生物信息學

生物信息學以獲取、加工、儲存、分配、分析和釋讀生物信息為手段，綜合運用數學、計算機科學和生物學工具，以達到理解數據中的生物學含義的目的。本書力求從各個重要的角度反映生物信息學今天的面貌。

叢書序Ⅰ

叢書序Ⅱ

前言

第一章 生物信息學：導論

一、什麼是生物信息學？

二、生物信息學的研究現狀與發展趨勢

三、生物信息學的生物學內涵

（一） 基因與基因組的信息學

（二） 基因表達的信息學：大規模基因功能表達譜的分析

（三） 生物大分子的三維結構信息：蛋白質結構模擬與分子設計

（四） 代謝和疾病發生途徑的信息

四、生物信息學的信息學內涵

（一） 生物信息數據庫

（二） 分析工具的發展

五、生物信息學的應用與發展研究

（一） 與疾病相關的基因信息及相關算法和軟件開發

（二） 建立與動、植物良種繁育相關的基因組數據庫， 發展分子標記輔助育種技術

（三） 研究與發展藥物設計軟件和基於生物信息的分子生物學技術

六、生物信息學研究和發展中的交叉學科和大科學特點

（一） 實驗生物學家和計算生物學家

（二） 三種科學文化的融合

（三） 跨越整個生命科學的大科學

第二章 分子生物信息數據庫

一、分子生物信息數據庫簡介

（一） 基因組計劃和數據庫

（二） 分子生物信息數據庫種類

二、基因組數據庫

（一） GDB

（二） AceDB

三、序列數據庫

（一） 核酸序列數據庫

（二） EMBL和GenBank數據庫格式

（三） 常用蛋白質序列數據庫

（四） 其他蛋白質序列數據庫

四、結構數據庫

（一） 蛋白質結構數據庫PDB

（二） 蛋白質結構分類數據庫SCOP和CATH

五、二次數據庫

（一） 基因組信息二次數據庫

（二） 蛋白質序列二次數據庫

（三） 蛋白質結構二次數據庫

第三章 數據庫查詢和數據庫搜索

一、簡介

二、數據庫查詢系統Entrez

（一） Entrez系統使用方法

（二） Entrez系統的特點

三、數據庫查詢系統SRS

（一） SRS系統使用方法

（二） SRS系統的特點

四、數據庫搜索簡介

（一） 核苷酸鹼基和氨基酸殘基代碼表

（二） 相似性和同源性

（三） 局部相似性和整體相似性

（四） 相似性計分矩陣

五、數據庫搜索工具BLAST

（一） 程序簡介

（二） BLAST程序運行實例

第四章 序列的同源比較及分子系統學和分子進化分析

一、簡介

二、相似序列的獲得

（一） BLAST

（二） 與BLAST相關的一些知識

（三） 獲得同源序列的其他方法

三、多序列比對

四、系統發育分析

（一） 系統樹的構建方法

（二） 常用的系統樹構建程序

（三） 一些需要注意的問題

（四） COG數據庫

五、其他分子標記在生物系統學中的應用

（一） RFLP （restriction fragment length polymorphism）標記

（二） PCR 擴增片段長度的多樣性

（三） SNP 標記

（四） 同工酶

第五章 生物信息學與基因芯片

一、概述

（一） 基因芯片簡介

（二） 基因芯片對於生物分子信息檢測的作用和意義

（三） 基因芯片研究和應用中所涉及到的生物信息學問題

二、基因芯片設計及優化

（一） 基因芯片設計的一般性原則

（二） DNA變異檢測型芯片與基因表達型芯片的設計

（三） cDNA芯片與寡核苷酸芯片的設計

（四） 寡核苷酸探針的優化設計

（五） 基因芯片的優化

三、基於芯片的序列分析

（一） 測定未知序列

（二） 直接檢測目標序列

（三） DNA序列突變檢測分析

（四） SN 分析

四、基於芯片的基因功能分析

（一） 基因表達分析

（二） 高密度基因表達芯片

（三） 基因表達圖譜

（四） 尋找基因功能

五、基因芯片檢測結果的分析

（一） 熒光檢測圖像處理

（二） 檢測結果分析

（三） 檢測結果可靠性分析

六、基因芯片信息的管理和利用

（一） 基因芯片信息管理

（二） 數據集成和交叉索引

（三） 數據的可比性和歸一化問題

（四） 基因芯片信息的利用

七、基於基因芯片的數據挖掘及可視化

（一） 數據挖掘

（二） 基因芯片的多元數據結構

（三） 數據相似程度的量化與距離矩陣

（四） 聚類分析

（五） 聚類分析結果的樹圖表示

（六） 基因芯片數據的可視化和與數據庫的鏈接

八、基因轉錄調控網絡分析

（一） 布爾網絡模型

（二） 線性組合模型

（三） 加權矩陣模型

（四） 互信息關聯網絡

第六章 蛋白質結構預測的原理與方法

一、引言

二、影響蛋白質摺疊的因素

三、蛋白質結構分析及蛋白質結構數據庫

（一） 有關氨基酸殘基的信息

（二） 週期性的二級結構

（三） 非同期性的二級結構

（四） 殘基間的相互作用及埋藏

（五） 超二級結構

（六） 蛋白質結構數據庫

（七） 蛋白質結構域的摺疊模式與蛋白質結構分類數據庫

（八） 蛋白質的進化

四、二級結構預測

（一） 二級結構預測概況

（二） Chou-Fasman方法

（三） GOR方法

（四） 最近鄰居方法

（五） 神經網絡方法

（六） 基於多重序列比對的二級結構預測

（七） 二級結構預測的準確度

（八） 二級結構在線預測（online prediction）

五、三級結構預測

（一） 同源蛋白質結構預測

（二） 蛋白質摺疊類型識別

（三） 蛋白質結構從頭預測

六、蛋白質結構預測發展趨勢

第七章 生物信息學與藥物設計

一、當代生物醫藥研究所面臨的困難

二、現代生物學給生物醫藥帶來的發展契機

三、基因組學、蛋白質組學和生物信息學在藥物研究中的應用

（一） 選擇藥物作用靶標的標準

（二） 候選藥物作用靶標的發現

（三） 靶標有效性的驗證

（四） 藥物作用機制的研究

（五） 藥物的藥代動力學及毒理性質的研究

四、計算機輔助藥物設計

（一） 間接藥物設計

（二） 直接藥物設計

（三） 藥物設計實例

五、未來藥物研究方法展望

（一） 人類基因組和生物信息學的發展， 將為藥物設計研究開闢更廣闊的空間

（二） 超級計算機的發展將為複雜生物體系的理論計算和藥物設計創造有利的條件

（三） 計算機輔助藥物設計與組合化學技術相結合將顯示巨大威力

（四） 基於結構的藥物設計將向基於作用機制的藥物設計方向發展