课程代码：BB034323            学时：36学时         学分： 2学分

理论学时：27学时              实验或讨论学时：9学时

适用专业：生物科学 生物技术    课程性质：必修

执笔人：吕巍                 审定人：李滨

一、说明

1、课程的性质、地位和任务

生物信息学是一门新兴的交叉学科，是采用计算机技术和信息论方法研究蛋白质及核酸序列等各种生物信息的采集、存储、传递、检索、分析和解读的科学，是现代生命科学与计算机科学、数学、统计学、物理学和化学等学科相互渗透而形成的交叉学科。

生物信息学的研究内容包括：生物信息的采集、存储、管理；基因组序列信息的提取和分析；功能基因组相关信息分析；生物大分子结构模拟和药物设计；生物信息分析的技术与方法研究。

通过该课程的学习，了解新兴的交叉学科—生物信息学研究的内容和发展方向，培养学生具有宽广的生物信息学方面的理论基础和基本技能，并且能够运用所掌握的生物信息学理论、方法和技术初步解决科研和实际工作中生物信息的存储、检索、分析和利用的问题。

2、课程教学的基本要求

掌握生物信息学的基本理论和专门知识；掌握生物信息学数据库的查询、检索和利用；熟悉应用生物软件分析生物分子序列和基因组中有关生物信息学知识的基本分析方法。

3、课程教学改革

按照新教学大纲，增加了相关实验课内容，并通过互联网技术，可以上课时获得最快的信息。

二、教学大纲内容

（一）课程理论教学

第一章  生物信息学概论（3学时）

1.1 生物信息学的定义和发展历史

介绍生物信息学的定义，生物信息学兴起的生物学和计算机技术背景以及国内外生物信息学发展历史

1.2 生物信息学的相关概念 

本节主要包括以下概念：序列测定、基因组计划、人类基因组计划、模式识别和结构功能预测、蛋白质折叠、同源性与相似性

1.3 生物信息学的重要性

更加深入的认识生物本质，并可以改变生物学的研究方式。

1.4 生物信息学研究内容和发展前景展望

生物信息学的主要研究内容包括：1、获取人和各种生物的完整基因组；2、发现新基因和新的单核苷酸多态性；3、基因组中非编码区信息结构分析；4、在基因组水平研究生物进化；5、完整基因组的比较研究；6、从功能基因组到系统生物学；7、蛋白质结构模拟与药物设计。最后我们介绍后基因组时代生物信息学的研究

重点：生物信息定义、生物信息相关概念、生物信息的主要研究内容

难点：生物信息的主要研究内容

思考题：生物信息的主要研究内容

第二章  生物信息学资源（6学时）

2.1 计算机基础

简单介绍计算机及各种编程语言，主要包括：C语言简介、Fortran语言简介、Perl语言简介，最后介绍计算机数据库基础

2.2 信息网络

对网络知识进行简要介绍。分别介绍世界三大生物信息学中心：美国国家生物信息技术中心（NCBI）、欧洲生物信息学研究所（EBI）、日本国家遗传学研究所（NIG）

2.3 核酸数据库

介绍我们常用的核酸序列数据库以及特定基因组资源

2.4 蛋白质数据库

详细介绍蛋白质数据库，包括序列数据库、复合数据库、二次数据库、结构数据库

重点：NCBI、核酸序列数据库、蛋白序列数据库、蛋白序列二次数据库、蛋白质结构数据库

难点：蛋白序列二次数据库

思考题：世界主要生物信息研究机构、蛋白序列二次数据库如何生成

第三章 序列比对（4学时） 

3.1 双序列比对

介绍双序列比对相关概念，整体比对算法和局部比对算法，最后介绍双序列比对在数据搜索中的应用

3.2 多序列比对

介绍多序列比对相关概念，同步法和步进法在多序列比对上的应用与不同。以及多序列比对在数据库搜索中的应用

重点：双序列比对的概念、算法及应用

难点：整体比对算法和局部比对算法

思考题：给出两条序列进行双序列比对及打分、简述FastA和BLAST基本原理

第四章 DNA序列分析（4学时）

4.1 DNA序列分析相关概念

介绍DNA序列分析的意义，遗传密码子、开放读码框、内含子与外显子、

4.2 DNA序列拼接

4.3 表达序列标签分析

介绍cDNA文库与表达序列标签（EST）以及EST数据库和EST分析

重点：DNA序列分析相关概念、表达序列标签分析

难点：EST分析

思考题：DNA序列的构成、什么叫表达序列标签

第五章 蛋白质结构与功能预测（4学时）

5.1 蛋白质功能预测

学习撑握根据序列预测功能的一般过程，通过比对数据库相似序列确定功能以及序列特性：如疏水性、螺旋等

5.2 蛋白质结构预测

分别介绍蛋白质结构及其数据库及二级结构预测和三级结构预测

重点：蛋白质功能预测、蛋白质结构及其数据库

难点：蛋白质功能预测

思考题：简述根据序列预测功能的一般过程、简述结构预测的基本原理

第六章 基因组计划及其应用（3学时）

6.1 人类基因组计划

从以下六个方面介绍人类基因组计划：1、人类基因组计划的背景；2、人类基因组草图基本信息、3我国的人类基因组计划研究现状、4我国人类基因组学研究；5、人类基因组研究的应用、6人类基因组计划的伦理价值思考

6.2 其它生物基因组测序情况

重点：人类基因组计划研究现状、我国的研究现状、人类基因组计划的应用

难点：人类基因组计划的应用

思考题：简述人类基因组计划的研究现状及应用

第七章 生物信息软件简介（3学时）

7.1 序列分析软件包

本章主要介绍了一些商业软件包和综合软件包

7.2 药物设计软件

简单介绍以下几种药物设计方面软件，如Sybyl、Insight II等等。

重点：了解各类常用软件名称及用途

难点：常用软件的用途

思考题：结合自己所学实验叙述一种或几种软件在其中的应用

建议教学方法：本课程的教学可以采取课堂讲授和学生课下上机相结合的方式，以加深学生对理论知识的理解和各种专用软件工具的使用。

（二）课程实验教学

通过本课程的学习，使学生掌握常用生物信息学数据库并能熟练应用，掌握核算和蛋白质序列分析技术，了解常用生物信息学软件并将其应用于自己的学习实践中。培养学生应用电脑与网络技术处理生命科学问题的能力。

生物信息学实验  （BB034323）
序号	实验名称	学时	必开	选开	实验类型				内容提要
					验证	基本 操作	综合	设计
1	常用生物信息学数据库的使用和数据库查询	3	√			√			要求学生掌握常用生物信息学数据库并能熟练应用
2	核酸和蛋白质序列分析	3	√			√			要求学生掌握核酸及蛋白序列分析技术
3	常用重要生物信息学软件使用方法	3	√			√			要求学生了解常用生物信息学软件，并将其应用于自己的学习实践中。

三、本课程考核方式、方法

 本课考核分为理论考试（60％）与实验考试（40%），理论考试通过闭卷考试和课堂测验及考勤等成绩相结合，考试计80分，课堂表现计20分；实验成绩以书面考核与课堂表现相结合，实验报告成绩作为书面考核成绩，总计60分，课堂表现总计40分。

四、教材与主要参考书：

1) 罗静初等译，《生物信息学概论》，北京大学出版社

2) 赵国屏 等，《生物信息学》，科学出版社，2002

3) 李衍达 孙之荣 等译，《生物信息学－基因和蛋白质分析的实用指南》，清华大学出版社，2000 

4) 张成岗 等，《生物信息学方法与实践》、科学出版社，2002

5) D.R.Wedthead 等， Bioinformatics, 科学出版社，2003