生物信息學(xué)

第1章生物信息學(xué)概述
1.1背景與定義
1.1.1生物學(xué)原始數(shù)據(jù)量的急劇擴增
1.1.2名詞“bioinformatics”的第一次出現(xiàn)
1.1.3定義
1.2研究內(nèi)容
1.2.1生物信息的存儲與獲取
1.2.2序列比對
1.2.3測序與拼接
1.2.4基因預(yù)測
1.2.5生物進(jìn)化與系統(tǒng)發(fā)育分析
1.2.6蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測
1.2.7RNA結(jié)構(gòu)預(yù)測
1.2.8分子設(shè)計及藥物設(shè)計
1.2.9代謝網(wǎng)絡(luò)分析
1.2.10生物芯片
1.2.11DNA計算
1.3數(shù)據(jù)庫、軟件、科研教育機構(gòu)
1.3.1數(shù)據(jù)庫
1.3.2軟件
1.3.3科研教育機構(gòu)
1.4期刊與著作
1.4.1期刊
1.4.2著作
1.5生物學(xué)、計算機技術(shù)與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
1.5.1生物學(xué)
1.5.2計算機技術(shù)
1.5.3數(shù)學(xué)
1.6展望
1.6.1研究內(nèi)容的展望
1.6.2應(yīng)用領(lǐng)域的拓展
1.6.3研究者的回報
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習(xí)題
參考文獻(xiàn)

第2章生物信息學(xué)的生物學(xué)基礎(chǔ)
2.1生物學(xué)研究的層次
2.1.1宇宙生命的研究目錄生物信息學(xué)
2.1.2生物與環(huán)境的關(guān)系
2.1.3生物種類
2.1.4生理
2.1.5細(xì)胞
2.1.6生物分子
2.1.7生物進(jìn)化
2.2分子生物學(xué)基礎(chǔ)
2.2.1核酸的結(jié)構(gòu)
2.2.2蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)
2.2.3DNA的復(fù)制
2.2.4基因的轉(zhuǎn)錄
2.2.5蛋白質(zhì)的生物合成
2.3人類基因組計劃
2.3.1目標(biāo)與意義
2.3.2資助
2.3.3研究機構(gòu)
2.3.4研究方法
2.3.5目前結(jié)果
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習(xí)題
參考文獻(xiàn)

第3章數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)
3.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)
3.1.1數(shù)據(jù)庫的基本概念
3.1.2數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)獨立性
3.1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
3.1.4生物數(shù)據(jù)處理常用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
3.2網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介
3.2.1網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識
3.2.2Internet及其應(yīng)用
3.2.3基于Web的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
3.2.4基于網(wǎng)絡(luò)的搜索引擎
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習(xí)題
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第4章UNIX操作系統(tǒng)與計算機語言
4.1UNIX操作系統(tǒng)
4.1.1UNIX歷史
4.1.2UNIX系統(tǒng)的特點
4.1.3Redhat Linux 9的安裝
4.1.4UNIX的基本使用
4.1.5大型應(yīng)用軟件
4.2計算機語言
4.2.1Perl語言簡介
4.2.2Java語言簡介
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習(xí)題
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第5章算法與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
5.1算法
5.2圖論
5.2.1圖
5.2.2尋找最短路
5.2.3歐拉圖與哈密頓圖
5.2.4樹
5.2.5圖論在生物信息學(xué)中的應(yīng)用
5.3動態(tài)規(guī)劃
5.4貝葉斯統(tǒng)計
5.4.1經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)的幾個概念
5.4.2經(jīng)典統(tǒng)計與貝葉斯統(tǒng)計的差異
5.4.3貝葉斯定理
5.4.4貝葉斯統(tǒng)計在生物信息學(xué)中的應(yīng)用
5.5馬爾可夫模型
5.5.1概念
5.5.2轉(zhuǎn)移概率
5.5.3算法過程
5.5.4馬爾可夫模型在生物信息學(xué)中的應(yīng)用
5.6隱馬爾可夫模型
5.6.1概念
5.6.2算法過程
5.6.3隱馬爾可夫模型三個問題的研究
5.6.4隱馬爾可夫模型在生物信息學(xué)中的應(yīng)用
5.7神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
5.7.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類
5.7.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法
5.7.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在生物信息學(xué)中的應(yīng)用
5.8遺傳算法
5.8.1概念
5.8.2遺傳算法運算過程
5.8.3遺傳算法在生物信息學(xué)中的應(yīng)用
5.9聚類分析
5.9.1相似性測度及聚類準(zhǔn)則
5.9.2聚類算法
5.9.3聚類分析在生物信息學(xué)中的應(yīng)用
5.10其他應(yīng)用于生物信息學(xué)中的算法
5.11生物信息學(xué)中算法的發(fā)展
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習(xí)題
參考文獻(xiàn)

第6章序列比對
6.1序列比對的概念
6.2序列比對的意義
6.3全局比對與局部比對
6.3.1全局比對
6.3.2局部比對
6.4計分方法
6.4.1匹配計分
6.4.2結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的計分
6.4.3可觀測變換計分
6.4.4空格罰分
6.5比對的算法過程
6.5.1兩個序列比對
6.5.2多序列比對
6.6比對軟件的使用
6.6.1用比對軟件進(jìn)行兩序列比對
6.6.2用比對軟件進(jìn)行多序列比對
6.7計算機語言編寫程序進(jìn)行序列比對
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習(xí)題
參考文獻(xiàn)

第7章序列拼接
7.1霰彈法測序的DNA序列拼接
7.1.1霰彈法測序原理
7.1.2霰彈法測序拼接的計算模型
7.2雜交測序法的DNA序列拼接
7.2.1雜交測序法原理
7.2.2雜交法測序拼接的計算模型
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習(xí)題
參考文獻(xiàn)

第8章生物信息數(shù)據(jù)庫的查詢與搜索
8.1生物信息數(shù)據(jù)庫
8.1.1核酸序列數(shù)據(jù)庫
8.1.2蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫
8.1.3結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫
8.1.4基因組數(shù)據(jù)庫
8.1.5蛋白組數(shù)據(jù)庫
8.1.6代謝組數(shù)據(jù)庫
8.1.7疾病數(shù)據(jù)庫
8.1.8藥物與分子設(shè)計數(shù)據(jù)庫
8.1.9分析與記錄方式數(shù)據(jù)庫
8.2生物信息數(shù)據(jù)庫的字符匹配查詢
8.2.1查詢系統(tǒng)SRS
8.2.2查詢系統(tǒng)Entrez
8.3生物信息數(shù)據(jù)庫的相似性搜索
8.3.1BLAST
8.3.2FASTA
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習(xí)題
參考文獻(xiàn)

第9章生物進(jìn)化與分子系統(tǒng)發(fā)育分析
9.1生物進(jìn)化
9.1.1進(jìn)化理論的歷史
9.1.2進(jìn)化與自然選擇的證據(jù)
9.1.3分子進(jìn)化
9.1.4生物進(jìn)化與生物信息學(xué)的關(guān)系
9.2分子系統(tǒng)發(fā)育分析
9.2.1分子系統(tǒng)發(fā)育分析的概念
9.2.2構(gòu)建進(jìn)化樹的方法
9.2.3用網(wǎng)上軟件構(gòu)建進(jìn)化樹
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習(xí)題
參考文獻(xiàn)

第10章基因預(yù)測與引物設(shè)計
10.1基因特征
10.1.1原核生物的基因特征
10.1.2真核生物的基因特征
10.2基于EST的基因鑒定
10.2.1EST概念
10.2.2EST的獲得
10.2.3EST與基因識別
10.2.4EST的其他用途
10.2.5EST數(shù)據(jù)的不足
10.3基因預(yù)測的算法
10.3.1相似性比較預(yù)測
10.3.2隱馬爾可夫模型
10.3.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法
10.3.4密碼學(xué)方法
10.3.5Z曲線法
10.3.6其他算法
10.4引物設(shè)計
10.4.1上、下游引物的3′末端與5′末端
10.4.2引物分子內(nèi)不互補
10.4.3引物的長度、組分與解鏈溫度
10.5網(wǎng)上的基因預(yù)測軟件
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習(xí)題
參考文獻(xiàn)

第11章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其預(yù)測
11.1蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其實驗測定方法
11.1.1蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)概述
11.1.2維系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用力
11.1.3蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的顯示軟件
11.1.4蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的實驗測定方法
11.2蛋白質(zhì)分類
11.2.1按序列特征分類
11.2.2按在生物體中的位置分類
11.2.3按折疊類型分類
11.3蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測算法
11.3.1特殊序列預(yù)測
11.3.2蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測
11.3.3蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的預(yù)測
11.4蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測軟件
11.4.1蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測軟件
11.4.2蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)預(yù)測軟件
11.5編寫計算機程序進(jìn)行蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測
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習(xí)題
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第12章RNA結(jié)構(gòu)與預(yù)測
12.1RNA的發(fā)現(xiàn)及其功能研究
12.2RNA的結(jié)構(gòu)特征及其與功能的關(guān)系
12.2.1RNA的結(jié)構(gòu)層次
12.2.2核糖體RNA的結(jié)構(gòu)
12.2.3tRNA的結(jié)構(gòu)
12.2.4mRNA的結(jié)構(gòu)與功能
12.2.5核酶的結(jié)構(gòu)與功能
12.2.6形成RNA特定結(jié)構(gòu)的序列特征
12.3RNA二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測算法
12.3.1比較序列分析方法
12.3.2動態(tài)規(guī)劃算法
12.3.3對RNA結(jié)構(gòu)預(yù)測算法的評價
12.4網(wǎng)上RNA二級結(jié)構(gòu)分析軟件
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習(xí)題
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第13章生物芯片
13.1引言
13.2生物芯片的原理
13.2.1生物芯片的制備
13.2.2待檢生物樣品制備和標(biāo)記
13.2.3生物分子之間的結(jié)合
13.2.4檢測原理
13.3數(shù)據(jù)分析
13.3.1圖像分析
13.3.2標(biāo)準(zhǔn)化處理（normalization）
13.3.3Ratio分析（ratio analysis）
13.3.4聚類分析（clustering analysis）
13.3.5基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫
13.4其他生物芯片技術(shù)
13.4.1微流路芯片
13.4.2活體化芯片
13.4.3芯片實驗室（lab on a chip）
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第14章計算機輔助藥物設(shè)計
14.1計算機輔助藥物設(shè)計的概念
14.2藥物設(shè)計的理論基礎(chǔ)
14.2.1受體與配體
14.2.2理論計算方法
14.3結(jié)合自由能的計算
14.3.1自由能微擾/熱力學(xué)積分方法
14.3.2線性相互作用能方法
14.3.3打分函數(shù)
14.4基于配體的藥物設(shè)計
14.4.1定量構(gòu)效關(guān)系方法
14.4.2藥效團(tuán)模型方法
14.5基于受體的藥物設(shè)計
14.5.1重新配體設(shè)計
14.5.2分子對接虛擬篩選
14.5.3生物大分子模建和藥物設(shè)計集成軟件包——InsightⅡ
14.6藥物發(fā)現(xiàn)集成平臺
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習(xí)題
參考文獻(xiàn)

第15章生物分子網(wǎng)絡(luò)與生物系統(tǒng)仿真
15.1生物分子網(wǎng)絡(luò)
15.1.1生物分子網(wǎng)絡(luò)的特征與研究方法
15.1.2代謝網(wǎng)絡(luò)
15.1.3基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
15.1.4蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)
15.2生物系統(tǒng)仿真
15.3系統(tǒng)生物學(xué)概況
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習(xí)題
參考文獻(xiàn)

第16章DNA計算
16.1DNA計算的生物學(xué)基礎(chǔ)
16.1.1DNA的組成
16.1.2堿基配對
16.1.3DNA分子的制備
16.1.4連接、合成DNA與RNA分子的酶類的作用
16.1.5切割DNA的酶類的作用
16.1.6DNA序列的測定
16.2Adleman開創(chuàng)DNA計算研究領(lǐng)域的實驗
16.3DNA計算的應(yīng)用
16.4問題與展望
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習(xí)題
參考文獻(xiàn)

附表1生物信息數(shù)據(jù)庫
附表2中國、美國、英國、加拿大、澳大利亞科研教育機構(gòu)開設(shè)生物信息學(xué)專業(yè)的情況
漢英名詞索引
英漢名詞索引