1-生物信息学背景知识PPT资料.ppt

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,构成RNA的碱基：

腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,2022/10/15生物信息学概论讲义,7,核糖和脱氧核糖,-D-核糖,-D-2-脱氧核糖,O,2022/10/15生物信息学概论讲义,8,核苷酸：

AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：

dAMP,dGMP,dTMP,dCMP,核苷酸（脱氧核苷酸）：

核苷（脱氧核苷）和磷酸以酯键连接形成。

DNA分子结构,2022/10/15生物信息学概论讲义,9,C,G,A,DNA分子结构,2022/10/15生物信息学概论讲义,10,DNA分子的双螺旋结构一般是右手螺旋两条主链是平行但反向即两条链的5和3的方向相反,DNA分子结构,2022/10/15生物信息学概论讲义,11,DNA分子的双螺旋结构两条链之间是通过碱基配对连接在一起，碱基与碱基间是通过氢键配对在一起的A与T配对：

以2个氢键相连G与C配对：

以3个氢键相连DNA分子结构具有相对的稳定性基本骨架部分的两条长链是由磷酸和脱氧核糖相间排列的顺序稳定不变,DNA分子结构,2022/10/15生物信息学概论讲义,12,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,C,你注意到了吗？

两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。

长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。

2022/10/15生物信息学概论讲义,13,DNA分子的多样性是由碱基对的排列顺序的多样性决定的DNA分子的特异性是指对于控制某一特定性状的DNA分子中的碱基排列顺序是稳定不变的控制某一特定性状的DNA分子中的碱基排列顺序就是基因也就是基因在遗传过程中一般是非常保守和稳定的，,DNA分子结构,2022/10/15生物信息学概论讲义,14,DNA分子的碱基序列储存和编码了大量遗传信息DNA分子可以看作是一个由A,C,G,T四个字符组成的序列人类DNA分子的长度为3G个碱基人类DNA分子中大约含有3万多个基因基因直接控制着生命最本质的活动-蛋白质的合成,DNA分子结构,2022/10/15生物信息学概论讲义,15,DNA分子的双螺旋互补结构为DNA损伤造成的遗传信息丢失提供了保护措施A与T对应，G与C对应如果知道一条链的序列串，则根据对应规则可以知道另外一个链上的对应序列串如果一条链上的碱基发生变异或错误，可以通过另外一条链来加以纠正,DNA分子结构,2022/10/15生物信息学概论讲义,16,基因结构,基因隐藏在DNA序列中的遗传密码一个DNA分子上可能有多个基因一个基因所对应的核苷酸序列区域，被称为编码区，非基因区域对应的核苷酸序列称为非编码区因为编码区的核苷酸序列将根据一定的规则来控制蛋白质的合成过程基因的变异将产生错误的蛋白质合成结果,2022/10/15生物信息学概论讲义,17,基因结构,基因目前对非编码区序列分析研究十分活跃生物学家认为非编码可能会与各种疾病发生关联在非编码区，存在大量的重复序列，目前对重复序列的查找算法研究非常活跃TandemRepeats:

形如这样的字符串例如：

ACGTACGT,GCCGCCGCCGCCApproximateTandemRepeats:

形如12这样的字符串,12之间具有一定的相似性要求GeneralRepeats:

形如（）n这样的字符串,n1.称为pattern,2022/10/15生物信息学概论讲义,18,基因结构,一般一个基因并不是一个连续的核苷酸串，并具有一定的结构,GT-AG法则,2022/10/15生物信息学概论讲义,19,基因结构,大多数真核细胞基因的显著特征是有非编码的插入序列，称为内含子（intron）内含子能够转录成RNA，在翻译成蛋白质之前被加工剪接，因此不包含在mRNA序列中,GTACAAAGTATT,编码序列,内含子-嵌入在一个基因中的非编码序列,DNA序列,2022/10/15生物信息学概论讲义,20,基因结构,被内含子隔开的编码序列为外显子（exon），剪接后连在一起形成成熟的mRNA，参与指导蛋白质合成不同基因的内含子和外显子数目和大小不同，一般基因越大，外显子越多。

内含子可能远远大于外显子，也可能内含子中包含其他基因的编码序列，即基因内基因,2022/10/15生物信息学概论讲义,21,基因结构,启动子（promoter）一般位于基因转录启始点上游100-200bp范围，是能与DNA聚合酶和转录因子相互作用的核苷酸序列，包含一些DNA序列元件TATA框：

人类许多基因在转录启始点5端上游-19-27bp处有一段高度保守序列，又称-10region。

由7个碱基组成，TATAA/TAA/T，其中两个碱基可以变化。

TATA框能与转录因子TFII结合，再与RNA聚合酶II形成复合物，准确识别转录启始点，启动基因转录,2022/10/15生物信息学概论讲义,22,基因结构,启动子（promoter）CAAT框：

位于转录启始点5端上游-70-80bp处有一段高度保守序列，由9个碱基组成，GGGC/TCAATCA，其中一个碱基可以变化。

CAAT框能与转录因子CTF结合，提高转录效率GC框：

有一些基因没有TATA框和CAAT框，但存在富含G和C核苷酸的序列；

GC框是由GGCGGG组成，能与转录因子Spl结合，促进转录过程,2022/10/15生物信息学概论讲义,23,转录开始的第一个碱基（+1）。

原核生物中常为A或G，而且位置固定。

基因结构,2022/10/15生物信息学概论讲义,24,基因结构,增强子（enchancer）：

是一个短序列元件，结合于转录因子，能增强基因的转录活性。

可位于基因的任何位置，其功能与位置和序列方向无关。

结合增强子的蛋白可和结合启动子的蛋白相互作用，增强基因表达终止子（terminater）：

是由AATAAA和一段回文序列组成，AATAAA是多聚腺苷酸（polyA）的附加信号，回文序列转录后形成发夹结构，阻碍RNA聚合酶继续移动，转录终止,2022/10/15生物信息学概论讲义,25,基因结构,一个简单的核苷酸序列编码,CCTGACAAATTCGACGTGCGGCATTGCATGCAGACGTGCATGCGTGCAAATAATCAATGTGGACTTTTCTGCGATTATGGAAGAACTTTGTTACGCGTTTTTGTCATGGCTTTGGTCCCGCTTTGTTCAGAATGCTTTTAATAAGCGGGGTTACCGGTTTGGTTAGCGAGAAGAGCCAGTAAAAGACGCAGTGACGGAGATGTCTGATGCAATATGGACAATTGGTTTCTTCTCTGAAT.TGA,转录起始密码,转录中止密码,2022/10/15生物信息学概论讲义,26,蛋白质,蛋白质是一种生物大分子，基本上是由20种氨基酸以肽键连接成肽链,2022/10/15生物信息学概论讲义,27,蛋白质,2022/10/15生物信息学概论讲义,28,蛋白质,蛋白质分子结构多样性组成蛋白质的氨基酸分子的种类不同组成蛋白质的氨基酸分子的数量成百上千组成蛋白质的氨基酸分子的排列次序变化多端蛋白质分子的空间结构不同,2022/10/15生物信息学概论讲义,29,C,H,C,N,R,H,H,O,C,H,COH,N,R,H,H,O,OH,蛋白质,2022/10/15生物信息学概论讲义,30,C,H,C,N,R,H,H,O,C,H,COH,N,R,H,O,H,OH,蛋白质,2022/10/15生物信息学概论讲义,31,C,H,C,N,R,H,H,O,C,H,COH,N,R,H,H,O,OH,H2O,脱水缩合反应,肽键,蛋白质,2022/10/15生物信息学概论讲义,32,C,H,C,N,R,H,H,O,C,H,COH,N,R,H,O,二肽,蛋白质,2022/10/15生物信息学概论讲义,33,蛋白质,2022/10/15生物信息学概论讲义,34,C,H,COOH,N,R3,C,H,C,N,R1,H,H,O,C,H,C,N,R2,H,O,H,三肽,蛋白质,2022/10/15生物信息学概论讲义,35,C,H,CO,N,R3,C,H,C,N,R1,H,H,O,C,H,C,N,R2,H,O,H,C,H,CO,HN,R4,C,H,CO,HN,R5,C,H,C,HN,Rn,多肽,O|,HO,蛋白质,2022/10/15生物信息学概论讲义,36,蛋白质,蛋白质分子结构多样性功能多样性有些蛋白质是构成细胞和生物体的重要物质如人和动物的肌肉主要是蛋白质有些蛋白质有催化作用如参与生物体各种生命活动的绝大多数酶有些蛋白质有运输作用如细胞膜上的载体、红细胞中的血红蛋白有些蛋白质有调节作用如胰岛素和生长激素都是蛋白质，能够调节人体的新陈代谢和生长发育有些蛋白质有免疫（包括细胞识别）作用如动物和人体的抗体能清除外来蛋白质对身体生理功能的干扰，起着免疫作用,2022/10/15生物信息学概论讲义,37,蛋白质,蛋白质是生物生命活动中的一种非常重要的物质基础基因密码可以推演出组成某种蛋白质的氨基酸序列基因序列与蛋白质功能之间存在某种联系通过基因序列推演蛋白质氨基酸序列的技术已经成熟蛋白质生物学功能取决于其空间结构研究每一种蛋白质的空间结构，成为后基因组时代的制高点，也就是结构基因组学的基本任务,2022/10/15生物信息学概论讲义,38,蛋白质,蛋白质的空间结构一级结构：

由20种氨基酸以肽键连接成肽链，即不同氨基酸的排列顺序二级结构：

但真正有生物活性的蛋白质并不是一条直的或随意弯曲的链状分子，而是有其固定的空间结构在空间结构中，有些局部结构有一定的规律性和重复性，如-右手螺旋、-折叠、无规卷曲、U型回折等，这称为蛋白质的二级结构通过蛋白质的一级结构来预测蛋白质的二级结构是生物信息学中的一个研究方向，目前的准确率不是太高（70%）三级结构：

整条蛋白质分子链的空间结构称为三级结构四级结构：

有的蛋白质由多条肽链组成，每条肽链称为亚基，亚基之间又有特定的空间关系，称为蛋白质的四级结构,2022/10/15生物信息学概论讲义,39,蛋白质,蛋白质的空间结构一级结构：

胰岛素的一级结构，胰岛素（Insulin）由51个氨基酸残基组成，分为A、B两条链。

A链21个氨基酸残基，B链30个氨基酸残基,2022/10/15生物信息学概论讲义,40,蛋白质,蛋白质的空间结构二级结构与三级结构,2022/10/15生物信息学概论讲义,41,蛋白质,蛋白质的空间结构蛋白质的结构与功能的关系每一种蛋白质都具有特定的结构，也具有特定的功能蛋白质的结构决定了蛋白质的功能蛋白质的功能直接由其高级结构决定蛋白质的一级结构决定高级结构，最终决定了蛋白质的功能蛋白质的一级结构决定二级结构二级结构决定三级结构,2022/10/15生物信息学概论讲义,42,基因表达,中心法则DNA序列