第一章生物信息學(xué)的生物學(xué)基礎(chǔ)

生物信息學(xué)Bioinformatics總結(jié)第一節(jié)引言

——從人類基因組計(jì)劃說起第二節(jié)生物信息學(xué)及其發(fā)展歷史第三節(jié)生物信息學(xué)主要研究內(nèi)容

1、生物分子數(shù)據(jù)的收集與管理

2、數(shù)據(jù)庫搜索及序列比較

3、基因組序列分析

4、基因表達(dá)數(shù)據(jù)的分析與處理

5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測

第四節(jié)生物信息學(xué)當(dāng)前的主要任務(wù)

1、基因組

2、蛋白質(zhì)組

3、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

4、藥物設(shè)計(jì)編號名稱第一章生物信息學(xué)引論第二章生物信息學(xué)的生物學(xué)基礎(chǔ)第三章生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫資源第四章DNA和蛋白質(zhì)序列分析第五章系統(tǒng)發(fā)生分析第六章基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析第七章其他常用生物信息學(xué)工具第八章電子克隆的原理和應(yīng)用第九章基本生物信息學(xué)工具的開發(fā)與應(yīng)用第二章生物信息學(xué)的生物學(xué)基礎(chǔ)調(diào)查：咱們已經(jīng)具備了怎樣的生物學(xué)基礎(chǔ)？普通生物學(xué)

細(xì)胞遺傳進(jìn)化分子生物學(xué)

——研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能和相互關(guān)系

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

生物信息學(xué)

生物信息是：核酸和蛋白質(zhì)細(xì)胞蛋白質(zhì)核酸研究手段提綱生命活動(dòng)的基本單位是什么？？？Question1細(xì)胞生命的精致生命不息，細(xì)胞活動(dòng)不止細(xì)胞細(xì)胞活動(dòng)不止細(xì)胞兩類細(xì)胞：原核細(xì)胞：細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、原綠藻真核細(xì)胞：如真菌、動(dòng)物、植物思考：原核和真核細(xì)胞的區(qū)別？？？原核細(xì)

胞主要特點(diǎn)：1.遺傳物質(zhì)僅一個(gè)環(huán)狀DNA或RNA2.無細(xì)胞核，無核膜3.無細(xì)胞器,無細(xì)胞骨架4.以無絲分裂或出芽繁殖代表生物:支原體,細(xì)菌,蘭藻,螺旋藻(人類未來的蛋白質(zhì)食物新來源)細(xì)胞真核細(xì)

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

胞三大結(jié)構(gòu)體系3.膜系統(tǒng):

質(zhì)膜,內(nèi)膜系統(tǒng),細(xì)胞器1.細(xì)胞核系統(tǒng):

遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)2.骨架系統(tǒng):

細(xì)胞質(zhì),細(xì)胞核等的骨架系統(tǒng)細(xì)胞真核細(xì)

胞細(xì)胞真核細(xì)

胞細(xì)胞細(xì)胞的主要構(gòu)成部分：細(xì)胞核細(xì)胞膜細(xì)胞器細(xì)胞質(zhì)細(xì)

胞

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

細(xì)

胞

膜細(xì)胞細(xì)胞膜的最重要的特征是？？半透性細(xì)

胞

器細(xì)胞線粒體：能量加工廠內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：蛋白質(zhì)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(xì)

胞

的

分

裂細(xì)胞

真核細(xì)

胞

細(xì)胞

思考題：遺傳物質(zhì)基本一樣的細(xì)胞，為什么形成細(xì)胞群的功能千變?nèi)f化？細(xì)胞分化，基因表達(dá)模式，蛋白的修飾生命活動(dòng)的執(zhí)行者是什么？？？Question2蛋白質(zhì)20種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸蛋白質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)氨基酸蛋白質(zhì)按照側(cè)鏈化學(xué)性質(zhì)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(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（primarystructure）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈中氨基酸的序列（包括二硫橋的位置）

蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)1953年，桑格所測定的牛胰島素序列

蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)（secondarystructure）二級結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)角–連接作用”U”型結(jié)構(gòu)（大多Phe,Gly組成）（iv）無規(guī)卷曲-沒有確定規(guī)律性的肽鏈構(gòu)象，但仍是緊密有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

（v）無序結(jié)構(gòu)多肽鏈中有６０％的區(qū)段為

螺旋和

折疊

蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

螺旋

肽鏈主鏈骨架圍繞中心軸盤旋成螺旋狀的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

折疊

在多肽鏈之間或一條肽鏈的肽段之間靠氫鍵聯(lián)結(jié)而成的鋸齒狀片層結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)角

在球狀的蛋白質(zhì)分子中，肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)的回折，由4個(gè)連續(xù)的氨基酸組成。（大多Phe,Gly組成）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)

在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的肽鏈再折疊形成的構(gòu)象α螺旋β折疊Zn疏水核心α螺旋蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

組成蛋白質(zhì)的多條肽鏈在天然構(gòu)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(zhì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)即氨基酸順序

高級結(jié)構(gòu)

生物學(xué)功能（1）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 序列分析（2）蛋白質(zhì)空間構(gòu)象與功能的關(guān)系 結(jié)構(gòu)分析細(xì)胞蛋白質(zhì)核酸研究手段核酸核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)

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(qiáng)氫鍵（3個(gè)氫鍵）WAorT弱氫鍵（2個(gè)氫鍵）HAorCorT非GBGorTorC非AVGorCorA非T(非U)DGorAorT非CNGorAorTorC任意堿基擴(kuò)展的遺傳學(xué)字母表或IUPAC編碼核酸DNA的一級結(jié)構(gòu)（1）DNA的堿基組成（i）A=T,G=C

（ii）A+G=C+T

（2）DNA的一級結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

核酸RNA和核糖體RNA是單鏈分子,RNA主要有三種

:信使RNA（mRNA）-轉(zhuǎn)錄遺傳信息核糖體RNA（rRNA）-蛋白質(zhì)合成轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）-轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸

核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所，核糖體主要由蛋白質(zhì)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(diǎn)核酸遺傳密碼的基本特征

密碼無標(biāo)點(diǎn)符號密碼的簡并性（degeneracy）特殊密碼子核酸中心法則

復(fù)制

DNA

轉(zhuǎn)錄

逆轉(zhuǎn)錄

復(fù)制

RNA

蛋白質(zhì)

翻譯

調(diào)控核酸基因

基因具有幾個(gè)重要的特征：基因是一種相對獨(dú)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(dǎo)合成蛋白質(zhì)或RNA，進(jìn)而產(chǎn)生生理功能，或影響其他基因的表達(dá)。核酸基因原核生物基因的轉(zhuǎn)錄：

ipoZYA操縱子模型

結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因操縱基因操縱子核酸基因真核生物基因組

特點(diǎn)：

（1）真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)

外顯子(ATG,TAA,TGA,TAG)

內(nèi)含子（5‘-GT……AG-3’）

完整的基因結(jié)構(gòu)（2）單拷貝基因和基因家族（3）重復(fù)序列TATA盒

翻譯起始植物C/GAANNATGG動(dòng)物A/GNNATGG

各內(nèi)含子加poly(A)信號植物G/AATAA1-3動(dòng)物AATAAA

終止密碼子

各個(gè)外顯子

AGGA或

CAAT盒

加帽位點(diǎn)5'm7GpppNp

5'端真核基因的一般結(jié)構(gòu)

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(dá)的調(diào)控

轉(zhuǎn)錄前調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控轉(zhuǎn)錄后調(diào)控

翻譯調(diào)控蛋白質(zhì)后加工細(xì)胞蛋白質(zhì)核酸研究手段基本分子生物學(xué)研究手段

PCRPCR反應(yīng)液體的成分:PCR循環(huán)的程序:PCR原理：基本分子生物學(xué)研究手段

RT-PCR反轉(zhuǎn)錄PCRmRNA---cDNA-----PCR基本分子生物學(xué)研究手段

Cuttingbyenzymes

基本分子生物學(xué)研究手段

SouthernBlot基本分子生物學(xué)研究手段