生物信息學Bioinformatics總結第一節引言

——從人類基因組計劃說起第二節生物信息學及其發展歷史第三節生物信息學主要研究內容

1、生物分子數據的收集與管理

2、數據庫搜索及序列比較

3、基因組序列分析

4、基因表達數據的分析與處理

5、蛋白質結構預測

第四節生物信息學當前的主要任務

1、基因組

2、蛋白質組

3、蛋白質結構

4、藥物設計編號名稱第一章生物信息學引論第二章生物信息學的生物學基礎第三章生物信息學數據庫資源第四章DNA和蛋白質序列分析第五章系統發生分析第六章基因表達數據分析第七章其他常用生物信息學工具第八章電子克隆的原理和應用第九章基本生物信息學工具的開發與應用第二章生物信息學的生物學基礎調查：咱們已經具備了怎樣的生物學基礎？普通生物學

細胞遺傳進化分子生物學

——研究核酸、蛋白質等生物大分子的結構、功能和相互關系

——研究生物大分子在生命活動中的重要性、規律性，從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘

生物信息學

生物信息是：核酸和蛋白質細胞蛋白質核酸研究手段提綱生命活動的基本單位是什么？？？Question1細胞生命的精致生命不息，細胞活動不止細胞細胞活動不止細胞兩類細胞：原核細胞：細菌、藍細菌、原綠藻真核細胞：如真菌、動物、植物思考：原核和真核細胞的區別？？？原核細

胞主要特點：1.遺傳物質僅一個環狀DNA或RNA2.無細胞核，無核膜3.無細胞器,無細胞骨架4.以無絲分裂或出芽繁殖代表生物:支原體,細菌,蘭藻,螺旋藻(人類未來的蛋白質食物新來源)細胞真核細

胞主要特點：1.遺傳物質主要聚集在染色體上2.有細胞核，有核膜3.有細胞器,有細胞骨架4.有絲分裂和減絲分裂代表生物:酵母，動物和植物等。細胞真核細

胞三大結構體系3.膜系統:

質膜,內膜系統,細胞器1.細胞核系統:

遺傳信息表達系統2.骨架系統:

細胞質,細胞核等的骨架系統細胞真核細

胞細胞真核細

胞細胞細胞的主要構成部分：細胞核細胞膜細胞器細胞質細

胞

核細胞真核細胞中的細胞控制中心包含遺傳信息（染色質）與細胞質中的其它細胞器通訊

細

胞

膜細胞細胞膜的最重要的特征是？？半透性細

胞

器細胞線粒體：能量加工廠內質網：蛋白質和脂肪合成場所高爾基體：加工和包裝的場所溶酶體：水解酶催化降解的場所真核細

胞

的

分

裂細胞

真核細

胞

細胞

思考題：遺傳物質基本一樣的細胞，為什么形成細胞群的功能千變萬化？細胞分化，基因表達模式，蛋白的修飾生命活動的執行者是什么？？？Question2蛋白質20種標準氨基酸蛋白質氨基酸名稱英文縮寫簡寫氨基酸名稱英文縮寫簡寫甘氨酸GlyG絲氨酸SerS丙氨酸AlaA蘇氨酸ThrT纈氨酸ValV天冬酰胺AsnN異亮氨酸IleI谷酰胺GlnQ亮氨酸LeuL酪氨酸TyrY苯丙氨酸PheF組氨酸HisH脯氨酸ProP天冬氨酸AspD甲硫氨酸MetM谷氨酸GluE色氨酸TrpW賴氨酸LysK半胱氨酸CysC精氨酸ArgR20種標準氨基酸蛋白質按照側鏈化學性質的不同分為：極性氨基酸（容易與水分子形成氫鍵）Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、Tyr、Gly帶電氨基酸His、Arg、Lys（+）堿性氨基酸Asp、Glu（-）酸性氨基酸疏水性氨基酸Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Trp

、Pro和Met蛋白質蛋白質的結構蛋白質蛋白質的結構蛋白質的一級結構（primarystructure）蛋白質的一級結構是指多肽鏈中氨基酸的序列（包括二硫橋的位置）

蛋白質蛋白質的結構1953年，桑格所測定的牛胰島素序列

蛋白質蛋白質的結構蛋白質的二級結構（secondarystructure）二級結構主要有以下幾種形式：（i）

螺旋（ii）

折疊

–平行折疊反平行折疊（iii）

轉角–連接作用”U”型結構（大多Phe,Gly組成）（iv）無規卷曲-沒有確定規律性的肽鏈構象，但仍是緊密有序的穩定結構

（v）無序結構多肽鏈中有６０％的區段為

螺旋和

折疊

蛋白質蛋白質的結構

螺旋

肽鏈主鏈骨架圍繞中心軸盤旋成螺旋狀的結構。蛋白質蛋白質的結構

折疊

在多肽鏈之間或一條肽鏈的肽段之間靠氫鍵聯結而成的鋸齒狀片層結構蛋白質蛋白質的結構

轉角

在球狀的蛋白質分子中，肽鏈經常出現的回折，由4個連續的氨基酸組成。（大多Phe,Gly組成）蛋白質蛋白質的結構蛋白質的三級結構

在二級結構基礎上的肽鏈再折疊形成的構象α螺旋β折疊Zn疏水核心α螺旋蛋白質蛋白質的結構蛋白質的四級結構

組成蛋白質的多條肽鏈在天然構象空間上的排列方式，多以弱鍵互相連接。疏水力、氫鍵、鹽鍵蛋白質蛋白質結構與功能的關系一級結構即氨基酸順序

高級結構

生物學功能（1）蛋白質一級結構與功能的關系 序列分析（2）蛋白質空間構象與功能的關系 結構分析細胞蛋白質核酸研究手段核酸核酸的化學結構

堿基+戊糖

核苷

+磷酸

核苷酸

聚合

核酸

堿基戊糖磷酸符號含義說明GG鳥嘌呤AA腺嘌呤TT胸腺嘧啶CC胞嘧啶RGorA嘌呤YTorC嘧啶MAorC氨基KGorT酮基SGorC強氫鍵（3個氫鍵）WAorT弱氫鍵（2個氫鍵）HAorCorT非GBGorTorC非AVGorCorA非T(非U)DGorAorT非CNGorAorTorC任意堿基擴展的遺傳學字母表或IUPAC編碼核酸DNA的一級結構（1）DNA的堿基組成（i）A=T,G=C

（ii）A+G=C+T

（2）DNA的一級結構由A、T、C、G四種脫氧核苷酸通過3‘、5’-磷酸二酯鍵連接而成的長鏈高分子多聚體為DNA分子的一級結構

核酸RNA和核糖體RNA是單鏈分子,RNA主要有三種

:信使RNA（mRNA）-轉錄遺傳信息核糖體RNA（rRNA）-蛋白質合成轉運RNA（tRNA）-轉運氨基酸

核糖體是蛋白質合成的場所，核糖體主要由蛋白質分子和rRNA組成

核酸RNA和核糖體反密碼子氨基酸新生肽鏈核糖體mRNAmRNA，tRNA，rRNAtRNA16SrRNA可識別mRNA起始位點核酸遺傳密碼的基本特征

密碼無標點符號密碼的簡并性（degeneracy）特殊密碼子核酸中心法則

復制

DNA

轉錄

逆轉錄

復制

RNA

蛋白質

翻譯

調控核酸基因

基因具有幾個重要的特征：基因是一種相對獨立的遺傳信息單位；基因是一段DNA分子，遺傳信息貯存在DNA中；基因通過指導合成蛋白質或RNA，進而產生生理功能，或影響其他基因的表達。核酸基因原核生物基因的轉錄：

ipoZYA操縱子模型

結構基因調節基因操縱基因操縱子核酸基因真核生物基因組

特點：

（1）真核細胞的基因結構

外顯子(ATG,TAA,TGA,TAG)

內含子（5‘-GT……AG-3’）

完整的基因結構（2）單拷貝基因和基因家族（3）重復序列TATA盒

翻譯起始植物C/GAANNATGG動物A/GNNATGG

各內含子加poly(A)信號植物G/AATAA1-3動物AATAAA

終止密碼子

各個外顯子

AGGA或

CAAT盒

加帽位點5'm7GpppNp

5'端真核基因的一般結構

TSS

核酸基因真核生物基因：TSS

核酸基因--蛋白ORF核酸真核生物基因表達的調控

轉錄前調控轉錄調控轉錄后調控

翻譯調控蛋白質后加工細胞蛋白質核酸研究手段基本分子生物學研究手段

PCRPCR反應液體的成分:PCR循環的程序:PCR原理：基本分子生物學研究手段

RT-PCR反轉錄PCRmRNA---cDNA-----PCR基本分子生物學研究手段

Cuttingbyenzymes

基本分子生物學研究手段

SouthernBlot基本分子生物學研究手段