生物信息學

第1章生物信息學概述
1.1背景與定義
1.1.1生物學原始數(shù)據(jù)量的急劇擴增
1.1.2名詞“bioinformatics”的第一次出現(xiàn)
1.1.3定義
1.2研究內(nèi)容
1.2.1生物信息的存儲與獲取
1.2.2序列比對
1.2.3測序與拼接
1.2.4基因預測
1.2.5生物進化與系統(tǒng)發(fā)育分析
1.2.6蛋白質(zhì)結構預測
1.2.7RNA結構預測
1.2.8分子設計及藥物設計
1.2.9代謝網(wǎng)絡分析
1.2.10生物芯片
1.2.11DNA計算
1.3數(shù)據(jù)庫、軟件、科研教育機構
1.3.1數(shù)據(jù)庫
1.3.2軟件
1.3.3科研教育機構
1.4期刊與著作
1.4.1期刊
1.4.2著作
1.5生物學、計算機技術與數(shù)學基礎
1.5.1生物學
1.5.2計算機技術
1.5.3數(shù)學
1.6展望
1.6.1研究內(nèi)容的展望
1.6.2應用領域的拓展
1.6.3研究者的回報
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習題
參考文獻

第2章生物信息學的生物學基礎
2.1生物學研究的層次
2.1.1宇宙生命的研究目錄生物信息學
2.1.2生物與環(huán)境的關系
2.1.3生物種類
2.1.4生理
2.1.5細胞
2.1.6生物分子
2.1.7生物進化
2.2分子生物學基礎
2.2.1核酸的結構
2.2.2蛋白質(zhì)的結構
2.2.3DNA的復制
2.2.4基因的轉(zhuǎn)錄
2.2.5蛋白質(zhì)的生物合成
2.3人類基因組計劃
2.3.1目標與意義
2.3.2資助
2.3.3研究機構
2.3.4研究方法
2.3.5目前結果
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習題
參考文獻

第3章數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡基礎
3.1數(shù)據(jù)庫技術基礎
3.1.1數(shù)據(jù)庫的基本概念
3.1.2數(shù)據(jù)庫的體系結構和數(shù)據(jù)獨立性
3.1.3關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
3.1.4生物數(shù)據(jù)處理常用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
3.2網(wǎng)絡技術簡介
3.2.1網(wǎng)絡基礎知識
3.2.2Internet及其應用
3.2.3基于Web的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
3.2.4基于網(wǎng)絡的搜索引擎
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習題
參考文獻

第4章UNIX操作系統(tǒng)與計算機語言
4.1UNIX操作系統(tǒng)
4.1.1UNIX歷史
4.1.2UNIX系統(tǒng)的特點
4.1.3Redhat Linux 9的安裝
4.1.4UNIX的基本使用
4.1.5大型應用軟件
4.2計算機語言
4.2.1Perl語言簡介
4.2.2Java語言簡介
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習題
參考文獻

第5章算法與數(shù)學基礎
5.1算法
5.2圖論
5.2.1圖
5.2.2尋找最短路
5.2.3歐拉圖與哈密頓圖
5.2.4樹
5.2.5圖論在生物信息學中的應用
5.3動態(tài)規(guī)劃
5.4貝葉斯統(tǒng)計
5.4.1經(jīng)典統(tǒng)計學的幾個概念
5.4.2經(jīng)典統(tǒng)計與貝葉斯統(tǒng)計的差異
5.4.3貝葉斯定理
5.4.4貝葉斯統(tǒng)計在生物信息學中的應用
5.5馬爾可夫模型
5.5.1概念
5.5.2轉(zhuǎn)移概率
5.5.3算法過程
5.5.4馬爾可夫模型在生物信息學中的應用
5.6隱馬爾可夫模型
5.6.1概念
5.6.2算法過程
5.6.3隱馬爾可夫模型三個問題的研究
5.6.4隱馬爾可夫模型在生物信息學中的應用
5.7神經(jīng)網(wǎng)絡模型
5.7.1神經(jīng)網(wǎng)絡的分類
5.7.2神經(jīng)網(wǎng)絡的學習方法
5.7.3神經(jīng)網(wǎng)絡模型在生物信息學中的應用
5.8遺傳算法
5.8.1概念
5.8.2遺傳算法運算過程
5.8.3遺傳算法在生物信息學中的應用
5.9聚類分析
5.9.1相似性測度及聚類準則
5.9.2聚類算法
5.9.3聚類分析在生物信息學中的應用
5.10其他應用于生物信息學中的算法
5.11生物信息學中算法的發(fā)展
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習題
參考文獻

第6章序列比對
6.1序列比對的概念
6.2序列比對的意義
6.3全局比對與局部比對
6.3.1全局比對
6.3.2局部比對
6.4計分方法
6.4.1匹配計分
6.4.2結構與性質(zhì)的計分
6.4.3可觀測變換計分
6.4.4空格罰分
6.5比對的算法過程
6.5.1兩個序列比對
6.5.2多序列比對
6.6比對軟件的使用
6.6.1用比對軟件進行兩序列比對
6.6.2用比對軟件進行多序列比對
6.7計算機語言編寫程序進行序列比對
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習題
參考文獻

第7章序列拼接
7.1霰彈法測序的DNA序列拼接
7.1.1霰彈法測序原理
7.1.2霰彈法測序拼接的計算模型
7.2雜交測序法的DNA序列拼接
7.2.1雜交測序法原理
7.2.2雜交法測序拼接的計算模型
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習題
參考文獻

第8章生物信息數(shù)據(jù)庫的查詢與搜索
8.1生物信息數(shù)據(jù)庫
8.1.1核酸序列數(shù)據(jù)庫
8.1.2蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫
8.1.3結構數(shù)據(jù)庫
8.1.4基因組數(shù)據(jù)庫
8.1.5蛋白組數(shù)據(jù)庫
8.1.6代謝組數(shù)據(jù)庫
8.1.7疾病數(shù)據(jù)庫
8.1.8藥物與分子設計數(shù)據(jù)庫
8.1.9分析與記錄方式數(shù)據(jù)庫
8.2生物信息數(shù)據(jù)庫的字符匹配查詢
8.2.1查詢系統(tǒng)SRS
8.2.2查詢系統(tǒng)Entrez
8.3生物信息數(shù)據(jù)庫的相似性搜索
8.3.1BLAST
8.3.2FASTA
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習題
參考文獻

第9章生物進化與分子系統(tǒng)發(fā)育分析
9.1生物進化
9.1.1進化理論的歷史
9.1.2進化與自然選擇的證據(jù)
9.1.3分子進化
9.1.4生物進化與生物信息學的關系
9.2分子系統(tǒng)發(fā)育分析
9.2.1分子系統(tǒng)發(fā)育分析的概念
9.2.2構建進化樹的方法
9.2.3用網(wǎng)上軟件構建進化樹
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習題
參考文獻

第10章基因預測與引物設計
10.1基因特征
10.1.1原核生物的基因特征
10.1.2真核生物的基因特征
10.2基于EST的基因鑒定
10.2.1EST概念
10.2.2EST的獲得
10.2.3EST與基因識別
10.2.4EST的其他用途
10.2.5EST數(shù)據(jù)的不足
10.3基因預測的算法
10.3.1相似性比較預測
10.3.2隱馬爾可夫模型
10.3.3神經(jīng)網(wǎng)絡方法
10.3.4密碼學方法
10.3.5Z曲線法
10.3.6其他算法
10.4引物設計
10.4.1上、下游引物的3′末端與5′末端
10.4.2引物分子內(nèi)不互補
10.4.3引物的長度、組分與解鏈溫度
10.5網(wǎng)上的基因預測軟件
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習題
參考文獻

第11章蛋白質(zhì)結構及其預測
11.1蛋白質(zhì)的結構及其實驗測定方法
11.1.1蛋白質(zhì)的結構概述
11.1.2維系蛋白質(zhì)結構的作用力
11.1.3蛋白質(zhì)結構的顯示軟件
11.1.4蛋白質(zhì)結構的實驗測定方法
11.2蛋白質(zhì)分類
11.2.1按序列特征分類
11.2.2按在生物體中的位置分類
11.2.3按折疊類型分類
11.3蛋白質(zhì)結構預測算法
11.3.1特殊序列預測
11.3.2蛋白質(zhì)二級結構的預測
11.3.3蛋白質(zhì)三級結構的預測
11.4蛋白質(zhì)結構預測軟件
11.4.1蛋白質(zhì)二級結構預測軟件
11.4.2蛋白質(zhì)三級結構預測軟件
11.5編寫計算機程序進行蛋白質(zhì)二級結構預測
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習題
參考文獻

第12章RNA結構與預測
12.1RNA的發(fā)現(xiàn)及其功能研究
12.2RNA的結構特征及其與功能的關系
12.2.1RNA的結構層次
12.2.2核糖體RNA的結構
12.2.3tRNA的結構
12.2.4mRNA的結構與功能
12.2.5核酶的結構與功能
12.2.6形成RNA特定結構的序列特征
12.3RNA二級結構的預測算法
12.3.1比較序列分析方法
12.3.2動態(tài)規(guī)劃算法
12.3.3對RNA結構預測算法的評價
12.4網(wǎng)上RNA二級結構分析軟件
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習題
參考文獻

第13章生物芯片
13.1引言
13.2生物芯片的原理
13.2.1生物芯片的制備
13.2.2待檢生物樣品制備和標記
13.2.3生物分子之間的結合
13.2.4檢測原理
13.3數(shù)據(jù)分析
13.3.1圖像分析
13.3.2標準化處理（normalization）
13.3.3Ratio分析（ratio analysis）
13.3.4聚類分析（clustering analysis）
13.3.5基因表達數(shù)據(jù)庫
13.4其他生物芯片技術
13.4.1微流路芯片
13.4.2活體化芯片
13.4.3芯片實驗室（lab on a chip）
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習題
參考文獻

第14章計算機輔助藥物設計
14.1計算機輔助藥物設計的概念
14.2藥物設計的理論基礎
14.2.1受體與配體
14.2.2理論計算方法
14.3結合自由能的計算
14.3.1自由能微擾/熱力學積分方法
14.3.2線性相互作用能方法
14.3.3打分函數(shù)
14.4基于配體的藥物設計
14.4.1定量構效關系方法
14.4.2藥效團模型方法
14.5基于受體的藥物設計
14.5.1重新配體設計
14.5.2分子對接虛擬篩選
14.5.3生物大分子模建和藥物設計集成軟件包——InsightⅡ
14.6藥物發(fā)現(xiàn)集成平臺
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習題
參考文獻

第15章生物分子網(wǎng)絡與生物系統(tǒng)仿真
15.1生物分子網(wǎng)絡
15.1.1生物分子網(wǎng)絡的特征與研究方法
15.1.2代謝網(wǎng)絡
15.1.3基因調(diào)控網(wǎng)絡
15.1.4蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡
15.2生物系統(tǒng)仿真
15.3系統(tǒng)生物學概況
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習題
參考文獻

第16章DNA計算
16.1DNA計算的生物學基礎
16.1.1DNA的組成
16.1.2堿基配對
16.1.3DNA分子的制備
16.1.4連接、合成DNA與RNA分子的酶類的作用
16.1.5切割DNA的酶類的作用
16.1.6DNA序列的測定
16.2Adleman開創(chuàng)DNA計算研究領域的實驗
16.3DNA計算的應用
16.4問題與展望
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習題
參考文獻

附表1生物信息數(shù)據(jù)庫
附表2中國、美國、英國、加拿大、澳大利亞科研教育機構開設生物信息學專業(yè)的情況
漢英名詞索引
英漢名詞索引