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第一章 概论1

1.1 生物信息学产生的背景1

1.2 人类基因组计划2

1.3 什么是生物信息学3

1.4 生物信息学的研究目标和内容5

1.5 生物信息学的发展9

1.6 生物信息学研究方法的新进展11

1.7 国内外生物信息学研究现状12

1.8 生物信息学的主要意义和展望14

1.9 生物信息学与生物实验的关系15

主要参考文献15

第二章 生物学基础17

2.1 生命起源和分子进化17

2.1.1 生命起源的三个阶段17

2.1.2 生命起源的假说17

2.1.3 生命起源物质组成的争论18

2.2 生物的分类20

2.3 核酸21

2.3.1 核酸的化学组成21

2.3.2 DNA的一级结构23

2.3.3 DNA的二级结构23

2.3.4 DNA的三级结构25

2.3.5 生物体中的DNA25

2.3.6 RNA的结构25

2.3.7 核酸的变性、复性与杂交27

2.4 蛋白质28

2.4.1 蛋白质的组成28

2.4.2 蛋白质的分子结构29

2.3 蛋白质结构预测和分子设汁39

2.5 染色体和基因39

2.5.1 染色体和染色质39

2.5.2 基因及真核生物基因组40

2.6 中心法则46

2.6.1 中心法则的内容46

2.6.2 DNA的复制49

2.7 基因工程技术简介50

2.7.1 概论50

2.7.2 基因克隆的技术路线51

2.7.3 基因组文库58

2.7.4 重组DNA技术在医学生物学中的应用59

主要参考文献65

第三章 生物信息数据库及其信息检索67

3.1 生物信息数据库的类型67

3.2 序列数据库67

3.2.1 核酸序列数据库68

3.2.2 蛋白质序列数据库83

3.3 结构数据库85

3.3.1 蛋白质结构数据库85

3.3.2 数据库结构显示程序87

3.4 生物数据库的信息检索88

3.4.1 Retrieve服务器89

3.4.2 Entrez系统89

3.4.3 SRS检索工具91

3.5 向数据库提交数据93

主要参考文献95

第四章 序列比对与算法96

4.1 序列两两比对96

4.2 多序列比对108

4.2.1 多序列比对程序CLUSTALW108

4.2.2 tree_based算法和iterative算法108

4.2.3 中心算法109

4.3 序列分析算法109

4.3.1 动态规划算法110

4.3.2 隐马尔可夫模型114

4.3.3 人工神经网络134

4.3.4 基因表达调控网络150

4.4 分子进化：系统树发育分析155

4.4.1 分子钟与中性理论155

4.4.2 进化树157

4.4.3 进化树的分析步骤161

4.4.4 相关软件使用简介162

主要参考文献168

第五章 核酸序列分析170

5.1 DNA序列分析的意义170

5.2 基因结构171

5.3 序列翻译与ORF预测172

5.4 核酸序列分析框架174

5.5 基因识别的两种途径175

5.6 数据库搜索176

5.7 生物信息学软件177

5.7.1 商业软件包178

5.7.2 基于WEB的免费软件包178

5.8 新测定DNA序列的分析实例183

5.8.1 框架183

5.8.2 功能性位点（Pattern或Motif）搜索184

5.8.3 编码区的确定185

5.8.4 核酸分子的立体结构191

主要参考文献193

第六章 蛋白质结构预测和分子设计194

6.1 蛋白质结构预测194

6.1.1 预测蛋白质的物理性质195

6.1.2 从氨基酸组成辨识蛋白质197

6.1.3 蛋白质二级结构预测197

6.1.4 其他特殊局部结构预测204

6.1 5 蛋白质的三维结构预测208

6.2 蛋白质工程分子设计简介209

6.2.1 分子设计的基本条件210

6.2.2 分子设汁的基本方法211

6.2.3 基于遗传算法的分子设计212

6.3 蛋白质结构预测和分子设计的研究进展214

主要参考文献222

第七章 基因组信息学224

7.1 概论224

7.1.1 问题的提出224

7.1.2 发展历程225

7.1.3 HGP的意义231

7.2 参与基因组计划的机构232

7.2.1 国际机构232

7.2.2 其他研究机构233

7.3 图谱234

7.3.1 遗传图谱234

7.3.2 物理图谱236

7.3.3 序列图谱238

7.3.4 基因图谱238

7.4 测序239

7.5 基因组序列信息分析工具241

7.5.1 Wisconsin软件包241

7.5.2 ACEDB242

7.5.3 其他工具242

7.6 人类基因组信息数据库242

7.6.1 NCBI Entrez的染色体图谱242

7.6.2 GDB的染色体图谱242

7.7 生物信息学在基因组研究中的应用243

7.7.1 当前主要研究内容244

7.7.2 生物信息学在基因组研究中的发展趋势249

7.7.3 生物信息学的发展展望252

7.8 后基因组计划252

7.9 基因组信息学的研究进展258

主要参考文献260

第八章 蛋白质组信息学263

8.1 蛋白质组学简介263

8.1.1 蛋白质组学的概念263

8.1.2 蛋白质组研究的理论基础265

8.1.3 蛋白质组研究的技术路线265

8.2 蛋白质组信息学268

8.3 蛋白质组分析的内容和方法270

8.4 蛋白质信息学相关资源272

8.5 蛋白质组学的应用及前景274

8.6 蛋白质组学研究中的常见问题280

8.7 化学蛋白质组学283

8.7.1 化学蛋白质组学的概念283

8.7.2 化学蛋白质组学研究内容、相关技术及应用283

8.7.3 化学蛋白质组学的展望286

主要参考文献287

第九章 生物信息学前沿288

9.1 生物荩芯片技术288

9.1.1 生物芯片简介288

9.1.2 与生物芯片相关的技术299

9.1.3 生物芯片数据分析303

9.1.4 生物芯片数据分析的展望311

9.2 药物设计与生物信息学313

9.2.1 药物基因组学313

9.2.2 药物蛋白质组学317

9.2.3 生物信息学、基因组学和蛋白质组学与药物设计320

9.2.4 计算机辅助药物设计325

9.2.5 药物设计实例335

9.3 基因诊断与治疗340

9.3.1 基因诊断340

9.3.2 基因治疗364

9.4 虚拟细胞——人工生命的模型394

9.4.1 虚拟细胞的构建395

9.4.2 虚拟细胞的模型396

9.4.3 虚拟细胞特点398

9.4.4 虚拟细胞相关的学科领域398

9.4.5 研究虚拟细胞的意义399

主要参考文献401

附录一 生物信息学相关数据库405

附录二 生物信息学重要软件简介409

附录三 生物信息学名词解释428

附录四 习题435

编著者简介445