生物信息學(xué)概論第1頁/共68頁2023/4/182理論課講授內(nèi)容第一講生物信息學(xué)概論第二講醫(yī)學(xué)信息學(xué)基礎(chǔ)第三講信息學(xué)基本技術(shù)第四講生物信息學(xué)中的分子生物學(xué)基礎(chǔ)第五講生物信息檢索工具第六講生物信息瀏覽工具第2頁/共68頁2023/4/183第七講 生物信息中心第八講 生物信息重要數(shù)據(jù)庫第九講 生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)第十講 生物信息與藥學(xué)第十一講生物信息與PCR第十二講生物信息學(xué)與基因芯片第3頁/共68頁2023/4/184生物信息學(xué)概論第4頁/共68頁2023/4/185內(nèi)容生物信息學(xué)概況生物信息學(xué)簡介生物信息學(xué)、生物學(xué)基礎(chǔ)歷史、內(nèi)容、任務(wù)、技術(shù)和方法（系統(tǒng)

生物學(xué)）發(fā)展趨勢及研究熱點(diǎn)第5頁/共68頁2023/4/186三大自然科學(xué)之謎宇宙的起源生命的誕生思維的奧秘第6頁/共68頁2023/4/187第7頁/共68頁2023/4/188Whatisbioinformatics?

from/wiki/BioinformaticsBioinformaticsandcomputationalbiologyinvolvetheuseoftechniquesincludingappliedmathematics,informatics,statistics,computerscience,artificialintelligence,chemistry,andbiochemistrytosolvebiologicalproblemsusuallyonthemolecularlevel.Researchincomputationalbiologyoftenoverlapswithsystemsbiology.Majorresearcheffortsinthefieldincludesequencealignment,genefinding,genomeassembly,proteinstructurealignment,proteinstructureprediction,predictionofgeneexpressionandprotein-proteininteractions,andthemodelingofevolution.第8頁/共68頁2023/4/189生物信息學(xué)說文解字：生物+信息+學(xué)

(bioinformatics)biology+information+theory廣義應(yīng)用信息科學(xué)的方法和技術(shù)，研究生物體系和生物過程中信息的存貯、信息的內(nèi)涵和信息的傳遞，研究和分析生物體細(xì)胞、組織、器官的生理、病理、藥理過程中的各種生物信息，或者也可以說成是生命科學(xué)中的信息科學(xué)。狹義應(yīng)用信息科學(xué)的理論、方法和技術(shù)，管理、分析和利用生物分子數(shù)據(jù)。第9頁/共68頁2023/4/1810

生物學(xué)數(shù)據(jù)的收集、存儲、管理與提供基因組序列信息的提取和分析功能基因組相關(guān)信息分析生物大分子結(jié)構(gòu)模擬和藥物設(shè)計(jì)生物信息分析的技術(shù)與方法研究應(yīng)用與發(fā)展研究生物信息學(xué)的主要研究內(nèi)容第10頁/共68頁2023/4/1811生物學(xué)家(生物學(xué)問題)數(shù)學(xué)物理學(xué)家計(jì)算機(jī)科學(xué)家(基礎(chǔ)理論問題)工程師（技術(shù)應(yīng)用）計(jì)算生物學(xué)/生物信息學(xué)：三種科學(xué)文化的融合第11頁/共68頁2023/4/1812Amarriageof…BiologyInformationtechnology第12頁/共68頁2023/4/1813生命信息系統(tǒng)生物所處的時(shí)空系統(tǒng)物質(zhì)系統(tǒng)，信息傳遞與控制，能量第13頁/共68頁2023/4/1814相關(guān)學(xué)科圖示第14頁/共68頁2023/4/1815廣義概念圖示第15頁/共68頁2023/4/1816狹義概念圖示第16頁/共68頁2023/4/1817總結(jié)：生物信息學(xué)生物信息學(xué)(Bioinformatics)是一門新興的交叉學(xué)科，是生命科學(xué)領(lǐng)域中的新興學(xué)科，面對人類基因組計(jì)劃等各種項(xiàng)目所產(chǎn)生的龐大的分子生物學(xué)信息，生物信息學(xué)的重要性將越來越突出，它將會為生命科學(xué)的研究帶來革命性的變革。生物信息學(xué)是在生命科學(xué)的研究中，以計(jì)算機(jī)為工具對生物信息進(jìn)行儲存、檢索和分析的科學(xué)。生物信息學(xué)是當(dāng)今生命科學(xué)和自然科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一，同時(shí)也將是21世紀(jì)自然科學(xué)的核心領(lǐng)域之一，其研究重點(diǎn)主要體現(xiàn)在基因組學(xué)(Genomics)和蛋白組學(xué)(Proteomics)

。第17頁/共68頁2023/4/1818生物學(xué)基礎(chǔ)速遞分子水平細(xì)胞個(gè)體生命生命之樹第18頁/共68頁2023/4/1819生命的分子基礎(chǔ)細(xì)胞/分子水平DNA/RNA蛋白質(zhì)糖脂類

第19頁/共68頁2023/4/1820DNA結(jié)構(gòu)和堿基互補(bǔ)原理第20頁/共68頁2023/4/1821中心法則第21頁/共68頁2023/4/1822中心法則的發(fā)展遺傳信息DNA、RNA核苷酸序列氨基酸病毒/肽表觀遺傳學(xué)第22頁/共68頁2023/4/1823生物信息學(xué)的歷史

從人類基因組計(jì)劃（HGP）說起第23頁/共68頁2023/4/1824曼哈頓原子彈計(jì)劃阿波羅登月計(jì)劃人類基因組計(jì)劃第24頁/共68頁2023/4/182560年代初，美國總統(tǒng)Kennedy提出兩個(gè)科學(xué)計(jì)劃：登月計(jì)劃攻克腫瘤計(jì)劃

人類遺傳信息的復(fù)雜性人類基因組計(jì)劃(HGP，HumanGenomeProject)目標(biāo)：整體上破解人類遺傳信息的奧秘為什么提出HGP？第25頁/共68頁2023/4/1826生命活動三要素：物質(zhì)、能量、信息

DNA:

遺傳物質(zhì)(遺傳信息的載體)雙螺旋結(jié)構(gòu)

A,C,G,T四種基本字符的復(fù)雜文本

基因（Gene）：具有遺傳效應(yīng)的DNA分子片段DNA、基因、基因組第26頁/共68頁2023/4/1827

基因組(Genome)：包含細(xì)胞或生物體全套的遺傳信息的全部遺傳物質(zhì)。原核生物(細(xì)菌、病毒等)

真核生物(真菌、植物、動物等)人類基因組：

3.2×109bp

第27頁/共68頁2023/4/1828盡管比之于人類登月，HGP的投入資金要少得多，但HGP對人類生活的影響要更為深遠(yuǎn)。因?yàn)殡S著這個(gè)計(jì)劃的完成，DNA分子中編碼的遺傳信息將對人類存在的化學(xué)基礎(chǔ)作出最終的回答。這將不僅幫助我們理解我們是如何作為健康的人發(fā)揮正常功能的，而且也將在化學(xué)水平上解釋遺傳因子在各種疾病，如癌癥、早老癡呆癥、精神分裂癥等一些嚴(yán)重危害人類健康的疾病中的作用。畢竟對人類自身更深入的了解是人類活動中最重要的一個(gè)部分?！猈atson,1990,《Science》第28頁/共68頁2023/4/1829HGP的歷史回顧1984.12猶他州阿爾塔組織會議，初步研討測定人類整個(gè)基因組DNA序列的意義1985Dulbecco在《Science》撰文“腫瘤研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn):人類基因組的測序”美國能源部(DOE)提出“人類基因組計(jì)劃”草案1987美國能源部和國家衛(wèi)生研究院（NIH）聯(lián)合為“人類基因組計(jì)劃”下?lián)軉咏?jīng)費(fèi)約550萬美元1989美國成立“國家人類基因組研究中心”，Watson擔(dān)任第一任主任1990.10經(jīng)美國國會批準(zhǔn)，人類基因組計(jì)劃正式啟動第29頁/共68頁2023/4/1830

第一個(gè)自由生物體流感嗜血菌(H.inf)的全 基因組測序完成1996完成人類基因組計(jì)劃的遺傳作圖 啟動模式生物基因組計(jì)劃H.inf全基因組Saccharomycescerevisiae釀酒酵母Caenorhabditiselegans秀麗線蟲第30頁/共68頁2023/4/18311997大腸桿菌(E.coli)全基因組測序完成1998完成人類基因組計(jì)劃的物理作圖開始人類基因組的大規(guī)模測序

Celera公司加入，與公共領(lǐng)域競爭啟動水稻基因組計(jì)劃1999.7第5屆國際公共領(lǐng)域人類基因組測序會議，加快測序速度大腸桿菌及其全基因組水稻基因組計(jì)劃第31頁/共68頁2023/4/18321999.7第5屆國際公共領(lǐng)域人類基因組測序會議，加快測序速度2000Celera公司宣布完成果蠅基因組測序國際公共領(lǐng)域宣布完成第一個(gè)植物基因組——擬南芥全基因組的測序工作Drosophilamelanogaster果蠅Arabidopsisthaliana擬南芥第32頁/共68頁2023/4/18332001年2月15日《Nature》封面2001年2月16日《Science》封面2000.6.26公共領(lǐng)域和Celera公司同時(shí)宣布完成人類基因組工作草圖2001.2.15《Nature》刊文發(fā)表國際公共領(lǐng)域結(jié)果2001.2.16《Science》刊文發(fā)表Celera公司及其合作者結(jié)果第33頁/共68頁2023/4/1834我國對人類基因組計(jì)劃的貢獻(xiàn)第34頁/共68頁2023/4/1835HGP帶來的科學(xué)挑戰(zhàn)隨著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和可利用信息急劇增加，信息的管理和分析成為HGP的一項(xiàng)重要的工作發(fā)現(xiàn)生物學(xué)規(guī)律解讀生物遺傳密碼認(rèn)識生命的本質(zhì)研究基因組數(shù)據(jù)之間的關(guān)系分析現(xiàn)有的基因組數(shù)據(jù)利用數(shù)學(xué)模型和計(jì)算技術(shù)第35頁/共68頁2023/4/1836

各學(xué)科參與、協(xié)作：生命科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)以及倫理、法律等社會科學(xué)……首要科學(xué)問題如何找到記載在基因組DNA一維結(jié)構(gòu)上控制生命時(shí)間、空間的調(diào)控信息的編碼方式和調(diào)節(jié)規(guī)律。應(yīng)用數(shù)學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)理論、信息論、非線性科學(xué)……

催生生物信息學(xué)、計(jì)算生物學(xué)芯片技術(shù)交叉性技術(shù)領(lǐng)域：物理學(xué)、微電子信息技術(shù)、生化技術(shù)、信息技術(shù)、自動化、材料科學(xué)……結(jié)構(gòu)生物學(xué)前沿領(lǐng)域之一：生物物理學(xué)、生物化學(xué)、晶體學(xué)、波譜學(xué)、光譜學(xué)以及X射線晶體衍射技術(shù)、核磁共振技術(shù)……第36頁/共68頁2023/4/1837系統(tǒng)生物學(xué)(SystemsBiology)：由分析為主走向分析與綜合并舉的系統(tǒng)方法微觀還原論整體系統(tǒng)論統(tǒng)一生物學(xué)(GeneralBiology)：探索生命活動本質(zhì)，產(chǎn)生統(tǒng)一的生命觀和統(tǒng)一的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、理論、計(jì)算生物學(xué)：

(Experimental,Theoretical,ComputationalBiology)

生命科學(xué)與數(shù)、理、化、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的大綜合、大交叉生物技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化(Biotechnology)：基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力生物工程技術(shù)農(nóng)、林、醫(yī)藥現(xiàn)代生命科學(xué)發(fā)展趨勢第37頁/共68頁2023/4/1838生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能研究基因組與細(xì)胞的研究基因組比較研究關(guān)于遺傳、發(fā)育、分化、進(jìn)化的綜合理論研究腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)研究行為科學(xué)研究生態(tài)學(xué)研究人體功能研究研究手段： 實(shí)驗(yàn)、理論、計(jì)算相結(jié)合現(xiàn)代生命科學(xué)發(fā)展熱點(diǎn)第38頁/共68頁2023/4/1839基因組數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫DDBJEMBLGenBankSWISS-PROT

PDBPIR生物分子數(shù)據(jù)的收集與管理第39頁/共68頁2023/4/1840數(shù)據(jù)庫搜索及序列比較搜索同源序列在一定程度上就是通過序列比較尋找相似序列序列比較的一個(gè)基本操作就是比對（Alignment），即將兩個(gè)序列的各個(gè)字符（代表核苷酸或者氨基酸殘基）按照對應(yīng)等同或者置換關(guān)系進(jìn)行對比排列，其結(jié)果是兩個(gè)序列共有的排列順序，這是序列相似程度的一種定性描述多重序列比對研究的是多個(gè)序列的共性。序列的多重比對可用來搜索基因組序列的功能區(qū)域，也可用于研究一組蛋白質(zhì)之間的進(jìn)化關(guān)系。第40頁/共68頁2023/4/1841基因組序列分析遺傳語言分析——天書基因組結(jié)構(gòu)分析基因識別基因功能注釋基因調(diào)控信息分析基因組比較第41頁/共68頁2023/4/1842基因表達(dá)數(shù)據(jù)的分析與處理基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析是目前生物信息學(xué)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)目前對基因表達(dá)數(shù)據(jù)的處理主要是進(jìn)行聚類分析，將表達(dá)模式相似的基因聚為一類，在此基礎(chǔ)上尋找相關(guān)基因，分析基因的功能

所用方法主要有：相關(guān)分析方法、模式識別技術(shù)中的層次式聚類方法、人工智能中的自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、主元分析方法等表達(dá)數(shù)據(jù)缺點(diǎn)：僅反映mRNA豐度，噪聲，…第42頁/共68頁2023/4/1843蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測

蛋白質(zhì)的生物功能由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)所決定，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測成為了解蛋白質(zhì)功能的重要途徑蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測分為:二級結(jié)構(gòu)預(yù)測空間結(jié)構(gòu)預(yù)測

蛋白質(zhì)折疊第43頁/共68頁2023/4/1844二級結(jié)構(gòu)預(yù)測在一定程度上二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測可以歸結(jié)為模式識別問題在二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方面主要方法有：立體化學(xué)方法圖論方法統(tǒng)計(jì)方法最鄰近決策方法基于規(guī)則的專家系統(tǒng)方法分子動力學(xué)方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法預(yù)測準(zhǔn)確率超過70%的第一個(gè)軟件是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PHD系統(tǒng)第44頁/共68頁2023/4/1845空間結(jié)構(gòu)預(yù)測在空間結(jié)構(gòu)預(yù)測方面，比較成功的理論方法是同源模型法

該方法的依據(jù)是：相似序列的蛋白質(zhì)傾向于折疊成相似的三維空間結(jié)構(gòu)運(yùn)用同源模型方法可以完成所有蛋白質(zhì)10-30%的空間結(jié)構(gòu)預(yù)測工作第45頁/共68頁2023/4/1846

生物信息學(xué)當(dāng)前的主要任務(wù)

當(dāng)今生物信息學(xué)界的大部分人都把注意力集中在基因組、蛋白質(zhì)組、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及與之相結(jié)合的藥物設(shè)計(jì)上，隨蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)進(jìn)一步的發(fā)展，將在整體水平進(jìn)行。

第46頁/共68頁2023/4/1847基因組新基因的發(fā)現(xiàn)

通過計(jì)算分析從EST（ExpressedSequenceTags）序列庫中拼接出完整的新基因編碼區(qū)，也就是通俗所說的“電子克隆”；通過計(jì)算分析從基因組DNA序列中確定新基因編碼區(qū)，經(jīng)過多年的積累，已經(jīng)形成許多分析方法，如根據(jù)編碼區(qū)具有的獨(dú)特序列特征、根據(jù)編碼區(qū)與非編碼區(qū)在堿基組成上的差異、根據(jù)高維分布的統(tǒng)計(jì)方法、根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、根據(jù)分形方法和根據(jù)密碼學(xué)方法等。第47頁/共68頁2023/4/1848非蛋白編碼區(qū)生物學(xué)意義的分析

第48頁/共68頁2023/4/1849

非蛋白編碼區(qū)約占人類基因組的95%，其生物學(xué)意義目前尚不是很清楚，但從演化觀點(diǎn)來看，其中必然蘊(yùn)含著重要的生物學(xué)功能，由于它們并不編碼蛋白，一般認(rèn)為，它們的生物學(xué)功能可能體現(xiàn)在對基因表達(dá)的時(shí)空調(diào)控上。對非蛋白編碼區(qū)進(jìn)行生物學(xué)意義分析的策略有兩種，一種是基于已有的已經(jīng)為實(shí)驗(yàn)證實(shí)的所有功能已知的DNA元件的序列特征，預(yù)測非蛋白編碼區(qū)中可能含有的功能已知的DNA元件，從而預(yù)測其可能的生物學(xué)功能，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；另一種則是通過數(shù)理理論直接探索非蛋白編碼區(qū)的新的未知的序列特征，并從理論上預(yù)測其可能的信息含義，最后同樣通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。第49頁/共68頁2023/4/1850基因組整體功能及其調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)把握

把握生命的本質(zhì)，僅僅掌握基因組中部分基因的表達(dá)調(diào)控是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)樯F(xiàn)象是基因組中所有功能單元相互作用共同制造出來的。基因芯片技術(shù)由于可以監(jiān)測基因組在各種時(shí)間斷面上的整體轉(zhuǎn)錄表達(dá)狀況，因此成為該領(lǐng)域中一項(xiàng)非常重要和關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，對該技術(shù)所產(chǎn)生的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效分析，從中獲得基因組運(yùn)轉(zhuǎn)以及調(diào)控的整體系統(tǒng)的機(jī)制或者是網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，便成了生物信息學(xué)在該領(lǐng)域中首先要解決的問題。

第50頁/共68頁2023/4/1851基因組演化與物種演化

(生命之樹)第51頁/共68頁2023/4/1852

盡管已經(jīng)在分子演化方面取得了許多重要的成就，但僅僅依靠某些基因或者分子的演化現(xiàn)象，就想闡明物種整體的演化歷史似乎不太可靠。例如，智人與黑猩猩之間有98%-99%的結(jié)構(gòu)基因和蛋白質(zhì)是相同的，然而表型上卻具有如此巨大的差異，這就不能不使我們聯(lián)想到形形色色千差萬別的建筑樓群，它們的外觀如此不同，但基礎(chǔ)的部件組成卻是幾乎一樣的，差別就在于這些基礎(chǔ)部件的組織方式不同，這就提示我們基因組整體組織方式而不僅僅是個(gè)別基因在研究物種演化歷史中的重要作用。由于基因組是物種所有遺傳信息的儲藏庫，從根本上決定著物種個(gè)體的發(fā)育和生理，因此，從基因組整體結(jié)構(gòu)組織和整體功能調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)方面，結(jié)合相應(yīng)的生理表征現(xiàn)象，進(jìn)行基因組整體的演化研究，將是揭示物種真實(shí)演化歷史的最佳途徑。第52頁/共68頁2023/4/1853

基因組對生命體的整體控制必須通過它所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)來執(zhí)行，由于基因芯片技術(shù)只能反映從基因組到RNA的轉(zhuǎn)錄水平上的表達(dá)情況，由于從RNA到蛋白質(zhì)還有許多中間環(huán)節(jié)的影響，因此僅憑基因芯片技術(shù)我們還不能最終掌握生物功能具體執(zhí)行者——蛋白質(zhì)的整體表達(dá)狀況；

近幾年在發(fā)展基因芯片的同時(shí)，人們也發(fā)展了一套研究基因組所有蛋白質(zhì)產(chǎn)物表達(dá)情況——蛋白質(zhì)組研究技術(shù)，從技術(shù)上來講包括二維凝膠電泳技術(shù)和質(zhì)譜測序技術(shù)。通過二維凝膠電泳技術(shù)可以獲得某一時(shí)間截面上蛋白質(zhì)組的表達(dá)情況，通過質(zhì)譜測序技術(shù)就可以得到所有這些蛋白質(zhì)的序列組成。這些都是技術(shù)實(shí)現(xiàn)問題，最重要的就是如何運(yùn)用生物信息學(xué)理論方法去分析所得到的巨量數(shù)據(jù)，從中還原出生命運(yùn)轉(zhuǎn)和調(diào)控的整體系統(tǒng)的分子機(jī)制。蛋白質(zhì)組

第53頁/共68頁2023/4/1854

基因組和蛋白質(zhì)組研究的迅猛發(fā)展，使許多新蛋白序列涌現(xiàn)出來，然而要想了解它們的功能，只有氨基酸序列是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的功能是通過其三維高級結(jié)構(gòu)來執(zhí)行的，而且蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)也不一定是靜態(tài)的，在行使功能的過程中其結(jié)構(gòu)也會相應(yīng)的有所改變。因此，得到這些新蛋白的完整、精確和動態(tài)的三維結(jié)構(gòu)就成為擺在我們面前的緊迫任務(wù)。目前除了通過諸如X射線晶體結(jié)構(gòu)分析、多維核磁共振（NMR）波譜分析和電子顯微鏡二維晶體三維重構(gòu)（電子晶體學(xué)，EC）等物理方法得到蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)第54頁/共68頁2023/4/1855

另外一種廣泛使用的方法就是通過計(jì)算機(jī)輔助預(yù)測的方法，目前，一般認(rèn)為蛋白質(zhì)的折疊類型只有數(shù)百到數(shù)千種，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蛋白質(zhì)所具有的自由度數(shù)目，而且蛋白質(zhì)的折疊類型與其氨基酸序列具有相關(guān)性，這樣就有可能直接從蛋白質(zhì)的氨基酸序列通過計(jì)算機(jī)輔助方法預(yù)測出蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)第55頁/共68頁2023/4/1856新藥設(shè)計(jì)

第56頁/共68頁2023/4/1857

隨著結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展，相當(dāng)數(shù)量的蛋白質(zhì)以及一些核酸、多糖的三維結(jié)構(gòu)獲得精確測定，基于生物大分子結(jié)構(gòu)知識的藥物設(shè)計(jì)成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。生物信息學(xué)的研究不僅可提供生物大分子空間結(jié)構(gòu)的信息，還能提供電子結(jié)構(gòu)的信息，如能級、表面電荷分布、分子軌道相互作用等以及動力學(xué)行為的信息，如生物化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、電荷轉(zhuǎn)移、構(gòu)象變化等。理論模擬還可研究包括生物分子及其周圍環(huán)境的復(fù)雜體系和生物分子的量子效應(yīng)。結(jié)構(gòu)–

功能–

行為第57頁/共68頁2023/4/1858

生物信息學(xué)的任務(wù)遠(yuǎn)不止于此。在以上工作的基礎(chǔ)上，最重要的是如何運(yùn)用數(shù)理理論成果對生物體進(jìn)行完整系統(tǒng)的數(shù)理模型描述，使得人類能夠從一個(gè)更加明確的角度和一個(gè)更加易于操作的途徑來認(rèn)識和控制自身以及所有其他的生命體第58頁/共68頁2023/4/1859生物信息學(xué)不僅僅是一門科學(xué)學(xué)科，它更是一種重要的研究開發(fā)工具。

從科學(xué)的角度來講，它是一門研究生物和生物相關(guān)系統(tǒng)中信息內(nèi)容物和信息流向的綜合系統(tǒng)科學(xué)，只有通過生物信息學(xué)的計(jì)算處理，我們才能從眾多分散的生物學(xué)觀測數(shù)據(jù)中獲得對生命運(yùn)行機(jī)制的詳細(xì)和系統(tǒng)的理解。

從工具的角度來講，它是今后幾乎進(jìn)行所有生物（醫(yī)藥）研究開發(fā)所必需的舵手和動力機(jī)，只有基于生物信息學(xué)通過對大量已有數(shù)據(jù)資料的分析處理所提供的理論指導(dǎo)和分析，我們才能選擇正確的研發(fā)方向，同樣，只有選擇正確的生物信息學(xué)分析方法和手段，我們才能正確處理和評價(jià)新的觀測數(shù)據(jù)并得到準(zhǔn)確的結(jié)論。第59頁/共68頁2023/4/1860生物信息學(xué)的研究意義生物信息學(xué)將是21世紀(jì)生物學(xué)的核心