生物信息学概论

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1、第一章概论当今世界，科学技术的发展日新月异。其中，生命科学的进展尤为引人注目。进入分子水平以来，人们发现在生物化学、分子生物学、免疫学以及遗传学领域的研究中有大量的数据资料需要处理。于是，随着计算机技术、网络通讯的飞速发展，产生了一门新兴的学科生物信息学。它首先利用电子计算机技术，对在分子生物学等学科的研究中产生出来的大量原始数据进行收集、整理和管理；其次，对各种数据进行对比、分析、归纳并建立计算模型，以期更好地解释数据，并进行结构、功能的预测以及仿真，等等（图。它的出现极大地推动了分子生物学的发展，在人类基因组计划的

2、研究中发挥了重要的作用。这门学科在生物学、医学领域有着十分广泛的应用。其中的一些大型生物学数据库包含了众多的生物学信息资源，人们可以很方便地从国际互联网上寻找算法数据获取图形学数据解释图象识别基因组图谱人工智能三维结构预测数据库分子建模统计学药物设计计算机模拟同源比较信息理论分子进化语言学数据库检索机器人学基因预测软件工程仪器设计计算机网络数据库构建计算机科学和数学分子生物学图生物信息学是计算机科学、数学和分子生物学之间的桥梁所需的资料和处理工具。这不仅方便了研究思想和资料的交流，减少了许多重复性的工作，而且也提供了一

3、种崭新的思维方式和科研工作方法。近年来，互联网的高速发展为人们共享数据资源、合作研究提供了网络这一物质基础。越来越多的生物学、医学、药学工作者认识到生物信息学的重要性和实用性，其良好的发展前景业已显现。第一节生物信息学及其与生物学的关系近十多年来，生命科学在分子水平上进行了广泛而深入地研究。随之而来的是大量的数据结果需要处理。特别是生物化学、分子生物学及遗传学的研究，各种各样的有关生物分子的原始实验数据，数量十分庞大。因此，利用计算机技术处理数据十分必要。另外，众多的学科，诸如结构生物学、酶学、细胞生物学、生理学、病理

4、学、神经生物学等等，从不同角度的研究结果，可经过计算机的分类、组织和构建，形成具有生物学意义的新的研究结果。这些新的结果是对生命体的细胞结构和功能更为本质的反映。在这样的情形下，生物信息学应运而生。生物信息学（）的萌生可以追溯到年，那时还是计算机的初创期。在美国田纳西州的，曾召开过首次“生物学中的信息理论讨论会”，这拉开了生物信息学的序幕。随着二十世纪八、九十年代计算机技术的迅猛发展，它才同时获得自身的快速成长。无论从理论上来讲，还是从现实情况来看，生物信息学都还是一门相当年轻的学科，它的实质就是利用计算机科学和网络技

5、术来解决生物学问题。它的诞生和发展是应时所需，是历史的必然，并且已经悄然渗透到生命科学的每一个角落。以至于在整个科学界意识到它的存在之前，相关学科的研究者就已经离不开它了。二十世纪末期，生命科学技术的迅猛发展，无论从数量上还是在质量上，都极大地丰富了生命科学的数据资源。数据资源的急剧膨胀首先迫使人们不得不考虑寻求一种强有力的工具，在有效地组织数据的同时，有利于对已知生物学知识的储存和进一步地加工利用。在大量多样化的生物学数据资源中，必然蕴含着许多重要的生物学规律。这些规律是我们解决许多生命之谜的关键所在。然而，继续沿用

6、传统手段以人脑来分析如此庞杂的数据是不可能的。人们同样需要寻求一种强有力的工具去协助人脑完成这些分析工作。可以说，伴随着二十一世纪的到来，生命科学的重点和潜在的突破点已经由上个世纪的试验分析和数据积累，转移到数据分析及其指导下的实验验证上来。生命科学也正在经历着一个从分析还原思维到系统整合思维的转变。那么，我们所寻求的那种强有力的数据处理分析工具，就成为未来生命科学的关键所在；伴随着生命科学这一需求的加剧，以数据处理分析为本质的计算机科学技术和网络技术获得了突飞猛进的发展，而自然地成为生命科学家的必然选择。计算机科学技

7、术和网络技术正日益渗透到生命科学的方方面面，一门崭新的、拥有巨大发展潜力的生物信息学也就悄然而坚定地发展起来了。可以说，历史必然性地选择了生物信息学生命科学与计算科学的融合体作为新一代生物科学研究的重要工具。生物信息学（）这一名词的由来，还要从八十年代末期说起。美国佛罗里达州立大学超级计算机计算研究所的林华安博士认识到将计算机科学与生物学结合起来的重要意义，遂开始留意为这一新的领域构思一个合适的名称。考虑到与佛罗里达州立大学大型计算机计算研究所的关系，起初，他使用的是。当时，这一机构支持由他主办的一系列“生物信息学”的

8、会议；之后，他又将其改为兼具法国风情的“因其拼写看起来似乎有些古怪，不久，他便进一步把它更改为（或。但由于当时的电子邮件系统与今日不同，该名称中的‘一’或‘／’符号经常会引起许多系统问题。于是，林博士又将其去除。今天，我们所看到的”就这样正式诞生了。林华安博士也因此赢得了“生物信息学之父”的美誉。一、生物信息学的定义生物信息学主要