生物信息學(xué)

前言

　　21世紀(jì)是生命科學(xué)、新材料技術(shù)、信息技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展時(shí)期。生物信息學(xué)作為跨越生命科學(xué)和信息科學(xué)兩大熱點(diǎn)領(lǐng)域的學(xué)科展現(xiàn)了它蓬勃的生命力。生物信息學(xué)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(xué)科，它綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)的各種工具，研究、了解大量的生物學(xué)意義，已成為整個(gè)生命科學(xué)發(fā)展的重要組成部分，特別是在“后基因組時(shí)代（post genome era）”，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)的重要性越來越突出，無疑將會(huì)為生命科學(xué)研究帶來革命性的變革?！　∩镄畔W(xué)是一門理論概念與實(shí)踐應(yīng)用并重的學(xué)科，在我國(guó)，生物信息學(xué)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(shì)頭，許多研究單位已經(jīng)開始或準(zhǔn)備開始從事這方面的研究工作?！　堦柕戮幹摹渡镄畔W(xué)》，系統(tǒng)地闡述了生物信息學(xué)的理論、技術(shù)與方法，內(nèi)容涉及生物信息學(xué)的發(fā)生、發(fā)展和前沿動(dòng)態(tài)，反映了國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的最新進(jìn)展。它將成為生物信息學(xué)相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生，以及廣大生物學(xué)研究者的良師益友。書中闡述的生物信息學(xué)的科學(xué)思維與方法，將對(duì)我國(guó)生物信息學(xué)領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的培養(yǎng)、訓(xùn)練提供很新的教學(xué)模式，可推進(jìn)改變我國(guó)生物信息學(xué)專業(yè)人才匱乏的局面，該著作是生物信息學(xué)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(xué)學(xué)科近年發(fā)展，更新、補(bǔ)充、調(diào)整相關(guān)知識(shí)。全書引用分析了大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，全面、系統(tǒng)地介紹了生物信息學(xué)相關(guān)的概念、產(chǎn)生背景、發(fā)展歷史、研究目標(biāo)、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及人類基因組計(jì)劃和蛋白質(zhì)組信息學(xué)等前沿課題，并對(duì)生物學(xué)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(yù)測(cè)和分子設(shè)計(jì)技術(shù)、生物信息學(xué)軟件的開發(fā)與應(yīng)用等內(nèi)容作了系統(tǒng)闡述。　　本書適合于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生使用，也可為廣大教學(xué)、科研人員參考使用。

作者簡(jiǎn)介

　　張陽德，臨床醫(yī)學(xué)外科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)教授、博士研究生導(dǎo)師，注重理工醫(yī)多學(xué)科結(jié)合，研發(fā)臨床醫(yī)學(xué)新項(xiàng)目。人生以勤謹(jǐn)創(chuàng)新、至誠(chéng)求實(shí)、厚德助人為準(zhǔn)則。畢業(yè)于湖南醫(yī)科大學(xué)，20世紀(jì)80年代后期獲獎(jiǎng)赴美國(guó)學(xué)習(xí)。1987年國(guó)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(yīng)用”，1988年國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先研制“結(jié)腸鏡下激光誘導(dǎo)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(jìn)步一等獎(jiǎng)，2004年獲中國(guó)青年科技獎(jiǎng)，2005年獲全國(guó)優(yōu)秀科技工作者稱號(hào)。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(guó)將PCR技術(shù)較早介紹到中國(guó)，編著了《聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)及原理》一書，并研制了“風(fēng)冷燈熱式PCR儀”推廣應(yīng)用。1997年開展了我國(guó)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(jìn)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(guó)內(nèi)鏡醫(yī)師與國(guó)際接軌，建議建立“中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)內(nèi)鏡醫(yī)師分會(huì)”，歷經(jīng)三年論證，2004年12月2日獲國(guó)家主管部門批準(zhǔn)成立并負(fù)責(zé)組建。　　作為課題負(fù)責(zé)人，已完成國(guó)家“九五”科技攻關(guān)重點(diǎn)課題、美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院（NIH）課題、國(guó)家“863”計(jì)劃課題等重大科研課題39項(xiàng)，其中國(guó)內(nèi)國(guó)際首創(chuàng)6項(xiàng)。目前承擔(dān)國(guó)家“十五”科技攻關(guān)重點(diǎn)課題、國(guó)家十五“863”計(jì)劃課題等重大科研課題10項(xiàng)，正在進(jìn)行納米磁性顆粒與內(nèi)生場(chǎng)熱療結(jié)合治療實(shí)體腫瘤的研究，處于國(guó)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(xué)產(chǎn)生的背景1.2 人類基因組計(jì)劃1.3 什么是生物信息學(xué)1.4 生物信息的研究目標(biāo)和內(nèi)容1.5 生物信息學(xué)的發(fā)展1.6 生物信息學(xué)研究方法的新進(jìn)展1.7 國(guó)內(nèi)外生物信息學(xué)研究現(xiàn)狀1.8 生物信息學(xué)的主要意義和展望1.9 生物信息學(xué)與生物實(shí)驗(yàn)的關(guān)系主要參考文獻(xiàn)第二章 生物學(xué)基礎(chǔ)2.1 生命起源和分子進(jìn)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(jiǎn)介主要參考文獻(xiàn)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(xiàn)第四章 序列比對(duì)與算法4.1 序列兩兩比對(duì)4.2 多序列比對(duì)4.2.1 多序列比對(duì)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(dòng)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(luò)4.3.4 基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)4.4 分子進(jìn)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(jìn)化樹4.4.3 進(jìn)化樹的分析步驟4.4.4 相關(guān)軟件使用簡(jiǎn)介主要參考文獻(xiàn)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(yù)測(cè)5.4 核酸序列分析框架5.5 基因識(shí)別的兩種途徑5.6 數(shù)據(jù)庫搜索5.7 生物信息學(xué)軟件5.7.1 商業(yè)軟件包5.7.2 基于WEB的免費(fèi)軟件包5.8 新測(cè)定DNA序列的分析實(shí)例5.8.1 框架5.8.2 功能性位點(diǎn)（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(xiàn)第六章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和分子設(shè)計(jì)6.1 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)6.1.1 預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的物理性質(zhì)6.1.2 從氨基酸組成辨識(shí)蛋白質(zhì)6.1.3 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)6.1.4 其他特殊局部結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)6.1.5 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)6.2 蛋白質(zhì)工程分子設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介6.2.1 分子設(shè)計(jì)的基本條件6.2.2 分子設(shè)計(jì)的基本方法6.2.3 基于遺傳算法的分子設(shè)計(jì)6.3 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和分子設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展主要參考文獻(xiàn)第七章 基因組信息學(xué)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(jì)劃的機(jī)構(gòu)7.2.1 國(guó)際機(jī)構(gòu)7.2.2 其他研究機(jī)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(cè)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(xué)在基因組研究中的應(yīng)用7.7.1 當(dāng)前主要研究?jī)?nèi)容7.7.2 生物信息學(xué)在基因組研究中的發(fā)展趨勢(shì)7.7.3 生物信息學(xué)的發(fā)展展望7.8 后基因組計(jì)劃7.9 基因組信息學(xué)的研究進(jìn)展主要參考文獻(xiàn)第八章 蛋白質(zhì)組信息學(xué)8.1 蛋白質(zhì)組學(xué)簡(jiǎn)介8.1.1 蛋白質(zhì)組學(xué)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(xué)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(xué)相關(guān)資源8.5 蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用及前景8.6 蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的常見問題8.7 化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)8.7.1 化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)的概念8.7.2 化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)研究?jī)?nèi)容、相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用8.7.3 化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)的展望主要參考文獻(xiàn)第九章 生物信息學(xué)前沿9.1 生物芯片技術(shù)9.1.1 生物芯片簡(jiǎn)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(jì)與生物信息學(xué)9.2.1 藥物基因組學(xué)9.2.2 藥物蛋白質(zhì)組學(xué)9.2.3 生物信息學(xué)、基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)與藥物設(shè)計(jì)9.2.4 計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)9.2.5 藥物設(shè)計(jì)實(shí)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(xì)胞——人工生命的模型9.4.1 虛擬細(xì)胞的構(gòu)建9.4.2 虛擬細(xì)胞的模型9.4.3 虛擬細(xì)胞特點(diǎn)9.4.4 虛擬細(xì)胞相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域9.4.5 研究虛擬細(xì)胞的意義主要參考文獻(xiàn)附錄一 生物信息學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)庫附錄二 生物信息學(xué)重要軟件簡(jiǎn)介附錄三 生物信息學(xué)名詞解釋附錄四 習(xí)題編著者簡(jiǎn)介

章節(jié)摘錄

　　第一章　概論　　1.1　生物信息學(xué)產(chǎn)生的背景　　諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)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(diǎn)：測(cè)序人類基因組》，認(rèn)為要徹底闡明癌癥的發(fā)生、演進(jìn)、侵襲和轉(zhuǎn)移的機(jī)制，必須對(duì)人體細(xì)胞的基因組進(jìn)行全測(cè)序。經(jīng)過3年多的討論，美國(guó)政府于1990年10月正式啟動(dòng)一項(xiàng)耗資30億美元的15年計(jì)劃，預(yù)期到2005年完成人類基因組大約30億個(gè)堿基的全序列測(cè)定，這就是被稱為生命科學(xué)“登月計(jì)劃”的人類基因組計(jì)劃（Human Genome Project，HGP）。到2006年5月28日，英美科學(xué)家宣布完成了人類1號(hào)染色體的基因測(cè)序圖，這標(biāo)志著歷時(shí)16年的人類基因組計(jì)劃的完成?！　GP的主要任務(wù)是：人類基因組以及一些模式生物體（細(xì)菌、酵母、線蟲、果蠅等）基因組的作圖、測(cè)序和基因識(shí)別。該計(jì)劃一經(jīng)提出，很快擴(kuò)展成為世界范圍的研究計(jì)劃，并以驚人的速度前進(jìn)。經(jīng)過美、英、日、法、德和中國(guó)科學(xué)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(jì)劃的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)。這是人類科學(xué)史上又一個(gè)里程碑式的事件，它預(yù)示著完成人類基因組計(jì)劃已經(jīng)指日可待。生物信息最基本的表達(dá)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(guó)GenBank數(shù)據(jù)庫中的DNA序列總量已超過44 575 745 176堿基對(duì)。基于CDNA序列測(cè)定所建立起來EST數(shù)據(jù)庫的記錄也已達(dá)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(dá)500余個(gè)。與其同步的蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，即氨基酸序列也飛速增長(zhǎng)。除此之外，還有對(duì)蛋白質(zhì)高級(jí)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(cè)定。這一切構(gòu)成了一個(gè)生物學(xué)數(shù)據(jù)的海洋。這種科學(xué)數(shù)據(jù)巨大的積累規(guī)模，在人類的科學(xué)研究歷史中是空前的。

編輯推薦

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

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