生物信息学教案2010

1、词：生物信息学；发展前景；基因组研究；应用1 引言生物信息学是在生命科学、计算机科学和数学的基础上逐步发展而形成的一门新兴交叉学科，是为理解各种数据的生物学意义，运用数学与计算机科学手段进行生物信息的收集、加工、存储。
传播。
分析与解析的科学 1生物信息学是当今最具发展前途的学科之一，它缘于近10年来生物学相关信息量的“革命性爆炸” ，又得益于近10年来信息技术的“革命性发展” 生物信息学的出现极大地推动了分子生物学的发展。
生物信息学已成为生物医学、农学、遗传学、细胞生物学等学科发展的强大推动力量，也是药物设、环境监测的重要组成部分。
生物信息学在基因的功能发现，疾病基因诊断、蛋白质结构预测、基于结构的药物设计、药物合成和制药工业中起着极其重要的作用，生物信息学的应用大大加快了药物的研究开发进程。
2 生物信息学产生的背景生物信息学是 80 年代未随着人类基因组计划（Human genome project)的启动而兴起的一门新的交叉学科。
它通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、检索与分析，进而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的。
由于当前生物信息学发展的主要推动力来自分。

2、SGMPHMYFASSSHGTGAHYQSPGGAPITMAVPDMGFLVAGIGMAPSSFVMPEGALAASYSAMATVPVGVVVPQQQSSRFGGNNGNPGSFKGAWTRQEDEVLKQMVILHGDRKWATIAKSLPGRIGKQCRERWTNHLRPDIKKDVWTEEDDRMLIEAHKTYGNRWSVIARCLPGRSENAVKNHWNATKRSLKSKRRMKKKSVQVVNSPPGQLSPLEEYIRSQYPSAVETTPLPPAVPAPPSDVIVHGAGSVSAGPTVATQEPTGTNPSEMGIYLGLGNPAGPTTQQLAAMNLNMSLAPDLNAYNDQREGYYLPFVPQGNLHYGMHVPAPPVQQQQQQGISVDQGLHSSCLSLYHPFPGTHPVSLDFGCQSSNHANAGGYYSEAGPSSGSGSGDPDDVD VIQMASRQFLMPSEAEVTLDLTRFK,如何获得相同基因家族的序列？,查文献，例如找做水稻或拟南芥相同家族 的文献，使用文献中列出的序列 2. 查网站，例如某网站已列出水稻或拟南芥相应家族的序。

3、方法。
二、研究背景:乳腺癌易感基因(BRCA1)的突变率与 35%40%的家族性乳腺癌和卵巢癌有关。
该基因常以染色体显性方式遗传,并有很高的外显率。
外显率在乳腺癌为60%80%,卵巢癌也可达 15%40%。
该基因作为一种抑癌基因 , 不仅能抑制细胞生长, 还参与细胞周期调控、基因转录调节、DNA 损伤修复及其凋亡等重要细胞活动, 在维持基因稳定性中起重要作用。
BRCA1 是目前所发现的最重要的乳腺癌易感基因之一，本人选择其为研究对象。
三、实验方法、步骤及结果:1在中国知网（CNKI）中查找中文文献：2在 PubMed 中查找英文文献：3 在 Genbank 中查找 BRCA1 基因及其序列：登陆 NCBI 主页，网址：http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/guide/，选择 gene 数据库 4. 使用 NCBI 网站中的 BLAST 工具进行序列比对登陆 http:/blast.ncbi.nlm.nih.gov/，选择核酸序列比对 nucleotide BLAST，界面显示如下,输入登录号，NM-007294.3，点击“BLAST” 。
结果如下：与其匹。

4、oduction,Hidden Markov Models (HMMs) 最早是在上个世纪60年代末70年代初提出来的。
进入80年代以后，逐渐被利用在各个领域。
,2018/11/8,4,Introduction,Hidden Markov Models 作为一种强有力的统计学模型，主要被应用在一些连续行的或时间延续性的事件建模上 语音识别系统。
生物学中的DNA/protein序列的分析 机器人的控制。
文本文件的信息提取。
,2018/11/8,5,HMM的优点,1，它的数学结构非常丰富，适用于各个领域的研究。
2，在很多领域中，已经证明它的结果和实际符合的相当好。
,2018/11/8,6,Probability Review,2018/11/8,7,独立事件概率,设想我们做一连串的实验，而每次实验所可能发生的结果定为 E1,E2, En,。
（可能是有限也可能是无限）。
每一个结果 Ek，如果给定一个出现的可能性 pk（即概率），则某一特定样本之序列 Ej1 Ej2 Ejn出现的概率为 p(Ej1 Ej2 Ejn) =pj1 Pjn。
,2018/11/8,8,马尔科夫链。

5、据库合作项目STACKhttp:/www.sanbi.ac.za/Dbases.html非冗余的基因簇TIGR 基因索引http:/www.tigr.org/tdb/index.shtml 非冗余的基因簇UniGenehttp:/www.ncbi.nlm.nih.gov/UniGene/非冗余的基因簇比较基因组学(comparative genomics)名称地址说明COG 数据库http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/COG/基于 43 个已完成基因组测序的微生物的蛋白质的进化分析的同源基因蔟XREFdbhttp:/www.ncbi.nlm.nih.gov/XREFdb/模式生物(model organism)遗传学和哺乳类表型之间的交叉索引ASDBhttp:/Cbcg.nersc.gov/asdb具有不同剪接形式基因的蛋白质产物和表达模式基因表达名称地址说明Axeldbhttp:/www.dkfz-heidelberg.de/abt0135/axeldb.htm爪蟾的基因表达BodyMaphttp:/Bodymap.ims.u-tokyo.ac.jp人。

6、生物信息学介绍,生物信息学：存储修复分析整合生物数据的学科分子生物学与信息技术的结合体研究材料与结果：各种生物学数据研究工具：网络计算机包括生物学和计算两部分现代生物研究的核心研究方法：传统生物学：实验 理论现代生物学：理论 实验验证,基因。

7、蛋白质分析，另外还有分子模建、活性预测、药物设计等等,基因组计划、蛋白质组、代谢组等等,07:24,3,教学目的,掌握生物信息学的基本理论和专门知识；掌握生物信息学数据库的查询、检索和利用；掌握核酸及蛋白质序列比对方法；了解人类基因组计划意义及应用前景。
,07:24,4,参考教材,罗静初等译，生物信息学概论，北京大学出版社赵国屏 等，生物信息学，科学出版社，2002李衍达 孙之荣 等译，生物信息学基因和蛋白质分析的实用指南，清华大学出版社，2000 张成岗 等，生物信息学方法与实践、科学出版社，2002D.R.Wedthead 等， Bioinformatics, 科学出版社，2003,07:24,5,考核方法,理论考试（闭卷，占80）随堂提示重点难点知识，及课后练习题课堂成绩（占20）出勤率，课堂表现，随堂练习成绩,07:24,6,第一章 概论,近年来，随着现代分子生物学的发展，特别是人类基因组计划的实施，不断产生出海量的分子生物学数据，这些数据数量巨大、关系复杂，以至于不利用计算机根本无法实现数据的存储和分析。
这样，生物信息学最终形成一门独。

8、蛋白质组学和代谢组学等的发展，已成为医学,农学，生物学等学科发展的强大推动力，也是药物设计，环境监测等的重要技术支撑。
生物信息学在基因的功能发现，疾病基因诊断，蛋白质结构预测，基于结构的药物设计，药物合成和制药工业中起着重要的作用，生物信息学的应用大大加快了药物的研究开发进程。
关键词 :生物信息学、产生背景、主要研究内容、发展现状、发展前景一、生物信息学的产生 21 世纪是生命科学的世纪，伴随着人类基因组计划的胜利完成，与此同时，诸如大肠杆菌、结核杆菌、啤酒酵母、线虫、果蝇、小鼠、拟南芥、水稻、玉米等等其它一些模式生物的基因组计划也都相继完成或正在顺利进行。
人类基因组以及其它模式生物基因组计划的全面实施，使分子生物数据以爆炸性速度增长。
在计算机科学领域，按照摩尔定律飞速前进的计算机硬件，以及逐步受到各国政府重视的信息高速公路计划的实施，为生物信息资源的研究和应用带来了福音。
及时、充分、有效地利用网络上不断增长的生物信息数据库资源，已经成为生命科学和生物技术研究开发的必要手段，从而诞生了生物信息学。
二、生物信息学研究内容 （一）序列比对 比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。

9、 Please search the articles about human cancer research published before 2005.(OK)3. Please search all the articles related to rice yield, published in “Nature”.(OK)4. Please search all literatures published from 2000 to now, by authors from Nanjing Agricultural University.(OK)5. Please search all articles from your laboratory, published in 2010, and save all the abstracts in your local computer.(OK)6. Please search literatures involved in flower development, written by Dr. Zhang, after 2002.(O。

10、学、蛋白质的结构模拟以及药物设计。
本文是在生物信息学方法的基础上，从已公布的 Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270 全基因组序列中挑选出肽酶的蛋白质序列，以所公布的序列及注释信息为基础，通过查询、搜索和使用生物信息学相关的数据库、服务器及软件工具等，完成对该基因的背景信息了解、同源序列比对、系统发生分析、二级结构预测、信号肽分析、跨膜区分析、蛋白质同源分子结构信息了解等任务。
通过对该基因的序列分析归纳总结了生物信息学网站的使用方法和开展一般生物信息学探究的基本步骤。
关键词：生物信息；嗜酸氧化亚铁硫杆菌；M16 家族；肽酶；序列分析；序列比对；进化树；二级结构预测；信号肽分析；跨膜区分析一、 目标序列的获取与背景1. 目标序列的下载打开网址：ftp:/ftp.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/all/GCA_000021485.1_ASM2148v1找到序列： MDRYGPLLLFPPDMTRAVEPLCTTLDNGVTVISERLPGRRSVALSLTVGNGSRDQAPDENGFAHLLEHMLFKGSTERDGDALN。

11、理论上来讲还是从现实情况来看，生物信息学的实质就是利用计算机科学和网络技术来解决生物学问题。
它的诞生和发展是应时所需，是历史的必然，已经悄然渗透到生物科学的每一个角落，以至人们在意识到它的存在之前就已经离不开它了！ 二十世纪尤其是末期，生物科学技术的迅猛发展，无论从数量上还是从质量上，都极大地丰富了生物科学的数据资源，数据资源的急剧膨胀首先迫使我们不得不考虑寻求一种强有力的工具去组织他们，以利于对已知生物学知识的储存和进一步加工利用。
大量多样化的生物学数据资源中必然蕴含着大量重要的生物学规律，这些规律是我们解决许多生命之谜的关键所在，然而继续沿用传统手段以人脑来分析如此庞杂的数据实在是太勉为其难了！人们同样需要寻求一种强有力的工具去协助人脑完成这些分析工作。
可以说，伴随着二十一世纪的到来，生物科学的重点和潜在的突破点已经由二十世纪的试验分析和数据积累转移到数据分析及其指导下的试验验证上来，生物科学也正在经历着一个从分析还原思维到系统整合思维的转变。
那么，我们所寻求的那种强有力的数据处理分析工具就成为未来生物科学的关键所在；似乎是上帝的恩赐，伴随着生物科学这一需求的加剧，以数据处理分析。

12、主要任务包括作图(遗传图谱、物理图谱的建立及转录图谱的绘制)、测序和基因识别。
其中还包括模式生物(如大肠杆菌、酵母、线虫、小鼠等)基因组的作图和测序，以及信息系统的建立。
作图和测序是基本的任务，在此基础上解读和破译生物体生老病死以及和疾病相关的遗传信息。
3、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基酸的序列 4、基因 基 因 -有 遗 传 效 应 的 DNA 片 断 ,是 控 制 生 物 性 状 的 基 本 遗 传 单 位 。
5、中心法则 是 指 遗 传 信 息 从 DNA 传 递 给 RNA， 再 从 RNA 传 递 给 蛋 白 质 ， 即 完 成 遗 传 信 息 的 转 录和 翻 译 的 过 程 。
也 可 以 从 DNA 传 递 给 DNA， 即 完 成 DNA 的 复 制 过 程 。
这 是 所 有 有 细 胞结 构 的 生 物 所 遵 循 的 法 则 。
6 、DNA 序列比较 序列比较的根本任务是：（1）发现序列之间的相似性；（2）辨别序列之间的差异目的：相似序列 相似的结构，相似的功能 判别序列之间的同源性推测序列之间的进化关系 7、一级数据库数据库中的数据直接。

13、同物种的不同基因组的核苷酸序列。
表 1：不同物种的不同基因组的核苷酸序列表中文名 学名 基因名称 备注松材线虫 Bursaphelenchus xylophilus 18S-ITS1-5.8S-ITS2-28S黑腹果蝇 Drosophila melanogaster COII COI NADH黄花石斛 Dendrobium densiflorum 18S-ITS1-5.8S-ITS2-28S古尼虫草 Cordycepsgunnii 18S-ITS1-5.8S-ITS2-28S蝉花 Cordyceps sobolifera 18S-ITS1-5.8S-ITS2-28S蛹虫草 Cordyceps militaris 18S-ITS1-5.8S-ITS2-28S冬虫夏草 Cordyceps sinensis 18S-ITS1-5.8S-ITS2-28S啤酒酵母 Saccharomyces cerevisiae COII枯草杆菌 Bacillus subtilis 16S大肠杆菌 Escherichia coli 16S 23S大豆疫霉菌 Phytophthora sojae COII COI。

14、base pairs) 35万个基因基因组学 3万种以上蛋白质 蛋白质组学 基因表达、作用、调控网络,已经或即将完成的生物全基因组,几百种原核生物 酵母菌 拟南芥 (1-2亿bp） 水稻 人类 (32亿bp) 小鼠 大鼠 猪 鸡等,生物信息学的概念,后基因组时代的到来 人类首次了解了自身的基因序列，了解了很多远亲生物的基因序列 正在面对指数扩增的基因序列和各种数据库 面临如何将基因序列资料转变为有用的知识，进而服务于人类，造福人类健康的挑战 人类功能基因组学必须多学科协作 生物信息学技术 生物芯片技术 蛋白质组学技术 高通量细胞筛选技术等 生物信息学是人类功能基因组学研究的必要工具,生物信息的开发和应用,以核酸蛋白质等生物大分子为主要研究对象 以信息、数理、计算机科学为主要研究手段 以计算机网络为主要研究环境 以计算机软件为主要研究工具 对序列数据进行存储、管理、注释、加工 对各种数据库进行查询、搜索、比较、分析 构建各种类型的专用数据库信息系统 研究开发面向生物学家的新一代计算机软件,生物信息学的概念,计算机学、计算机网络,医学,生物学、 分子生物学,生物信息学,数学、 。

15、学两方面，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。
学习本课程是为了使学生熟悉和掌握大数据背景下生物信息的处理思路，以期适应迅猛发展的信息化社会，为人民基础医学事业服务。
我校生物信息学课程的授课对象包括：临床医学本科专业。
课程定位生物信息学是临床专业的一门实践技能性较强的专业基础课程，在临床医学专业的知识结构中起着承前启后的作用。
前导课程主要是医学细胞生物学、医学遗传学，后续课程有药物分析等，本课程注重培养学生使用强大的搜索功能实现数据储存检索和分析的能力，并能科学有效地管理处理与分析海量的序列数据与实验数据并不断挖掘出各种可能的生物学关系，为后期的药物分析及医药奠定基础，开发思路。
本课程教学中能合理有效地将思想政治教育和创新创业教育贯穿课程教学全过程。
2在多年的生物信息学教学改革实践中，我们以培养基础扎实、动手能力强、具有创新思维的专业医学技术人才为宗旨，以提高学生对相关网络资源的使用能力为目标，把自身科研经历转化为教学资源，理论与实践结合，课内与课外结合，不断探索建立适应新型教学模式和多样化教学方式方法的环境，改变过去课堂上那种方法单一、。

16、 化学工业出版社, 2007 2、生物信息学(第二版)张阳德主编. 科学出版社, 2009 3、生物信息学陶士珩主编. 科学出版社, 2007 4、生物信息学应用技术王禄山, 高培基.化学工业出版社, 2007 5、生物信息学与功能基因组学(美)乔纳森佩夫斯纳 著; 孙之荣 译. 化学工业出版社, 2006,网上资源,1、华中农业大学国家精品课程生物信息学网站 (http:/nhjy.hzau.edu.cn/kech/swxxx/index.htm) 2、西南交通大学生物信息学精品课程网站 (http:/jpkc.swjtu.edu.cn/C54/Course/Index.htm） 3、东南大学生物信息学网络学习平台 (http:/www.lmbe.seu.edu.cn/chenyuan/xsun/courses_on_net.htm) 4、美国国立生物技术信息中心 ( http:/www.ncbi.nlm.nih.gov),期刊,生物信息学、Bioinformatics、BMC Bioinformatics,生物信息学概述,什么是生物信息学：。

17、息学的分子生物学基础1、概念基因：是 DNA 分子上具有遗传信息的特点核苷酸序列的总称，即具有遗传效应的 DNA 分子片段基因。
基因组：包含细胞或生物体全套遗传信息的全部遗传物质。
DNA 变性：DNA 复性：DNA 杂交：蛋白质组：由基因表达产生的总蛋白质的总称。
2、基因克隆过程*目的基因（DNA、RNA）载体构建转入表达（离子转化、电转化）克隆筛选3、DNA 测序方法*(1).酶促双脱氧法 (2)、化学降解法4、中心法则DNA mRNA 蛋白质5、等电点6、起始密码子：AUG终止密码子：UAA、UAG、UGA7、重组 DNA 导入细胞的过程第三章 生物信息学的计算机基础1、 概念1）数据仓库：是一个面向主题的、集成的、相随稳定的、反映历史变化的数据集合，用于支持决策。
2）计算机网络操作系统：为了使用计算机而专门设计的系统软件，它除了具有一般桌面操作系统的全面功能外，还应满足用户使用网络的需要。
3）数据挖掘：就是从数据库中抽取具有潜在价值的隐含信息的过程。
4）数据库：是统一管理的相关数据的集合5）数据库管理系统：对数据库进行管理的系统软件，提供数据库的建立、查。

18、发展而形成的一门新兴交叉学科，是为理解各种数据的生物学意义，运用数学与计算机科学手段进行生物信息的收集、加工、存储、传播、分析与解析的科学 1-生物信息学是当今最具发展前途的学科之一，它缘于近10年来生物学相关信息量的“革命性爆炸”，又得益于近10 年来信息技术的“革命性发展” 生物信息学的出现极大地推动了分子生物学的发展。
生物信息学已经成为生物医学、农学、遗传学、细胞生物学等学科发展的强大推动力量，也是药物设计、环境监测的重要组成部分。
生物信息学在基因的功能发现、疾病基因诊断、蛋白质结构预测、基于结构的药物设计、药物合成和制药工业中起着极其重要的作用，生物信息学的应用大大加快了药物的研究开发进程。
2 生物信息学产生的背景生物信息学的产生最早可以上溯到1956年在美国田纳西州的Gatlinburg召开的首次“生物学中的信息理论讨论会” 美籍学者Hwa A. Lim首先创造并使用了“bioinformatics”这个名词。
生物信息学是20世纪80年代末随着人类基因组计划的启动而兴起的。
美国政府于1990年10月正式启动的人类基因组计划(Human Genome P。

19、equence and genome analysis David W. Mount 科学出版, 2002 Theoretic-Physical Approach to Molecular Biology , 罗辽复 著，上海科学技术出版社，2004，108元 人类基因组-我们的DNA，林侠 等 译，科学出版社，2003，48元,其它参考教材,生物信息学中的计算机技术 (美) Cyntbia Gibas 等著；孙超等 译 中国电力出版社，2002 49元 生物信息学-基因和蛋白质分析的实用指南, 李衍达、孙之荣 等译, 清华大学出版社，2001, 39元 生物信息学 赵国屏等编著 科学出版社，2002，26元 生物信息学概论 T. K. Attwood & D. J. Parry-Smith著；罗静初等译 北京大学出版社，2002，16.00元,其它参考教材,Instant Notes in Bioinformatics ，(影印版)科学出版社, 2003, 32元 生物信息学网络资源与应用, 黄韧等,中山大学出版社，2003, 48元 生物信息学方法与实践, 张成岗,。

20、同，教案不必有固定的形式。
编写教案要依据教学大纲和教学书。
从学生实际情况出发，精心设计。
一般要符合以下要求：明确地制定教学目的，具体规定传授基础知识、培养基本技能、发展能力以及思想政治教育的任务。
合理地组织教材，突出重点，解决难点，便于学生理解并掌握系统的知识。
恰当地选择和运用教学方法，调动学生学习的积极性。
要面向大多数学生，同时注意培养优秀生和提高后进生，使全体学生都得到发展。
编写教案的繁简，一般有经验的教师写得简略些，而新教师写得详细些。
平行班用的同一课题的教案设计，根据上课班级学生的实际差异有所区别。
原定教案，在上课进程中根据具体情况做适当必要的调整，课后随时记录教学效果，进行简要的自我分析，有助于积累教学经验，不断提高教学质量。
（摘自中国大百科全书 教育分册 143144 页、1985 年 10 月版）说 明本教案以讲授一个单元（24 学时）或一次实验（实习）为单位填写。
填写时要要用钢笔填写，字迹要清晰、工整，按表中项目逐一填写。
教师要在授课前将本教案交教研室主任审阅，通过后方可授课。
在学期结课后将教案交教研室存档。
内 蒙 古 民 族 大 学教 案专业年级。