生物信息學

前言

　　21世紀是生命科學、新材料技術(shù)、信息技術(shù)突飛猛進的發(fā)展時期。生物信息學作為跨越生命科學和信息科學兩大熱點領(lǐng)域的學科展現(xiàn)了它蓬勃的生命力。生物信息學是包括生物信息的獲取、處理、貯存、分發(fā)、分析與解釋的所有方面的一門學科，它綜合運用數(shù)學、計算機科學和生物學的各種工具，研究、了解大量的生物學意義，已成為整個生命科學發(fā)展的重要組成部分，特別是在“后基因組時代（post genome era）”，面對人類基因組計劃所產(chǎn)生的龐大的分子生物學信息，生物信息學的重要性越來越突出，無疑將會為生命科學研究帶來革命性的變革?！　∩镄畔W是一門理論概念與實踐應用并重的學科，在我國，生物信息學隨著人類基因組研究的展開才起步，但已顯露出蓬勃發(fā)展的勢頭，許多研究單位已經(jīng)開始或準備開始從事這方面的研究工作。　　張陽德編著的《生物信息學》，系統(tǒng)地闡述了生物信息學的理論、技術(shù)與方法，內(nèi)容涉及生物信息學的發(fā)生、發(fā)展和前沿動態(tài)，反映了國內(nèi)外該領(lǐng)域的最新進展。它將成為生物信息學相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生，以及廣大生物學研究者的良師益友。書中闡述的生物信息學的科學思維與方法，將對我國生物信息學領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的培養(yǎng)、訓練提供很新的教學模式，可推進改變我國生物信息學專業(yè)人才匱乏的局面，該著作是生物信息學專業(yè)的一本很好的教材。

內(nèi)容概要

　　本書在第一版基礎(chǔ)上，結(jié)合生物信息學學科近年發(fā)展，更新、補充、調(diào)整相關(guān)知識。全書引用分析了大量國內(nèi)外文獻資料，全面、系統(tǒng)地介紹了生物信息學相關(guān)的概念、產(chǎn)生背景、發(fā)展歷史、研究目標、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及人類基因組計劃和蛋白質(zhì)組信息學等前沿課題，并對生物學數(shù)據(jù)庫的建立、核酸序列分析技術(shù)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測和分子設(shè)計技術(shù)、生物信息學軟件的開發(fā)與應用等內(nèi)容作了系統(tǒng)闡述。　　本書適合于基礎(chǔ)醫(yī)學、臨床醫(yī)學、生物科學、計算機科學等相關(guān)專業(yè)學生使用，也可為廣大教學、科研人員參考使用。

作者簡介

　　張陽德，臨床醫(yī)學外科學和生物醫(yī)學工程學教授、博士研究生導師，注重理工醫(yī)多學科結(jié)合，研發(fā)臨床醫(yī)學新項目。人生以勤謹創(chuàng)新、至誠求實、厚德助人為準則。畢業(yè)于湖南醫(yī)科大學，20世紀80年代后期獲獎赴美國學習。1987年國際首創(chuàng)“經(jīng)膽道鏡下微爆破碎肝膽管內(nèi)嵌頓結(jié)石臨床應用”，1988年國內(nèi)外領(lǐng)先研制“結(jié)腸鏡下激光誘導結(jié)腸早癌自體熒光診斷儀”，并分別于1991年和2002年獲湖南省科技進步一等獎，2004年獲中國青年科技獎，2005年獲全國優(yōu)秀科技工作者稱號。1994年從事“磁納米粒白蛋白阿霉素治療晚期肝癌”研究為世界領(lǐng)先。1990年在美國將PCR技術(shù)較早介紹到中國，編著了《聚合酶鏈反應技術(shù)及原理》一書，并研制了“風冷燈熱式PCR儀”推廣應用。1997年開展了我國首例肝隔離灌注治療手術(shù)不可切除的晚期肝癌。2001年底成功進行了合并多器官功能不全的肝功能衰竭病人的背馱式肝移植。為使中國內(nèi)鏡醫(yī)師與國際接軌，建議建立“中國醫(yī)師協(xié)會內(nèi)鏡醫(yī)師分會”，歷經(jīng)三年論證，2004年12月2日獲國家主管部門批準成立并負責組建?！　∽鳛檎n題負責人，已完成國家“九五”科技攻關(guān)重點課題、美國國家衛(wèi)生研究院（NIH）課題、國家“863”計劃課題等重大科研課題39項，其中國內(nèi)國際首創(chuàng)6項。目前承擔國家“十五”科技攻關(guān)重點課題、國家十五“863”計劃課題等重大科研課題10項，正在進行納米磁性顆粒與內(nèi)生場熱療結(jié)合治療實體腫瘤的研究，處于國際領(lǐng)先水平。

書籍目錄

序一序二前言第一章 概論1.1 生物信息學產(chǎn)生的背景1.2 人類基因組計劃1.3 什么是生物信息學1.4 生物信息的研究目標和內(nèi)容1.5 生物信息學的發(fā)展1.6 生物信息學研究方法的新進展1.7 國內(nèi)外生物信息學研究現(xiàn)狀1.8 生物信息學的主要意義和展望1.9 生物信息學與生物實驗的關(guān)系主要參考文獻第二章 生物學基礎(chǔ)2.1 生命起源和分子進化2.2 生物的分類2.3 核酸2.4 蛋白質(zhì)2.5 染色體和基因2.6 中心法則2.7 基因工程技術(shù)簡介主要參考文獻第三章 生物信息數(shù)據(jù)庫及其信息檢索3.1 生物信息數(shù)據(jù)庫的類型3.2 序列數(shù)據(jù)庫3.3 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫3.4 生物數(shù)據(jù)庫的信息檢索3.5 向數(shù)據(jù)庫提交數(shù)據(jù)主要參考文獻第四章 序列比對與算法4.1 序列兩兩比對4.2 多序列比對4.2.1 多序列比對程序CLUSTALW4.2.2 tree_based算法和iterative算法4.2.3 中心算法4.3 序列分析算法4.3.1 動態(tài)規(guī)劃算法4.3.2 隱馬爾可夫模型4.3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡4.3.4 基因表達調(diào)控網(wǎng)絡4.4 分子進化：系統(tǒng)樹發(fā)育分析4.4.1 分子鐘與中性理論4.4.2 進化樹4.4.3 進化樹的分析步驟4.4.4 相關(guān)軟件使用簡介主要參考文獻第五章 核酸序列分析5.1 DNA序列分析的意義5.2 基因結(jié)構(gòu)5.3 序列翻譯與ORF預測5.4 核酸序列分析框架5.5 基因識別的兩種途徑5.6 數(shù)據(jù)庫搜索5.7 生物信息學軟件5.7.1 商業(yè)軟件包5.7.2 基于WEB的免費軟件包5.8 新測定DNA序列的分析實例5.8.1 框架5.8.2 功能性位點（Pattern或Motif）搜索5.8.3 編碼區(qū)的確定5.8.4 核酸分子的立體結(jié)構(gòu)主要參考文獻第六章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測和分子設(shè)計6.1 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測6.1.1 預測蛋白質(zhì)的物理性質(zhì)6.1.2 從氨基酸組成辨識蛋白質(zhì)6.1.3 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預測6.1.4 其他特殊局部結(jié)構(gòu)預測6.1.5 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)預測6.2 蛋白質(zhì)工程分子設(shè)計簡介6.2.1 分子設(shè)計的基本條件6.2.2 分子設(shè)計的基本方法6.2.3 基于遺傳算法的分子設(shè)計6.3 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測和分子設(shè)計的研究進展主要參考文獻第七章 基因組信息學7.1 概論7.1.1 問題的提出7.1.2 發(fā)展歷程7.1.3 HGP的意義7.2 參與基因組計劃的機構(gòu)7.2.1 國際機構(gòu)7.2.2 其他研究機構(gòu)7.3 圖譜7.3.1 遺傳圖譜7.3.2 物理圖譜7.3.3 序列圖譜7.3.4 基因圖譜7.4 測序7.5 基因組序列信息分析工具7.5.1 Wisconsin軟件包7.5.2 ACEDB7.5.3 其他工具7.6 人類基因組信息數(shù)據(jù)庫7.6.1 NCBI Entrez的染色體圖譜7.6.2 GDB的染色體圖譜7.7 生物信息學在基因組研究中的應用7.7.1 當前主要研究內(nèi)容7.7.2 生物信息學在基因組研究中的發(fā)展趨勢7.7.3 生物信息學的發(fā)展展望7.8 后基因組計劃7.9 基因組信息學的研究進展主要參考文獻第八章 蛋白質(zhì)組信息學8.1 蛋白質(zhì)組學簡介8.1.1 蛋白質(zhì)組學的概念8.1.2 蛋白質(zhì)組研究的理論基礎(chǔ)8.1.3 蛋白質(zhì)組研究的技術(shù)路線8.2 蛋白質(zhì)組信息學8.3 蛋白質(zhì)組分析的內(nèi)容和方法8.4 蛋白質(zhì)組信息學相關(guān)資源8.5 蛋白質(zhì)組學的應用及前景8.6 蛋白質(zhì)組學研究中的常見問題8.7 化學蛋白質(zhì)組學8.7.1 化學蛋白質(zhì)組學的概念8.7.2 化學蛋白質(zhì)組學研究內(nèi)容、相關(guān)技術(shù)及應用8.7.3 化學蛋白質(zhì)組學的展望主要參考文獻第九章 生物信息學前沿9.1 生物芯片技術(shù)9.1.1 生物芯片簡介9.1.2 與生物芯片相關(guān)的技術(shù)9.1.3 生物芯片數(shù)據(jù)分析9.1.4 生物芯片數(shù)據(jù)分析的展望9.2 藥物設(shè)計與生物信息學9.2.1 藥物基因組學9.2.2 藥物蛋白質(zhì)組學9.2.3 生物信息學、基因組學和蛋白質(zhì)組學與藥物設(shè)計9.2.4 計算機輔助藥物設(shè)計9.2.5 藥物設(shè)計實例9.3 基因診斷與治療9.3.1 基因珍斷9.3.2 基因治療9.4 虛擬細胞——人工生命的模型9.4.1 虛擬細胞的構(gòu)建9.4.2 虛擬細胞的模型9.4.3 虛擬細胞特點9.4.4 虛擬細胞相關(guān)的學科領(lǐng)域9.4.5 研究虛擬細胞的意義主要參考文獻附錄一 生物信息學相關(guān)數(shù)據(jù)庫附錄二 生物信息學重要軟件簡介附錄三 生物信息學名詞解釋附錄四 習題編著者簡介

章節(jié)摘錄

　　第一章　概論　　1.1　生物信息學產(chǎn)生的背景　　諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主R.Dulbecco 1986年3月在Science上發(fā)表文章《癌癥研究的轉(zhuǎn)折點：測序人類基因組》，認為要徹底闡明癌癥的發(fā)生、演進、侵襲和轉(zhuǎn)移的機制，必須對人體細胞的基因組進行全測序。經(jīng)過3年多的討論，美國政府于1990年10月正式啟動一項耗資30億美元的15年計劃，預期到2005年完成人類基因組大約30億個堿基的全序列測定，這就是被稱為生命科學“登月計劃”的人類基因組計劃（Human Genome Project，HGP）。到2006年5月28日，英美科學家宣布完成了人類1號染色體的基因測序圖，這標志著歷時16年的人類基因組計劃的完成。　　HGP的主要任務是：人類基因組以及一些模式生物體（細菌、酵母、線蟲、果蠅等）基因組的作圖、測序和基因識別。該計劃一經(jīng)提出，很快擴展成為世界范圍的研究計劃，并以驚人的速度前進。經(jīng)過美、英、日、法、德和中國科學家的共同努力，至2000年6月26日完成了工作草圖；至2003年4月14日宣布人類基因組序列圖繪制成功，人類基因組計劃的所有目標全部實現(xiàn)。這是人類科學史上又一個里程碑式的事件，它預示著完成人類基因組計劃已經(jīng)指日可待。生物信息最基本的表達形式是一維的分子排列順序，即序列，包括核酸序列和氨基酸序列。其中，最基本的仍是DNA序列。截至2004年為止，僅登錄在美國GenBank數(shù)據(jù)庫中的DNA序列總量已超過44 575 745 176堿基對?；贑DNA序列測定所建立起來EST數(shù)據(jù)庫的記錄也已達數(shù)百萬條。在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上派生、整理出來的數(shù)據(jù)庫已達500余個。與其同步的蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，即氨基酸序列也飛速增長。除此之外，還有對蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的分析，迄今，已有幾萬種蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)以不同的分辨率被測定。這一切構(gòu)成了一個生物學數(shù)據(jù)的海洋。這種科學數(shù)據(jù)巨大的積累規(guī)模，在人類的科學研究歷史中是空前的。

編輯推薦

　　適合于基礎(chǔ)醫(yī)學、臨床醫(yī)學、生物科學、計算機科學等相關(guān)專業(yè)學生使用，也可為廣大教學、科研人員參考使用。

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