南方医科大学本科专业教学大纲
生物信息学
Ｂioinformatics
适用基础医学、临床医学、生物统计学专业
执笔人：邓亲恺（理论部分）
郭云波（实验部分）
审定人：邓亲恺
学院负责人：
南方医科大学教务处
二○○六年十二月
课程代码：B010038
一、课程简介
《生物信息学》为我校八年制临床医学专业，五年制基础医学本科专业，四年制统计学本科专业学生的必修课程，48学时、2学分。该课程系统介绍生物信息学的基本理论、核酸序列和蛋白质序列的基本知识及相关分析工具。主要内容包括核酸数据库、核酸序列相似性分析及多序列比对工具、核酸序列的预测和鉴定、核酸序列物理性质的计算；蛋白质序列分析及结构预测策略及蛋白质家族分析。学生学习时，要理论联系实际，掌握生物信息学数据处理方法，训练核酸序列分析、蛋白质序列分析方法，学习后能掌握生物信息学数据处理和生物学实验设计基本方法和技能，能熟练进行本专业相关实验的设计和数据处理。
“Bioinformatics”, 2 credit and 48 class hours, is a compulsory course for under-graduated students of Basic Medicine majors. The basic theory of bioinformatics is firstly introduced , and then the databases , the software tools about sequence analysis of nucleic acids and amino acids. The function and structure prediction of proteins are also emphasized. Following every chapter is a computer lab, so as to make the students be familiar with and grasp the arts of lab designing and data processing.
二、教学内容与要求
第一章 导论
【教学内容】
1.生物信息学的兴起。
2.什么是生物信息学。
3.生物信息学及其产业的回顾与展望。
4.生物信息学的教育与学习。
【教学要求】
1.了解生物信息学的起源。
２.熟悉生物信息学的相关领域及研究对象。
第二章 核酸序列分析
【教学内容】
第一节 生物信息学数据库
一、核酸数据库
二、数据库格式
（一）ＦＡＳＴＡ格式
（二）ＧＢＦＦ格式
第二节 序列数据库检索
一、Ｅntrez
（一）Ｅntrez的使用
第三节 核酸序列相似性分析
一、相似性搜索。
（一）ＢＬＡＳＴ。
（二）ＦＡＳＴＡ。
二、通过ＢＬＡＳＴ发现序列的生物学意义。
三、序列相似性检索的原则。
四、序列双重比对。
五、序列相似性的显著性评价。
第四节 核酸的多序列比对
一、多序列比对的定义。
二、多序列比对工具。
三、多序列比对实例。
第五节 构建进化树
一、什么是系统发生。
二、系统发生树。
三、如何构建进化树。
四、进化树构建实例。
第六节 核酸序列的预测与鉴定
一、基因结构与功能的简介
二、核酸序列预测与鉴定
三、序列中载体污染的判定
四、屏蔽重复序列
五、开放阅读框的识别
六、CpG岛
七、基因编码区的预测
（一）启动子与转录子结合位点的识别
（二）其他顺式作用元件的预测
（三）剪接位点的预测
（四）转录终止信号
（五）密码子偏好性分析
八、基因序列的从头分析
九、DNA序列分析总结
第七节 核酸序列物理性质的计算
一、核酸序列基本性质的计算
二、基于核酸序列的DNA曲率计算
三、核酸序列三维结构的计算
【教学要求】
1． 熟悉三大序列数据库及其数据格式。
2． 掌握序列检索方法。
3． 掌握核酸多序列比对原理及工具使用。
4． 熟悉系统发生树血的生成、生理功能及其运行。
5． 掌握核酸序列的预测与鉴定。
6． 了解核酸序列物理性质的计算。
第三章 蛋白质序列分析
【教学内容】
第一节 蛋白质数据介绍
一、序列数据库。
二、模体及结构域数据库。
第二节 蛋白质序列分析
一、蛋白质序列信息的获取。
（一）测序
（二）翻译编码的DNA序列
（三）在数据库中搜索
二、蛋白质序列的格式化
三、序列分析
（一）序列比对的打分系统
（二）序列数据库搜索
（三）模体搜索
（四）点矩阵
第三节 蛋白质序列分析及结构预测策略
一、实验设计
二、蛋白质序列数据
三、序列数据库搜索
（一）相似性搜索
（二）模体搜索
四、结构域定位
五、多重序列比对
六、同源建模
七、二级结构预测
（一）二级结构预测方法
（二）二级结构预测策略
八、蛋白质折叠子分析和二级结构组分比对
九、三级结构与序列之间比对
第四节 基于一级结构的预测
一、蛋白质蛋白质的预测
二、蛋白质的鉴定
第五节 二级结构预测方法
一、基于统计的预测方法
二、基于知识的预测方法
三、混合方法
四、蛋白质二级结构预测网站
五、蛋白质的疏水性分析
第六节 其他序列分析工具
第七节 三级结构预测
一、三级结构预测方法
（一）同源模建
（二）折叠识别
（三）从头预测
（四）CASP
二、三级结构预测网站及工具
第八节 蛋白质家族分析
一、蛋白质结构分类模式
（一）蛋白质按结构簇划分
（二）CATH分类方式
（三）SCOP蛋白质结构分类
（四）FSSP分类
二、结构比对工具
（一）VAST矢量比对工具
（二）DALI距离矩阵
（三）STRUCTAL
（四）SSAP
三、蛋白质分类实例
【教学要求】
1．熟悉各蛋白质数据库。
2．掌握蛋白质序列分析及结构预测策略。
3．掌握蛋白质一、二级结构预测方法。
4．熟悉蛋白质三级结构预测方法。
三、实验（见习）内容与要求
实验一 数据库搜索
实验要求：
1了解生物信息学相关门户网站结构。
2熟练运用网络知识,并能通过相关链接查找到相关数据库。
3了解当前生物信息学研究进展。
实验方式：
1计算机教室上机操作。
2幻灯示教。
3教师示教，学生相互观察练习。
实验课时：2学时
实验内容：
1进入本校生物信息中心网页。
2进入相关门户网站并了解其结构主要内容与功能。
3通过相关网站查询RBP4蛋白的相关信息。
4查询自己感兴趣的某个基因、蛋白或相关知识。
实验二 双序列比对
实验要求：
1掌握双序列比对的各种工具软件。
2掌握不同数据库的数据格式及意义。
3分析得到的数据结果。
实验方式：
1教师示教----通过实际序列数据讲解。
2学生实践----相关网站及工具的使用。
实验课时：2学时
实验内容：
1 align。
2 SSEARCH。
3 BLAST 2 sequences。
4 Transeq。
5 ORF finder 。
实验三 局部序列比对工具
实验要求：
1掌握序列格式的转换；
2寻找未知DNA序列的同源序列，从而了解其生物学含义；
3了解比对中工具软件参数设定的重要性。
实验方式：
1网络教室计算机演示、幻灯示教。
2学生分组练习。
实验课时：2学时
实验内容：
1 使用READSEQ进行序列格式转换；
2 使用Blastn，Blastx，tBlastx寻找未知DNA序列的同源序列，
分析其生物学含义。
3 使用Blastp，tBlastn寻找未知氨基酸序列的同源序列，
分析其生物学含义。
4 了解比对中工具软件参数设定的重要性，仍以三种双序列比对程序作练习。
实验四 高级BLAST搜寻
实验要求：
1 掌握各种高级BLAST工具软件使用方法。
2 掌握其参数设定。
实验方式：
1 网络教室计算机演示、幻灯示教。。
2 学生分组练习。
实验课时：2学时
实验内容：
1 利用Blastview查询给定序列，观察搜寻到的各项结果。
2 利用MegaBLAST查询给定序列，观察搜寻到的各项结果。并将两者结果时行比较。
3 利用PSI-Blast搜索RBP4的直系同源物。
4 利用PSI-Blast搜索给定蛋白的旁系同源物。
实验五 多序列比对
实验要求：
1 掌握多序列比对工具软件的使用；
2 理解不同工具软件给出的分析结果
实验方式：
1网络教室计算机演示、幻灯示教。
2学生分组练习。
实验课时：2学时
实验内容：
1 ClusterW；
2 GenScan；
3 GenBuilder；
实验六 蛋白质序列比对
实验要求：
1 掌握蛋白序列比对工具；
2 掌握蛋白质预测和分析工具。
实验方式：
1网络教室计算机演示、幻灯示教。
2学生分组练习。
实验课时：2学时
实验内容：
1 InterProScan；
2 TMpred 预测跨膜区和跨膜方向；
3 对感兴趣的蛋白或疾病找出其相关的pathway图,并作分析。
实验七 蛋白质结构分析和预测
实验要求：
1 掌握蛋白质二、三级结构分析和预测方法。
实验方式：
1网络教室计算机演示、幻灯示教。
2学生分组练习。
实验课时：3学时
实验内容：
1 Geno3D；
2 PredictProtein；
3 三维结构的显示。
实验八 分子系统发生与进化
实验要求：
1 掌握系统树的构建。
实验方式：
1网络教室计算机演示、幻灯示教。
2学生分组练习。
实验课时3学时
实验内容：
1 相关软件包的使用。
四、基本实践技能（操作）项目与要求
1 掌握生物信息学基本工具软件的使用；
2 掌握各工具软件得出分析结果所表达的意义；
3 了解软件的设计原理。
五、附扩展性教学内容
六、教材与教学资源
1 教材与参考书籍
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蒋 彦
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基础生物信息学及应用
|
清华大学出版社
|
2003
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钟 扬
|
简明生物信息学
|
高等教育出版社
|
2006
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2 参考杂志：
Binformatics Oxford University Press
3 参考网站：
http://web2.fimmu.com/tjlm/xx/index.asp
www.ncbi.nlm.nih.gov
www.ebi.ac.uk
www.ensembl.org
http://www.expasy.ch/
www.embnet.org/
www.pasteur.fr/
http://fasta.bioch.virginia.edu/fasta_www2/fasta_list2.shtml
http://genes.mit.edu/GENSCAN.html
http://geno3d-pbil.ibcp.fr
七、考核
考核种类：机考。
考核命题：简答题。
考试时间：学习结束后。
计分方法：学分制。
附：考核命题计划双向细目表
|
|
题型(以分数计)
|
合 计
|
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客观性题
|
主观性题
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选 择
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填 空
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判 断
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名词解释
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简 答
|
论述或 论证
|
计 算
|
|
|
|
第一章
|
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10
|
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10
|
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第二章
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|
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|
|
|
40
|
|
|
|
|
40
|
|
第三章
|
|
|
|
|
|
|
|
50
|
|
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|
|
50
|
八、教学时数分配（小四黑体）
（一）理论课学时分配
|
章节
|
理论课内容
|
学时
|
|
第一章
|
导论
|
2
|
|
第二章
|
核酸序列分析
|
14
|
|
第三章
|
蛋白质序列分析
|
14
|
|
理论课总学时数
|
30
|
（二）实验课学时分配
|
序号
|
实验课内容
|
实验类型
|
学时
|
|
1
|
数据库搜索
|
综合性实验
|
2
|
|
2
|
双序列比对
|
综合性实验
|
2
|
|
3
|
局部比对工具
|
综合性实验
|
2
|
|
4
|
高级BLAST搜寻
|
综合性实验
|
2
|
|
5
|
多序列比对
|
综合性实验
|
2
|
|
6
|
蛋白质序列比对
|
综合性实验
|
2
|
|
7
|
蛋白质结构分析和预测
|
综合性实验
|
3
|
|
8
|
分子系统发生与进化
|
综合性实验
|
3
|
|
实验课总学时数
|
18
|
（注：“实验类型”分为：演示性实验、验证性实验、综合性实验、设计性实验）
九、课程实施要求及相关说明
【教学组织、方法要求】
本课程教学过程以学生为主体，以教师为主导，教学组织过程由教研室统一规划，学院以及学校为教学过程的硬件平台提供保障。教学方法以“基于问题教学为主”，教师利用各种手段包括多媒体以及临床见习为学生创设临床情景，体现出“学生探究，教师引导，合作互动”的教学理念。
本课程教学内容新颖翔实，知识结构合理，能够反映出本学科领域最新的科研成果，课程结构清楚，各知识点相互联系、环环相扣，充分体现学科特点。根据生物信息学的特点，运用现代教育技术和手段，创新教学方法，使教学更加生动形象，形成教学互动的良好教学环境。
学生应主动预习本课程内容，并在老师引导下参考精品课程网站和网络相关内容，勤练习、勤思考，学习与实践相结合完成学习任务
【教学多媒体信息技术要求】
1.充分发挥多媒体教学特点。授课教师要发挥多媒体课件图文并茂、音像丰富、信息量大的教学优势，结合传统教学的提问、启发、示教、适当板书等，活跃课堂教学氛围，充分调动学生在课堂教学中积极参与、积极思维的主动性。
2.发挥教师的能动作用。多媒体技术是教学工作中的一个辅助工具，使用多媒体课件时要借鉴传统教学的经验，保持师生良好的沟通与交流，使之贯穿课堂教学的整个过程。教师要根据课堂上学生的实际反应及气氛变化，有针对性地组织、调整教学内容与方式，以期达到最佳的教学效果。
3.应做好充分的课前准备。教师必须课前要亲临教学现场与管理技术人员联系，调试教学课件，熟悉所用仪器设备和课件兼容情况。除电子教案外，还应准备好应对多媒体设备出现故障情况下的教案，避免一旦停电或设备故障等不能进行正常教学。
【学习方法要求】
1.学习时既要熟记基础知识，学生应熟练掌握生物信息学基本概念、掌握相关学科的基础知识，为今后的实验研究和科研设计打下扎实的基本功。
2. 学习时更应勤于实践，学生应在掌握基本软件工具的前提下，进行与自己专业相关领域的探讨，将生物信息学的技能引入自己的专业领域。
3. 学生应主动预习本课程内容，并在老师引导下参考精品课程网站和网络相关内容，勤练习、勤思考，学习与实践相结合完成学习任务。
