分析、蛋白质-蛋白质相互作用网络的构建等。
蛋白质组学对于揭示蛋白质的功能和生物学过程具有重要意义。
4. 生物信息学算法和工具：生物信息学涉及到大量的数据处理和分析，因此需要开发各种算法和工具来处理和解读生物数据。
这些工具包括序列比对算法、基因注释工具、蛋白质结构预测算法等。
5. 数据库和知识库：生物信息学依赖于各种生物数据库和知识库，这些数据库存储了大量的生物分子数据、文献信息和实验结果。
例如，基因组数据库（如 GenBank）、蛋白质数据库（如 PDB）等。
6. 系统生物学：系统生物学是将生物信息学与系统科学相结合的学科领域。
它旨在研究生物系统中各个组成部分之间的相互作用和调控机制，从而构建生物系统的模型和网络。
总的来说，生物信息学为生物研究提供了强大的计算和数据分析工具，帮助科学家更好地理解生物分子的结构、功能和相互关系，进而推动生命科学的发展。
生物信息学概述(共59张PPT)精选全文完整版
蛋白质 结构
蛋白质 功能
最基本的 生物信息
2024/11/11
生命体系千姿百 态的变化
维持生命活 动的机器
9
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。破译“第
二遗传密码”：即折叠密码（folding code），从蛋白质的一级结构
Rickettsia prowazekii
Helicobacter pylori
Buchnerasp. APS
Escherichia coli大南芥
Thermotoga maritima
Thermoplasma acidophilum
mouse
Caenorhabitis elegans
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
细胞质（线粒体、叶绿体） 基因组DNA
人类基因组：3.2×109 bp 18
人类自然科学史上的 3 大计划
曼哈顿原子 弹计划
阿波罗登月 计划
人类基因组计划
生物信息学专业学什么
生物信息学专业学什么生物信息学是一门交叉学科，结合了生物学、计算机科学和统计学的知识，旨在开发和应用计算工具和方法来解决生物学研究中的问题。
这个领域涉及到大规模的生物数据分析、基因组学、蛋白质组学以及生物信息学算法的开发和应用。
在这个数字时代，生物信息学在生物学研究和医学领域起着至关重要的作用。
学科概述生物信息学专业需要掌握生物学、计算机科学和统计学的基本理论和知识，并将其应用到生物信息学的研究和应用中。
主要的学科内容包括：1.蛋白质、基因和DNA序列的分析。
2.基因组学和转录组学的研究。
3.生物数据库的搭建和管理。
4.生物信息学算法和工具的开发。
5.生物信息学在基因工程和药物研发中的应用。
同时，学生还需要学习计算机程序设计、数据库管理、算法分析等相关的计算机科学和统计学知识，以及生物学实验的基本操作技能。
学习目标学习生物信息学专业的目标主要有以下几个方面：1.掌握基本的生物学理论和知识，理解生物学研究中的基本问题和挑战。
2.熟悉常用的生物数据库和工具，能够使用它们进行基因和蛋白质序列的分析。
3.熟练掌握计算机科学和统计学的基本理论和技术，能够开发和应用生物信息学算法和工具。
4.理解生物信息学在基因工程、药物研发和医学中的应用，并具备解决相关问题的能力。
5.具备科学研究的基本素养，能够进行生物信息学实验并分析实验结果。
就业方向生物信息学专业毕业生可以在多个领域找到就业机会，包括学术界、医药公司、生物科技公司、生物医药研究机构、政府部门等。
具体的就业方向包括：1.生物信息学研究员：在学术界从事生物信息学研究，开展研究项目并发表学术论文。
2.生物数据库管理员：负责搭建和管理生物数据库，维护数据的完整性和安全性。
3.生物信息分析师：使用生物信息学工具和算法对生物数据进行分析，提取有用的信息。
4.生物信息技术支持工程师：提供生物信息学工具和系统的技术支持和维护。
5.生物信息学项目经理：负责领导和管理生物信息学项目，确保项目按时完成，并满足客户需求。
生物信息学介绍
生物信息学介绍生物信息学是一门综合性的学科，结合了生物学、计算机科学和统计学的知识与技术，旨在解决生物学领域中的复杂问题。
它的出现使得研究者能够更加高效地进行基因组学、蛋白质组学以及生物信息的分析和解读。
生物信息学的研究对象主要是生物信息，即通过DNA、RNA和蛋白质等生物分子的序列、结构和功能等信息。
通过对这些信息的分析与挖掘，可以深入了解生物体的基因组组成、基因调控、蛋白质相互作用等生物学过程。
同时，生物信息学也为研究生物的进化、疾病机制以及药物研发等提供了重要的工具和方法。
生物信息学的研究内容包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学和系统生物学等。
基因组学是研究生物个体基因组的全套基因信息，可以通过测序和比对等技术来研究基因的序列、结构和功能。
转录组学则研究基因组内的转录过程，即基因的表达情况和调控机制，可以通过RNA测序等技术来研究基因的表达水平和剪接变异等。
蛋白质组学研究蛋白质的表达、结构和功能，可以通过质谱和蛋白质互作等技术来研究蛋白质的组成和相互作用关系。
代谢组学则研究生物体内代谢物的组成和变化，可以通过质谱和核磁共振等技术来研究代谢物的水平和调控机制。
系统生物学则研究生物体内的生物网络和调控机制，可以通过网络分析和模拟等技术来研究生物体的整体特性和相互作用关系。
生物信息学的研究方法主要包括数据库和软件的开发与应用、序列比对与比较、结构预测与模拟、数据挖掘与分析以及网络建模与模拟等。
数据库和软件的开发与应用是生物信息学研究的基础，通过建立和维护丰富的生物信息数据库，并开发相应的软件工具，可以方便研究者进行数据的存储、查询和分析。
序列比对与比较是生物信息学中常用的方法，通过比对不同物种或个体的基因组或蛋白质序列，可以寻找相似性和差异性，进而研究序列的保守性和功能。
结构预测与模拟则是研究蛋白质结构和功能的重要手段，通过计算方法和实验验证，可以预测蛋白质的三维结构和相互作用模式。
数据挖掘与分析是生物信息学中的核心技术之一，通过统计学和机器学习的方法，可以从大量的生物数据中挖掘出有意义的信息和模式。
生物信息学
生物信息学生物信息学是植物学、生物学、化学、数学、计算机科学等多学科交叉的一个新兴学科，其主要研究内容是如何获得、存储、传输、分析和应用生物信息数据。
生物信息学涉及到生物信息的采集、整合、处理、分析和应用等多个方面，包括大量生物数据的处理、生成和管理，数据的挖掘、重建和应用，基于计算机辅助的生物数据分析和建模等。
一、生物信息学的基本概念1. 生物信息学：是指将计算机科学、生物学、统计学、数学和物理学等多学科交叉的技术，用于对生物学数据进行收集，整合，存储，分析和模拟等。
2. 生物数据：是指在基因组、转录组、蛋白质组、代谢组、细胞组等层次，通过实验技术获得的关于生物的各种信息，包括基因序列、蛋白质序列、代谢产物组成、RNA表达水平等的各种数据。
3. 生物数据库：是指在系统地整合和存储生物数据的基础上为生物信息学研究提供的数据资源。
生物数据库一般包含了基因、蛋白质、代谢产物、表观遗传学等方面的数据，主要用于生物信息学的数据挖掘和分析。
4. 生物信息学技术：是指将生物数据通过计算机技术进行处理、分析和建模的技术手段。
包括基于算法的生物序列分析技术、分子建模和仿真技术，基于数据挖掘的分析技术、图像分析等。
二、生物信息学的发展历程生物信息学的发展历程可以从20世纪50年代开始，当时人们通过研究DNA、RNA和蛋白质的结构，探索生物学以及分子生物学的基本问题。
19世纪70年代到80年代，开始有科学家通过计算机分析生物序列数据，这是生物信息学的萌芽阶段；90年代，信息技术大爆发，计算机性能的不断提升奠定了生物信息学发展的基础，同时，国际人类基因组计划的启动和完成，也推动了生物信息学领域的迅速发展。
近年来，生物数据的爆炸式增长和高通量测序技术迅速发展，使得生物信息学成为一个新兴的领域，其研究范围涵盖了全球相关领域的学者。
三、生物信息学在生物学领域的应用1. 生物序列分析：通过处理生物序列数据，研究生物学中基因结构、调控、蛋白质结构和功能等基础方面，以及富含信息内容的非编码RNA和代谢物等，目前已成为一个成熟的技术。
什么是生物信息学
什么是生物信息学生物信息学是一门综合性的学科，是应用计算机、数学、物理、化学、生物学等学科知识，研究生命系统中信息的采集、存储、管理、处理、分析、应用和传播的一门学科。
它是以高通量技术、计算机辅助技术和统计学方法为基础，研究生物学信息的获取、处理和应用，为生命科学的研究和应用提供支持和服务。
生物信息学涉及的范围非常广，包括基因组学、蛋白质组学、代谢组学、表观基因组学、转录组学、系统生物学等多个方面。
生物信息学的发展始于20世纪70年代，并在21世纪经历了爆发式的发展，随着人类基因组计划等生物学研究的迅速发展，生物信息学逐渐成为生命科学领域中的重要分支和研究热点。
生物信息学通过从大量的生物学数据中提取信息，探索诸如基因功能、蛋白质相互作用、新药开发、疾病诊断和治疗、生命演化等诸多方面的问题。
生物信息学的主要研究内容包括：1.基因组学：对生物体基因组的序列和结构进行分析和解读，探究基因与性状、疾病的关系。
2.转录组学：对生物体转录产物实现高通量测序和分析，分析在不同生理和病理状态下基因的表达模式，在分子机制上研究调控基因表达的过程。
3.蛋白质组学：研究蛋白质组在不同生理和病理状态下的变化及其功能，寻找与疾病相关的蛋白质标志物，以及蛋白质相互作用、修饰和结构等方面的特征。
4.代谢组学：对生物体在代谢通路中产生的化合物进行鉴定和定量，研究代谢组在不同生理和病理状态下的变化及其与人类健康的关系。
5.系统生物学：通过对生物体多维度数据的集成分析，建立生物体系的数学计算模型，从宏观和微观两个层次深入研究生物体系的整体特征和生命规律。
生物信息学在基础研究和应用领域均有重要的意义和价值。
在基础研究方面，生物信息学可以加速基因定位、基因功能解析、进化研究等过程。
在应用方面，生物信息学可以为新药研发、疾病预测、定制医疗等提供技术支持。
生物信息学的应用还包括医学、农业、食品、环保等多个领域。
尽管生物信息学已经发展成为一门独立的学科，但与生命科学的其他领域仍存在密切的联系。
生物信息学
生物信息学
生物信息学是运用计算机科学和生物学结合的研究技术，用来解决生物数据的分析和探索问题。
它被用来处理大量的生物信息数据，包括基因表达、生物大分子结构和功能、活体生物研究和分子进化等。
生物信息学可以改善生物学研究的效率，成为重要研究方法和工具。
生物信息学有助于生物学家们深入理解基因工作方式、
基因工程以及其他生物学问题。
生物信息学在医学和生命科学研究中发挥了重要作用，因为它可以帮助医生临床以及治疗研究开发新药和新技术。
它也可以为农业提供帮助，设计出新的品种，这些品种能够抵御病虫害，从而增加农产品的产量。
生物信息学由许多不同的技术组成，包括遗传学分析、
生物统计学、计算机科学、图像处理和自然语言处理等。
这些技术被用来解决各种生物学问题，提供信息支持，以及支持生物数据挖掘，帮助研究人员发现新的知识。
生物信息学正在赋予我们崭新的看法和内在认知，通过
其丰富的实践和研究，将对于所有生物学领域产生重要的改变和应用。
生物信息学专业
生物信息学专业生物信息学是一门综合性的学科，旨在利用计算机技术和数学方法研究生物学中的各种问题。
其主要内容包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等方面，概括地说就是将基因、蛋白质、代谢物等生物大分子的信息转化为计算机可处理的形式，通过大数据分析来探究生命科学中的各种现象。
生物信息学的发展生物信息学是由生物学和计算机科学相结合而产生的一门交叉学科。
其实际应用已经涉及到了生物医学、农业、动植物保护、环境等多个领域。
从1990年代开始，人类基因组测序的完成标志着生物信息学的兴起。
在此之后，随着基于高通量测序技术的次代测序技术和生物信号检测等技术的发展，生物信息学得以快速发展，成为支持计算机和生物学结合的一大研究领域。
生物信息学的研究领域一、基因组学基因组学是基因组的研究。
基因是生物遗传信息的核心，基因序列破译可以覆盖许多领域，相关于预测疾病和客观评估药物的目标生物。
基因组学的应用方法包括测序技术、基因芯片以及比较基因组学。
其中，比较基因组学在筛选同源基因、重建演化历史等方面有非常明显的优势。
二、转录组学转录组学是研究生物基因表达的一门学科。
其主要通过分析RNA提取物中的DNA序列来研究基因表达的调控。
转录组学方法包括一般的RNA测序、低复杂度DNAssl芯片以及不同形式的原位杂交。
转录组学在诊断疾病、药物治疗、疗效评估等方面的应用也非常广泛。
三、蛋白质组学蛋白质组学是研究蛋白质全息的学科。
蛋白质是生物表现型的主要组成部分，它的组合可以影响表现型，所以解析蛋白质组数据是显得非常重要。
蛋白质组研究方法包括质谱（Mass spectrometry）和两杂交筛选（two-hybrid screening），并在生物医药等领域有着极为重要的应用。
四、代谢组学代谢组学是研究代谢产物的学科。
代谢产物是反映生物代谢状态的直接指标，代谢组学通过分析生物体内代谢物的产量来寻找代谢途径中的关键物质和瓶颈，揭示代谢异常的发生机理并为之制定治疗方案提供依据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
任务： 任务： 1. 检索数据 序列比对软件， 2. 序列比对软件，数据库搜索 3. 分析查询结果
序列数据的查询
• 某天，Prof. Gene发现人的 某天， 发现人的Hela细胞中，有丝 细胞中， 发现人的 细胞中 分裂期间有异常情况：细胞不再分裂， 分裂期间有异常情况：细胞不再分裂，而是开 始凋亡(表型 表型， 始凋亡 表型，phenotype)，通过实验的方法 ， (例如，酵母双杂交 ，发现了与有丝分裂期间 例如， 例如 酵母双杂交)， 某个蛋白可能相互作用的一个基因， 某个蛋白可能相互作用的一个基因，测序结果 如下(genotype)： 如下 ：
CCCCTGCCTGGCAGCCCTTTCTCAAGGACCACCGCATCTCTACATTCAAGAAC TGGCCCTTCTTGGAGGGCTGCGCCTGCACCCCGGAGCGGATGGCCGAGGCTG GCTTCATCCACTGCCCCACTGAGAACGAGCCAGACTTGGCCCAGTGTTTCTTC TGCTTCAAGGAGCTGGAAGGCTGGGAGCCAGATGACGACCCCATAGAGGAAC ATAAAAAGCATTCGTCCGGTTGCGCTTTCCTTTCTGTCAAGAAGCAGTTTGAAG AATTAACCCTTGGTGAATTTTTGAAACTGGACAGAGAAAGAGCCAAGAACAAA ATTGCAAAGGAAACCAACAATAAGAAGAAAGAATTTGAGGAAACTGCGGAGAA AGTGCGCCGTGCCATCGAGCAGCTGGCTGCCATGGATTGAGGCCTCTGGC
作业
• 某天，在小鼠(Mus musculus)中又发现了 某天，在小鼠 中又发现了 一个与有丝分裂相关的基因，通过DNA 一个与有丝分裂相关的基因，通过 测序，得到部分序列： 测序，得到部分序列：
AATTTGCTGAGTACAACAGCGACCGTCATCAGTTTTTTGAGTTTCTGT ACAACCAGGGAATTGGAACCAAGTCATCATATATATACATGTCCTGGG CAGGGCATCTGGAAGCCCAGGGAGAGCTGCAGCATGCCAGTGCT
• 1. 在瘤形成过程中可能起一定作用； 在瘤形成过程中可能起一定作用； • 2. 阻碍 阻碍G2/M期的细胞编程性凋亡； 期的细胞编程性凋亡； 期的细胞编程性凋亡 • 3. Chromosomal passenger complex (CPC)的成员之一。 的成员之一。 的成员之一 • … • 细胞亚定位：胞质，核。 细胞亚定位：胞质，
PHI-BLAST: find domain
Conserved domain
填入蛋白质的FASTA序列 序列 填入蛋白质的
BIR domain
结论3 结论
• 该蛋白具有保守的功能结构域 该蛋白具有保守的功能结构域BIR
搜索蛋白质数据库
在人中做BLAST搜索 搜索 在人中做
蛋白质信息
结论4： 结论 ：功能分析
寻找同原物
结论5： 结论 ：
• 在酵母中的同源物可能是 在酵母中的同源物可能是BIR1。 。
PDB：三级结构数据库
总结
• 现在，知道了： 现在，知道了： • 1. 该基因为人的baculoviral IAP repeat-containing 5基因，染 基因， 该基因为人的 基因 色体定位： 号染色体 号染色体， 色体定位：17号染色体，73721872-73733311；基因标识符： ；基因标识符： NM_001168.2; • 2. 蛋白质包含 蛋白质包含142个氨基酸，序列标识符为：NP_001159.2 个氨基酸， 个氨基酸 序列标识符为： • 3. 具有保守的功能结构域 具有保守的功能结构域BIR • 4. 细胞亚定位：胞质，核，其功能有： 细胞亚定位：胞质， 其功能有： – (1) 在瘤形成过程中可能起一定作用； 在瘤形成过程中可能起一定作用； – (2) 阻碍 阻碍G2/M期的细胞编程性凋亡； 期的细胞编程性凋亡； 期的细胞编程性凋亡 – (3) Chromosomal passenger complex (CPC)的成员之一。等 的成员之一。 的成员之一 等。 • 5. 在酵母中的同源物可能是 在酵母中的同源物可能是BIR1。 。 • 6. 三级结构已知，在PDB中的标识符为 三级结构已知， 中的标识符为1E31。 中的标识符为 。
问题： 问题：
• 1. 这个基因在小鼠中是哪个基因？基因的标识符是 这个基因在小鼠中是哪个基因？ 什么？这个基因的在基因组上的定位是怎样的？ 什么？这个基因的在基因组上的定位是怎样的？ • 2. 这个基因在人中的同源物是哪一个？标识符是什 这个基因在人中的同源物是哪一个？ 么？ • 3. 在人中，这个基因标码的蛋白质是什么？具有什 在人中，这个基因标码的蛋白质是什么？ 么样的功能？细胞亚定位在何处？ 么样的功能？细胞亚定位在何处？这个基因是一个 酶吗，什么酶？具有什么样的功能结构域？ 酶吗，什么酶？具有什么样的功能结构域？ • 4. 这个基因在酵母中保守吗？如果保守，哪个基因 这个基因在酵母中保守吗？如果保守， 是人中的同源物？ 是人中的同源物？ • 5. 这个基因在人中的同源物，编码的蛋白质有 级结 这个基因在人中的同源物，编码的蛋白质有3级结 构的信息吗？如果有，给出在PDB中的标识符。 中的标识符。 构的信息吗？如果有，给出在 中的标识符
获取蛋白质的序列信息
142 aa
结论2 结论
• 人的 人的BIRC5蛋白质包含 个氨基酸，序 蛋白质包含142个氨基酸 个氨基酸， 蛋白质包含 列标识符为： 列标识符为：NP_001159.2
获得FASTA格式的序列 格式的序列 获得
MGAPTLPPAWQPFLKDHRISTFKNWPF LEGCACTPERMAEAGFIHCPTENEPDLA QCFFCFKELEGWEPDDDPIEEHKKHSSG CAFLSVKKQFEELTLGEFLKLDRERAKN KIAKETNNKKKEFEETAEKVRRAIEQLA AMD
问题： 问题：
• • • • • • 1. 这是哪个基因？ 这是哪个基因？ 2. 编码的蛋白质序列是怎样的？ 编码的蛋白质序列是怎样的？ 3. 有没有保守的功能结构域 有没有保守的功能结构域(domain)？ ？ 4. 它的功能是怎样的？ 它的功能是怎样的？ 5. 它在真核生物中保守吗？ 它在真核生物中保守吗？ 6. 有没有三级结构信息？ 有没有三级结构信息？
NCBI: BLAST
/Leabharlann nucleotide blast
Megablast: 找基因序列
输入序列
NM_001168.2
在染色体的位置
17号染色体 号染色体
结论1 结论
• 1. 该基因为人的 该基因为人的baculoviral IAP repeatcontaining 5基因，染色体定位：17号染 基因， 基因 染色体定位： 号染 色体， 色体，76210277-76221716；基因标识符： ；基因标识符： NM_001168.2; • 2. 初步的功能分析：细胞周期，caspase 初步的功能分析：细胞周期， 酶的抑制因子，等等。 酶的抑制因子，等等。