现代生物技术第十章-生物信息学

生物技术Biotechnology食品与营养工程学院李西腾第十章生物信息学生物技术创造的保护生物信息学的主要应用分子信息学数据库生物信息学的概念第一节生物信息学的概念生物信息学广义：生物信息学是从事对生物信息的获取、处理、存储、分配、分析和释读，并综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来说明和理解大量数据所包含的生物学意义的交叉科学。狭义：将计算机科学和数学应用于生物大分子信息的获取、加工、存储、分类、检索与分析，以到达理解这些生物大分子信息的生物学意义的交叉学科。第二节分子生物信息数据库及其分祈一、分子生物信息数据库大量生物学实验的数据积累，形成了当前数以百计的生物信息数据库。它们各自按一定的目标收集和整理生物学实验数据，并提供相关的数据查询、数据处理的效劳。随着因特网的普及，这些数据库大多可以通过网络来访问，或者通过网络下载。一、分子生物信息数据库分子生物信息数据库归纳起来，大体可以分为四大类：即基因组数据库、核酸和蛋白质一级结构序列数据库、生物大分子(主要是蛋白质)三维空间结构数据库以及以上述三类数据库和文献资料为根底构建的二次数据库。基因组数据库来自基因组作图，序列数据库来自序列测定，结构数据库来自x衍射和核磁共振结构测定。这些数据库是分子生物信息学的根本数据资源，通常称为一次数据库，它的数据库量大，更新速度快，用户面广，需要高性能的计算机硬件、大容量的磁盘空间和专门的数据库管理系统支撑。一、分子生物信息数据库二次数据库是在核酸序列数据库、蛋白质序列数据库以及大分子空间结构数据库等根底之上构建的，是不同研究领域的研究人员，对基因组图谱、核酸和蛋白质序列、蛋白质结构以及文献等数据进行分析、整理、归纳、注释，构建出的具有特殊生物学意义和专门用途的二次数据库。一、分子生物信息数据库〔一〕基因组数据库基因组数据库的主体是模式生物基因组数据库，其中最主要的是由世界各国联合研究的人类基因组研究中心、测序中心构建的各种人类基因组数据库。

一、分子生物信息数据库〔一〕基因组数据库目前已建成几十种微生物、动物、植物基因组网上数据库，小鼠、河豚鱼、拟南芥、水稻、线虫、果蝇、酵母、大肠杆菌等各种模式生物基因组数据库或基因组信息资源都可以在网上找到。除了模式生物基因组数据库外，基因组信息资源还包括染色体、基因突变、遗传疾病、分类学、比较基因组、基因调控和表达、放射杂交、基因图谱等各种数据库。一、分子生物信息数据库〔二〕核酸及蛋白质序列数据库序列数据库是分子生物信息数据库中最根本的数据库，包括核酸和蛋白质．以核苷酸碱基顺序或氨基酸残基顺序为根本内容，并附有注释信息。序列数据库数据的序列数据来自核酸和蛋白质序列测定，由数据录入人员通过查阅文献、杂志按集，或者由科研人员用磁盘、电子邮件、网上提交等方式向国际生物信息数据库中心递交。数据中心对搜集到的序列数据进行整理、维护，并定期通过互联网、磁盘、磁带和光盘等方式向全世界发布。一、分子生物信息数据库〔三〕生物大分子三维空间结构数据库蛋白质分子的各种功能，是通过不同的三维空间结构实现的。因此，蛋白质空间结构数据库是生物大分子结构数据库的主要组成局部。蛋白质结构数据库是随x射线晶体衍射分子结构测定技术使用而出现的数据库，其根本内容为实验测定的蛋白质分子空间结构原子坐标。20世纪90年代以来，越来越多的蛋白质分子结构被测定，蛋白质结构分类的研究不断深入，出现了蛋白质家族、折叠模式、结构域、回环等数据库。一、分子生物信息数据库〔三〕生物大分子三维空间结构数据库蛋白质结构分类是蛋白质结构研究的一个重要方向。蛋白质结构分类数据是三维结构数据库的重要组成局部。蛋白质结构分类可以包括不同层次，如折叠类型、拓扑结构、家族、超家族、结构域、二级结构、超二级结构等。一、分子生物信息数据库〔四〕二次数据库以基因组、序列和结构数据库为根底，结合文献资料，研究开发的专用数据库信息系统即二次数据库，是生物信息学研究的一个重要方面。随着互联网技术的开展和普及，这些数据库多以web界面为根底，不仅具有文字信息，而且以表格、图形、图表等方式显示数据库内容，并带有超文本链接。从用户角度看，许多二次数据库实际上就是一个专门的数据库信息系统。二、数据库的查询与搜索(一)数据库的查询数据库查询也称数据库检索，是指对序列、结构以及各种二次数据库中的注释信息进行关键词匹配查找。通过对输入的关键词在相关数据库在进行查询，结果显示出与输入的关键词相关的条目，然后可以根据它们的链接进行分析。SRS和Entrez是两个著名的数据库查询系统，分别是由欧洲分子生物学实验室和NCBI开发。第三节生物信息学的主要应用大规模基因组测序中的信息分析新基因和单核苷酸多态性的发现与鉴定非编码区信息结构分析遗传密码的起源和生物进化研究完整基因组的比较研究大规模基因功能表达谱的分析蛋白质结构的预测与药物设计生物信息学在基因芯片上的应用生物信息学在农业育种上的应用第四