生物信息學(xué)課程教學(xué)大綱

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上生物信息學(xué)課程教學(xué)大綱適用對(duì)象：生物工程、生物技術(shù)等專業(yè)學(xué)生(學(xué)分：2學(xué)分 學(xué)時(shí)：36)一、課程的性質(zhì)和任務(wù)生物學(xué)與信息科學(xué)是當(dāng)今世界上發(fā)展最迅速、影響最大的兩門科學(xué)。而這兩門科學(xué)的交叉融合形成了廣義的生物信息學(xué)，正以嶄新的理念吸引著科學(xué)家的注意。生物信息學(xué)(Bioinformatics)是生命科學(xué)領(lǐng)域中的新興學(xué)科，面對(duì)人類基因組計(jì)劃所產(chǎn)生的龐大的分子生物學(xué)信息，生物信息學(xué)的重要性將越來(lái)越突出，它無(wú)疑將會(huì)為生命科學(xué)的研究帶來(lái)革命性的變革。它是綜合利用生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、信息科學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科的理論方法的嶄新交叉學(xué)科。本課程主要講授生物信息學(xué)的基本概念和研究

2、內(nèi)容、方法及其應(yīng)用等的基本知識(shí)，學(xué)習(xí)從Internet如何獲取、處理、存儲(chǔ)、分配和解釋基因組信息，并應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行蛋白空間結(jié)構(gòu)模擬和預(yù)測(cè)，以便發(fā)掘和造就學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)的本領(lǐng)。生物信息學(xué)已成為整個(gè)生命科學(xué)發(fā)展的重要組成部分，成為生命科學(xué)研究的前沿。生物信息學(xué)是生物工程和生物技術(shù)專業(yè)的選修課程，適宜于已有生物化學(xué)和分子生物學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生。本課程以多媒體教學(xué)為主，課堂輔助答疑為輔；結(jié)合網(wǎng)上資源和課程軟件，基本上實(shí)現(xiàn)學(xué)生不限時(shí)段的網(wǎng)上學(xué)習(xí)、在線交流等功能。二、教學(xué)內(nèi)容和要求緒論目的：了解本課程的研究對(duì)象、內(nèi)容和方法以及國(guó)內(nèi)研究的領(lǐng)軍人物。內(nèi)容：本課程的研究對(duì)象和內(nèi)容；學(xué)科發(fā)展史；主要研究方法；國(guó)內(nèi)研

3、究的領(lǐng)軍人物。 要求：1 了解本課程研究對(duì)象、內(nèi)容和學(xué)科發(fā)展史；2 理解本課程的主要研究方法；3 對(duì)國(guó)內(nèi)的一些研究團(tuán)體和領(lǐng)軍任務(wù)有所了解。第一章 生物信息學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)目的：掌握生物信息學(xué)所需的生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和網(wǎng)絡(luò)知識(shí)。內(nèi)容：生物學(xué)知識(shí)包括： 細(xì)胞的分類和亞結(jié)構(gòu)、中心法則、基因和基因組、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次（從一級(jí)結(jié)構(gòu)到無(wú)級(jí)結(jié)構(gòu)）、蛋白質(zhì)組學(xué)、核酸的結(jié)構(gòu)和功能、密碼子的特征；計(jì)算機(jī)知識(shí)主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)的基本知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)的域名、Ftp服務(wù)以及生物信息學(xué)常見(jiàn)的一些ftp服務(wù)。要求：1 了解細(xì)胞的分類和亞結(jié)構(gòu)、中心法則、基因和基因組、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次（從一級(jí)結(jié)構(gòu)到五級(jí)結(jié)構(gòu)）、蛋白質(zhì)組學(xué)、核酸的結(jié)構(gòu)和功能、

4、密碼子的特征等生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)；2 理解這些生物學(xué)知識(shí)在生物信息學(xué)中的重要性；3 理解數(shù)據(jù)庫(kù)的基本知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)的域名、Ftp服務(wù)以及生物信息學(xué)常見(jiàn)的一些ftp服務(wù)；4 熟練掌握利用數(shù)據(jù)庫(kù)資源進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索和查詢。第二章 生物信息學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)資源介紹目的：了解生物信息學(xué)常見(jiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)資源，掌握NCBI等重要網(wǎng)站的使用。內(nèi)容：核酸及其相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)（序列數(shù)據(jù)庫(kù)、基因組相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)、核酸三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)、其他）；蛋白質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)（序列數(shù)據(jù)庫(kù)、蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)（二維凝膠電泳數(shù)據(jù)庫(kù)）、信號(hào)傳導(dǎo)及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)、DNA和蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫(kù)）；基因或蛋白質(zhì)一些特定數(shù)據(jù)庫(kù)；糖類及其相關(guān)

5、數(shù)據(jù)庫(kù)；蛋白質(zhì)翻譯后修飾相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)；基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)；人類基因突變及疾病相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)；進(jìn)化相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)及資源專利數(shù)據(jù)庫(kù)；資源目錄服務(wù)器或網(wǎng)頁(yè)。要求：1 了解數(shù)據(jù)庫(kù)的分類以及各級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)的特種和優(yōu)缺點(diǎn)；2 理解核酸及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用；3 理解蛋白質(zhì)及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)及應(yīng)用；4 熟練掌握NCBI/EMBL/DDBJ/SWISS-PROT等常見(jiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的使用；5 了解其它類型的數(shù)據(jù)庫(kù)的一些基本網(wǎng)址；6 了解常見(jiàn)序列的ftp下載的地址及方法。第三章 序列比對(duì)目的：掌握雙序列必對(duì)、多序列必對(duì)的軟件操作方法及結(jié)果的評(píng)估。內(nèi)容：在生物學(xué)研究中，將未知序列同已知序列進(jìn)行比較分析已經(jīng)成為一種強(qiáng)有力的研究手段 ，生

6、物學(xué)領(lǐng)域中絕大部分問(wèn)題在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中主要體現(xiàn)為序列或字符串的問(wèn)題，雙序列比對(duì)（Pairwise Sequence Alignment ）、多序列比對(duì)（Multiple Anlignment ）的定義、計(jì)算方法以及常用實(shí)現(xiàn)序列必對(duì)的軟件使用方法以及核酸序列的分析。要求：1了解序列必對(duì)的定義、計(jì)算方法以及用途；2 掌握CLUSTALW等軟件的使用方法；3 掌握基于雙序列必對(duì)的BLAST/FASTA等網(wǎng)絡(luò)搜索工具的使用。4 了解BLAST/FASTA等網(wǎng)絡(luò)搜索結(jié)果的評(píng)估；5 理解調(diào)和序列的定義以及調(diào)和序列產(chǎn)生的依據(jù)；6掌握核酸序列分析常見(jiàn)的方法及手段；8了解部分基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的使用及功能基因組的生

7、物信息學(xué)分析。第四章 系統(tǒng)發(fā)育分析目的：了解系統(tǒng)發(fā)育分析的原理和應(yīng)用以及常用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的使用。內(nèi)容：系統(tǒng)發(fā)育分析的理論基礎(chǔ)及基本概念，系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建方法，常見(jiàn)系統(tǒng)發(fā)育軟件及使用。要求：1 了解進(jìn)化、分子鐘假說(shuō)和中性進(jìn)化理論，了解相似性、同源性和同一性的含義；2 了解系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建的幾種方法；3 掌握PHYLIP等常用軟件的使用方法。第五章 基于細(xì)菌16S rDNAs 系統(tǒng)發(fā)育分析及系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的構(gòu)建目的：掌握基于細(xì)菌16S rDNAs 系統(tǒng)發(fā)育分析及系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建的方法及策略。內(nèi)容：16S rDNA 的PCR擴(kuò)增的方法，用于系統(tǒng)發(fā)育分析的免費(fèi)軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)，利用RDP網(wǎng)站和phylip程序構(gòu)建系

8、統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。要求：1 理解16S rRNA在用于細(xì)菌鑒定中的重要作用；2 理解PCR擴(kuò)增的原理和過(guò)程；3 熟悉用于系統(tǒng)發(fā)育分析的免費(fèi)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的使用和查詢；4 掌握利用RDP（小核糖體網(wǎng)站）進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析的操作方法，5. 掌握利用PHYLIP程序構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的過(guò)程以及在用于其它分子進(jìn)化分析中的應(yīng)用。第六章 蛋白質(zhì)序列分析目的：掌握蛋白質(zhì)序列分析的流程以及策略和常用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的使用。內(nèi)容：蛋白質(zhì)序列分析的意義和目的；蛋白質(zhì)基本性質(zhì)預(yù)測(cè)；蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)；蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)；蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)。要求：1 了解蛋白質(zhì)序列分析的意義和目的；2 熟練掌握蛋白質(zhì)基本性質(zhì)和二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)；3 掌握蛋白質(zhì)

9、三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的流程以及常見(jiàn)的預(yù)測(cè)方法；4 了解蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)的一般步驟的策略。第七章 蛋白質(zhì)序列分析實(shí)例目的：以1,3丙二醇脫氫酶結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)及分子進(jìn)化分析說(shuō)明蛋白質(zhì)分析的一般流程和方法。內(nèi)容：1,3丙二醇脫氫酶的重要作用；該酶氨基酸序列的獲得和基本性質(zhì)的預(yù)測(cè)、二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)、分子進(jìn)化分析、三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)及功能預(yù)測(cè)。要求：1了解1,3丙二醇脫氫酶的重要作用；2 了解蛋白質(zhì)的氨基酸序列的獲取方法；3 掌握蛋白基本性質(zhì)、二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)；4 了解蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)的策略和流程。第八章 生物芯片目的：使學(xué)生了解生物芯片的制作原理、數(shù)據(jù)采集和解析以及在現(xiàn)代生物學(xué)中的應(yīng)用。內(nèi)容：分子雜交的基礎(chǔ)知識(shí)；生物芯

10、片的定義和制作；生物芯片數(shù)據(jù)分析；生物芯片的用途。要求：1理解分子雜交的基本知識(shí)。2掌握生物芯片的定義和制作的過(guò)程。3理解生物芯片數(shù)據(jù)分析的方法及儀器。4 了解生物芯片在現(xiàn)代生物學(xué)中的應(yīng)用前景及領(lǐng)域。第九章 生物信息學(xué)與藥物設(shè)計(jì)目的：了解藥物設(shè)計(jì)的基本原理和生物信息學(xué)在藥物設(shè)計(jì)中的重要作用。內(nèi)容：藥物設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)；已知受體結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)；未知受體結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)；藥物設(shè)計(jì)與組合化學(xué)的關(guān)系，藥物設(shè)計(jì)和生物信息學(xué)的關(guān)系。要求：1了解藥物設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。2掌握已知受體結(jié)構(gòu)和未知受體結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)的不同策略。3了解結(jié)構(gòu)信息學(xué)進(jìn)行藥物設(shè)計(jì)的一般過(guò)程。4了解生物信息學(xué)在藥物設(shè)計(jì)中的巨大作用。三、課程的重點(diǎn)

11、和難點(diǎn)：重點(diǎn)：從總體上講，本課程的重點(diǎn)章節(jié)為：生物信息學(xué)的網(wǎng)絡(luò)資源、序列比對(duì)、系統(tǒng)發(fā)育分析以及蛋白質(zhì)序列分析。難點(diǎn)：從總體上講，蛋白質(zhì)序列分析這一章是本課程的難點(diǎn)，這一章除了要求學(xué)生有較強(qiáng)的生物化學(xué)和分子生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)外，還要對(duì)整個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能預(yù)測(cè)的整個(gè)流程有一個(gè)整體的概念，而且在結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的方法上非常繁多，如何選擇合適的預(yù)測(cè)方法和計(jì)算方法將是讓學(xué)生非常頭痛的問(wèn)題，而且各種方法所得到的結(jié)果之間如何進(jìn)行比較和評(píng)估也是一個(gè)難以解決的問(wèn)題，因此在授課的過(guò)程中，首先要對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能預(yù)測(cè)的流程進(jìn)行詳細(xì)的解說(shuō)，使學(xué)生有一個(gè)整體上的了解，然后分別介紹各種方法的算法和優(yōu)缺點(diǎn)以及一些常用的評(píng)估指標(biāo)，使學(xué)

12、生有一個(gè)明確的目的，然后鼓勵(lì)學(xué)生多上網(wǎng)進(jìn)行蛋白質(zhì)序列分析的實(shí)例分析，以加強(qiáng)對(duì)整個(gè)過(guò)程的了解。另外，本章還涉及到許多程序的使用，尤其是用來(lái)顯示蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的一些程序，這些程序之間不能互相轉(zhuǎn)換，文件的格式不能同一，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程碰到的一個(gè)難點(diǎn)。四、參考性教學(xué)時(shí)間安排教學(xué)內(nèi)容36學(xué)時(shí)授課學(xué)時(shí)緒 論2第一章 生物信息學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2第二章 生物信息學(xué)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)資源4第三章 序列比對(duì)4第四章 系統(tǒng)發(fā)育分析4第五章 基于細(xì)菌16S rDNAs 系統(tǒng)發(fā)育分析及系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的構(gòu)建2第六章 蛋白質(zhì)序列分析4第七章 蛋白質(zhì)序列分析實(shí)例2第八章 生物芯片6第九章 生物信息學(xué)與藥物設(shè)計(jì)4習(xí)題復(fù)習(xí)2五、教材與主要參考書(shū)：教材：鐘揚(yáng) 等 簡(jiǎn)明生物信息學(xué)教程、高等教育出版社，2001主要參考書(shū)：1) 張成崗