医学ppt课件大全生物信息学概述

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1、生物信息学概述徐燕生物信息学产生的背景生物信息学的定义和研究内容生物信息学的研究方法软件开发一、产生的背景1990，由美国能源部(DOE)和国立卫生研究院(NIH)提出并提供资助，被称为生命科学“登月计划”的人类基因组计划（HumanGenomeProject，HGP）。HGP的主要任务是：人类基因组以及一些模式生物体(细菌、酵母、线虫、果蝇等)基因组的作图、测序和基因识别。即以测定基因组的序列数据为出发点，随后对其进行分析解读，确定基因数量，预测各基因的功能，搜索疾病基因，比较不同基因之间的差别，以达到

2、了解和认识生命的起源、重间和个体间差异的起因，以及疾病产生的机制、长寿与衰老等生命现象的本质，并造福人类。该计划一经提出，很快扩展成为世界范围的研究计划。经过美、英、13、法、德和中国科学家的共同努力，至2000年6月26日完成了工作草图；至2001年2月12日完成并公布了准确、清晰完整的人类基因组图谱。但是，研究结果所显示的人类基因组包含的基因数目约3万一4万个，只是原本预料的(6万～10万个)几分之一，是线虫的3～4倍、果蝇的2倍，比老鼠也只多了约300个核苷酸。人类基因数如此之少，而人的结构和功能却

3、很复杂？研究人员对人类的复杂性作了如下解释：①人类基因有3～4万个，而蛋白质却有25万种之多，故推测每一基因平均合成几种蛋白质。②人体蛋白质在合成后分别黏附上了不同的糖分和其他化学物质，使其产生功能各异的蛋白质。同时，人类基因组计划带来了海量的不连续的数据。由于计算机数据库等技术的迅速发展，20世纪80年代初开始建立了美国GenBank，欧洲分子生物学实验室数据库(EMBL)和日本DNA数据库(DDBJ)，这些数据库，由互联网连接，构成了极其复杂、规模巨大的生物信息。数据并不等于信息和知识，但却是信息和知

4、识的源泉。如何收集、存储、分析这些数据，尤其是如何从这些不连的数据中获取有用的生物学信息是问题的关键所在。生物数据量的迅猛增长，既受益于数理科学和计算机科学所提供的方法与手段，也呼唤着多种学科的共同努力。于是，伴随着人类基因组计划，生物信息学应运而生。HGP已完成，进入后基因组计划，或者说“后基因组时代”，即揭示基因组及其全部基因的功能，以及对基因产物——蛋白质结构和功能的研究和预测(蛋白质组学)。通过对蛋白质组的研究更能阐述遗传、发育、进化、功能调控等基本生物学问题及其与人类健康和疾病密切相关的生物医学

5、问题。二、定义和研究内容1.定义现代生物信息学是现代生命科学与信息科学、计算机科学、数学、统计学、物理学和化学等学科相互渗透而形成的交叉学科，是应用计算机技术和信息论方法研究蛋白质及核酸序列等各种生物信息的采集、存储、传递、检索、分析和解读，以帮助了解生物学和遗传学信息的科学。从其研究所涉及的学科上看，生物信息学是集生物学、数学、信息学和计算机科学一体化的一门新的科学；从其研究的主要内容看，基因组信息学、蛋白质结构模拟以及药物设计是生物信息学三者有机结合的重要组成部分。2.研究内容①生物信息学虽涉及许多学

6、科，但其内涵十分具体，范围非常明确。因其伴随基因组研究而产生的，因此其研究内容就紧随着基因组研究而发展，其核心是基因组信息学。②生物信息学还利用基因组中编码区的信息进行蛋白质空间结构的模拟和蛋白质功能的预测，并将此类信息与生物体和生命过程的生理生化信息相结合，阐明其分子机制，最终进行蛋白质、核酸的分子设计、药物设计和个体化的医疗保健设计。③生物芯片研究。生物芯片通常指通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，能够高速率、高通量地完成对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的检测并实

7、现分析过程的连续化、集成化、微型化和自动化。世界上第一台计算机是美国于1994年11月在实验室研制成功的。生物计算机的主要材料之一是生物工程技术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片。在这种芯片中，信息以波的方式传播，运算速度比当今最快的计算机快10万倍左右，能量消耗仅为普通计算机的几亿分之一，而存储信息空间仅占百亿分之一。制造生物计算机，纳米技术是关键。三、研究方法借助于计算机科学、信息科学及其他学科的共同参与，人们发展了生物信息的多种分析方法，其中最基本的方法有序列对比、结构对比及功能对比预测法。①序列

8、比对预测法序列比对是以核酸和蛋白质序列为依据，来比较两个或两个以上核酸或蛋白质在碱基、氨基酸水平上的相似性和不相似性。②结构比对预测法结构比对的基本问题是比较两个或两个以上蛋白质空间结构的相似性或不相似性。从方法学上来看有演绎法和归纳法两种：前者是从一些基本原理或假设出发来预测和研究蛋白质的结构和折叠过程；后者主要是从观察和总结已知结构的蛋白质结构规律出发来预测蛋白质结构。③功能比对预测法蛋白质的功能预测是以目的蛋白为线索力图