結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)

前言

　　結(jié)構(gòu)生物學(xué)和信息學(xué)研究領(lǐng)域的快速發(fā)展值得我們高度重視。這些領(lǐng)域的發(fā)展不僅引起了傳統(tǒng)實驗室生物學(xué)家的興趣，而且還吸引了包括政治家、世界各國政府和工業(yè)界在內(nèi)的目光。這個領(lǐng)域給予年輕科學(xué)家的研究和工作機會超過了研究成果產(chǎn)生的步伐，呈現(xiàn)出一種非典型但精彩紛呈的境況。確實，對于今天正在接受這個領(lǐng)域教育和訓(xùn)練的人們而言，所面對的機會實際上是無可限量的。這種機會和優(yōu)勢集中體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)生物學(xué)與信息學(xué)的相互交叉與融合，這本書的出版是如此的及時，可以引導(dǎo)我們進入一個新的研究領(lǐng)域。在提供結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)第一本著作的工作方面，Philip E．Bourne和Helge weissig分別針對他們各自研究領(lǐng)域的問題，作為最主要的權(quán)威研究者做出了各自應(yīng)有的貢獻。這本書完全抓住了生物發(fā)現(xiàn)研究中的突破口，或者說生命科學(xué)的前沿問題。這些處在計算科學(xué)和生物學(xué)之間的前沿問題自身反映了幾十年來在兩個研究領(lǐng)域發(fā)生的重大進步和變革性進展。事實上，經(jīng)過若干年的發(fā)展，這些研究領(lǐng)域自身就會逐漸地成熟起來，并反過來為自身領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生更為重大的作用和意義。然而，在過去的最后十年里，由各國政府支持和提供的科研基金并沒有在生物信息系統(tǒng)方面發(fā)揮應(yīng)有的作用；與之相類似的是，由于缺乏進行數(shù)據(jù)整合和生物學(xué)模建的工具和手段，在更為深入的系統(tǒng)水平對生物學(xué)認知研究的腳步無法跟上技術(shù)發(fā)展和變革的步伐，從而導(dǎo)致這些技術(shù)雖然增強了基于試驗的發(fā)現(xiàn)能力以及數(shù)據(jù)的收集能力，但卻無法增強更高層次的整合，進而到達生物系統(tǒng)學(xué)的層面。今天，伴隨著不斷增加的經(jīng)費支持機會以及來自實驗科學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注，我們已經(jīng)走到了根本性轉(zhuǎn)變的十字路口，就像這本書直接呼吁和強調(diào)的那樣，要將信息科學(xué)技術(shù)和定量化的方法同時應(yīng)用在基礎(chǔ)和應(yīng)用生命科學(xué)的研究中！　　早期的幾代生物信息科學(xué)的先行者和實踐者，他們當(dāng)中的絕大多數(shù)是來自于物理科學(xué)和工程學(xué)研究領(lǐng)域。當(dāng)大的制藥企業(yè)逐漸意識到生物信息的重要性時，在研究基金的資助下，他們離開了原有的學(xué)術(shù)環(huán)境，投身到生物信息學(xué)的研究領(lǐng)域當(dāng)中。結(jié)果，我們失去了一些原有人才的產(chǎn)生機會，這些人當(dāng)中的許多位如果沒有選擇從事這個領(lǐng)域的研究工作，或者說沒有接受相關(guān)的培訓(xùn)，他們今天應(yīng)該已經(jīng)成為杰出的人物。畢竟工業(yè)界存在和提供的機會要大得多。今天，提供具有最好質(zhì)量的，表述清晰的教科書是十分重要的，這也是為什么我們要費盡周折選取和確定合適的課程和內(nèi)容，用于培訓(xùn)第一代將來有可能成為真正的生物信息學(xué)家的學(xué)生。為了教授和培訓(xùn)大量的愿意致力于生物信息學(xué)研究的年輕科學(xué)家，或者更為通俗地講，擴大和增加可以將信息技術(shù)應(yīng)用于高通量生物學(xué)研究的群體，需要提供最為權(quán)威的處理方式，以提供最為堅實的基礎(chǔ)，進而推動新一代科學(xué)家的誕生。這樣一項工作的實施最好也要獲得很大的受眾群，包括那些希望重新進行自我培訓(xùn)的已經(jīng)成熟的科學(xué)家，同時需要建立在全世界各個地方都通用的培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則。這本書極好地滿足和實現(xiàn)了這些要求和目標(biāo)，是我們當(dāng)中致力于研究和理解結(jié)構(gòu)和功能之間相互影響關(guān)系的每一個人必讀的書籍。

內(nèi)容概要

本書共分29個章節(jié)，主要對結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)的基礎(chǔ)知識作了介紹，具體內(nèi)容包括蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)原理、PRoTEIN DATA BANK、識別蛋白質(zhì)中的結(jié)構(gòu)域、結(jié)構(gòu)信息學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)、CASP和CAFASP實驗及其發(fā)現(xiàn)等。該書可供各大專院校作為教材使用，也可供從事相關(guān)工作的人員作為參考用書使用。

書籍目錄

第1部分  簡介  第1章  定義生物信息學(xué)與結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)  第2章  蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)原理  第3章  DNA和RNA結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)原理  第4章  高通量結(jié)晶技術(shù)與高分子結(jié)構(gòu)解析中的計算技術(shù)  第5章  生物大分子結(jié)構(gòu)解析與NMR波譜技術(shù)  第6章  電鏡  第7章  分子圖形學(xué)第2部分  數(shù)據(jù)描述和數(shù)據(jù)庫  第8章  PDB、mmCIF及其他數(shù)據(jù)格式  第9章  PRoTEIN DATA BANK  第10章  核酸數(shù)據(jù)庫  第11章  其他基于結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫第3部分  比較特征  第12章  蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進化和SCOP數(shù)據(jù)庫  第13章  CATH數(shù)據(jù)庫  第14章  結(jié)構(gòu)質(zhì)量驗證  第15章  全原子接觸：一個確認結(jié)構(gòu)的新方法  第16章  結(jié)構(gòu)比較與比對第4部分  結(jié)構(gòu)和功能測定  第17章  二級結(jié)構(gòu)測定  第18章  識別蛋白質(zhì)中的結(jié)構(gòu)域  第19章  從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測其功能第5部分  蛋白質(zhì)相互作用  第20章  從進化信息預(yù)測蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用  第21章  靜電相互作用第6部分  作為藥物靶標(biāo)的蛋白質(zhì)  第22章  對接的原理、方法及配體設(shè)計  第23章  結(jié)構(gòu)信息學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)第7部分  結(jié)構(gòu)預(yù)測  第24章  CASP和CAFASP實驗及其發(fā)現(xiàn)  第25章  同源建模  第26章  折疊類型識別方法  第27章  從頭預(yù)測方法第8部分  未來  第28章  一維預(yù)測：二級結(jié)構(gòu)、跨膜螺旋以及溶劑可及性  第29章  結(jié)構(gòu)基因組

章節(jié)摘錄

　　第1章　定義生物信息學(xué)與結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)　　1.1　什么是生物信息學(xué)？　　生物信息學(xué)的準(zhǔn)確定義不無爭議。有人將其狹義定義為開發(fā)用于存儲和處理基因組信息的數(shù)據(jù)庫。另有人將其定義拓寬到包括計算機生物學(xué)的全部?；谠诋?dāng)前科學(xué)文獻中的應(yīng)用，生物信息學(xué)可以定義為對分子生物學(xué)中兩類信息流的研究（Altman，1998）。其中第一類信息流源于分子生物學(xué)的中心法則：DNA序列被轉(zhuǎn)錄為mRNA序列，后者被翻譯為蛋白質(zhì)序列。蛋白質(zhì)序列繼而折疊為具功能的三維（3D）結(jié)構(gòu)。按照達爾文理論，這些功能被生物體的環(huán)境所選擇，從而驅(qū)動群體中DNA序列的進化。因此，第一類的生物信息學(xué)應(yīng)用關(guān)注于中心法則中任一階段的信息傳遞，包括DNA序列中基因的組織與控制、確定DNA中的轉(zhuǎn)錄單位、從序列預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及分子功能分析?！　〉诙愋畔⒘魇腔诳茖W(xué)方法：提出關(guān)于生物學(xué)活動的假設(shè)，設(shè)計實驗以驗證這些假設(shè)，評估結(jié)果與假設(shè)的相容性，然后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對原假設(shè)作擴展或修正。第二類的生物信息學(xué)應(yīng)用關(guān)注于這一流程中的信息傳遞，包括產(chǎn)生假設(shè)、設(shè)計實驗、通過數(shù)據(jù)庫將實驗結(jié)果組織起來、檢驗數(shù)據(jù)與模型的相容性以及修正假設(shè)的各個系統(tǒng)?！　”M管其應(yīng)用仍在演化中，但通常不用生物信息學(xué)來描述針對生物學(xué)中細胞水平之上的問題的計算方法。那些以高通量形式產(chǎn)生數(shù)據(jù)的實驗技術(shù)——如DNA測序、質(zhì)譜、微陣列表達分析（Miranker，2000；Ahman和Raychaudhuri，2001；GISC，2001；Venter等，2001）——的出現(xiàn)驅(qū)動了對生物信息學(xué)興趣的驟增。生物信息學(xué)依存于那些由于過于復(fù)雜而無法進行手工分析的大數(shù)據(jù)集的可獲得性。如蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（Protein Data Bank或PDB0，參見第9章；Berman等，2000）等數(shù)據(jù)庫中3D大分子結(jié)構(gòu)數(shù)目的快速增加推動了生物信息學(xué)的一個分支——結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)的出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)是生物信息學(xué)中關(guān)注于在原子和亞細胞空間尺度上結(jié)構(gòu)信息表述、存儲、獲取和分析的分支。

媒體關(guān)注與評論

　　“這本書…對于所有致力于研究和理解結(jié)構(gòu)與功能之間的相互影響的每個人都是一本必讀的好書……”　　——加利福利亞大學(xué)圣地亞哥分?！「毙ｉL

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