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第二节 生物信息学及其发展历史?1,生物信息学的概念生物信息学(Bioinformatics)这一名词的来由?八十年代末期,林华安博士认识到将计算机科学与生物学结合起来的重要意义,开始留意要为这一领域构思一个合适的名称.起初,考虑到与将要支持他主办一系列生物信息学会议的佛罗里达州立大学超型计算机计算研究所的关系,他使用的是CompBio;之后,又将其更改为兼具法国风情的bioinformatique,看起来似乎有些古怪.因此不久,他便进一步把它更改为bio-informatics(或bio/informatics).但由于当时的电子邮件系统与今日不同,该名称中的-或/符号经常会引起许多系统问题,于是林博士将其去除,今天我们所看到的bioinformatics就正式诞生了,林博士也因此赢得了生物信息学之父的美誉.?生物信息学HGP生物数据的激增(每15个月翻一番)生物学家数学家计算机科学家生物信息学(bioinfomatics)的诞生三种科学文化的融合生物学家(生物学问题)数学物理学家计算机科学家(基础理论问题)工程师(技术应用)生物信息学(bioinformatics)是80年代未随着人类基因组计划(Human genomeproject)的启动而兴起的一门新的交叉学科.它涉及生物学,数学,计算机科学和工程学,依赖于计算机科学,工程学和应用数学的基础,依赖于生物实验和衍生数据的大量储存.?概念(广义)生物体系和过程中信息的存贮,传递和表达细胞,组织,器官的生理,病理,药理过程的中各种生物信息信息科学生命科学中的信息科学?广义的说,生物信息不仅包括基因组信息,如基因的DNA序列,染色体定位,也包括基因产(蛋白质或RNA)的结构和功能及各生物种间的进化关系等其他信息资源.生物信息学既涉基因组信息的获取,处理,贮存,传递,分析和解释,又涉及蛋白质组信息学如蛋白质的序列,结构,功能及定位分类,蛋白质连锁图,蛋白质数据库的建立,相关分析软件的开发和应用等方面,还涉及基因与蛋白质的关系如蛋白质编码基因的识别及算法研究,蛋白质结构,功能预测等,另外,新药研制,生物进化也是生物信息学研究的热点.?概念(狭义)生物分子数据深层次生物学知识分子生物信息学Molecular?Bioinformatics挖掘获取生物分子信息的获取,存贮,分析和利用由于当前生物信息学发展的主要推动力来自分子生物学,生物信息学的研究主要集中于核苷酸和氨基酸序列的存储,分类,检索和分析等方面,所以目前生物信息学可以狭义地定义为: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,以达到理解这些生物大分子信息的生物学意义的交叉学科.?1995年,在美国人类基因组计划(HGP)第一个五年总结报告中给出了一个较为完整的生物信息学的定义:生信息学是包含生物信息的获取,处理,贮存,分发,分析和解释的所有方面的一门学科,它综合运用数学,计算机科学和生物学的各种工具进行研究,目的在于了解大量的生物学意义.?Bioinformatics生物分子数 据?计算机计 算+?2,生物分子信息细胞分子存贮,复制,传递和表达遗传信息的系统生物信息的载体生物信息学主要研究两种信息载体DNA分子蛋白质分子Protein Machines?From the Cell to Protein Machines?生物分子至少携带着三种信息遗传信息与功能相关的结构信息进化信息(1)遗传信息的载体——DNA遗传信息的载体主要是DNA控制生物体性状的基因是一系列DNA片段生物体生长发育的本质就是遗传信息的传递和表达?DNA通过自我复制,在生物体的繁衍过程中传递遗传信息?基因通过转录和翻译,使遗传信息在生物个体中得以表达,并使后代表现出与亲代相似的生物性状.?基因控制着蛋白质的合成?DNARNA蛋白质转录翻译基因的DNA序列DNA前体RNAmRNA多肽链蛋白质序列对应关系遗传密码(2)蛋白质的结构决定其功能蛋白质功能取决于蛋白质的空间结构?蛋白质结构决定于蛋白质的序列(这是目前基本共认的假设),蛋白质结构的信息隐含在蛋白质序列之中.(3) DNA分子和蛋白质分子都含有进化信息通过比较相似的蛋白质序列,如肌红蛋白和血红蛋白,可以发现由于基因复制而产生的分子进化证据.通过比较来自于不同种属的同源蛋白质,即直系同源蛋白质,可以分析蛋白质甚至种属之间的系统发生关系,推测它们共同的祖先蛋白质.生物分子信息DNA序列数据?蛋白质序列数据?生物分子结构数据?生物分子功能数据?最基本直观复杂生物分子数据类型__DNA核酸序列蛋白质氨基酸序列蛋白质结构蛋白质功能最基本的生物信息维持生命活动的机器第一部遗传密码第二部遗传密码?生命体系千姿百态的变化生物分子数据及其关系第一部遗传密码已被破译,但对密码的转录过程还不清