Nhập môn tin sinh học

Tin sinh học là một lĩnh vực khoa học có tính ứng dụng cao trong cuộc sống, đ c biệt là trong lĩnh nông nghiệp và vực ydược. Tin sinh học là lĩnh vực khoa học liên ngành, trong đó chủ đạo là sinh học phân tử và tin học. Về cơ bản, tin sinh học tập trung vào nghiên cứu và áp dụng các phương pháp c ng như các kĩ thuật trong tin học đ giải quyết các bài toán trong sinh học phân tử. giáo trình này đư c thiết kế cho sinh viên (học viên cao học) ngành công nghệ thông tin và công nghệ sinh học.Giáo trình cung cấp các kiến thức bổ ích cho những người đang làm việc liên quan đến lĩnh vực công nghệ sinh học ở Việt Nam. giáo trình chỉ yêu cầu người đọc có những kiến thức và hiểu biết rất cơ bản về tin học, sử dụng máy tính, và mạng internet.

Draft version - Confidential Giáo trình Nmôn tin sinh  1   6  7  9  12  Axít nuclêic và Nuclêôtít 12 1.1. Prôtêin và axít amin 15 1.2.  16 1.3.  18 1.4.  19 1.5.  20 1.6.  24 1.7.   26   26 2.1.  28 2.2.  30 2.3.  30 2.3.1.  31 2.3.2.  34 2.3.3.  37 2.3.4.  38 2.4. CSDL Protei 40 2.5.  41 2.6.  42 2.7.  43 2.8.  44 2.9.  46  Draft version - Confidential Giáo trình Nmôn tin sinh  2  46 3.1.  50 3.2.  53 3.3.  57 3.4.  59 3.5.  64   64 4.1.  65 4.2.  67 4.3.  68 4.3.1.  75 4.3.2.  77 4.4.  80   80 5.1.  80 5.1.1.  81 5.1.2.  82 5.1.3.  84 5.1.4.  86 5.2.  89 5.3.  92 5.4.  92 5.4.1.  93 5.4.2.  94 5.4.3.  94 5.4.4.  96 5.5.  96 5.5.1.  98 5.5.2. Draft version - Confidential Giáo trình Nmôn tin sinh  3  99 5.5.3.  100 5.6.  100 5.6.1.  103 5.6.2.  107 5.7.  112   112 6.1. Cây phân loài 115 6.2.  115 6.2.1.  116 6.2.2.  117 6.2.3.  119 6.2.4.  121 6.3.  122 6.4.  127 6.5.  131 6.6.  131 6.6.1.  132 6.6.2.  133 6.6.3.  134 6.6.4.   134 6.7.  135 6.8.  136 6.9.  139   139 7.1.  141 7.2. -Joining 145 7.3.  155 7.4. Draft version - Confidential Giáo trình Nmôn tin sinh  4  158   158 8.1.  159 8.2.  159 8.2.1.  163 8.3. -Cantor 163 8.3.1.  164 8.3.2.  166 8.3.3.  167 8.3.4.  168 8.3.5.  171 8.4.  173 8.5.  176   176 9.1.  177 9.2. ý 183 9.3.  187 9.4. BLOSUM 187 9.4.1.  188 9.4.2. Mô hình  189 9.4.3.  190 9.4.4.  191 9.4.5.  192 9.5.  194   194 10.1.  195 10.2.  195 10.2.1.  196 10.2.2. Draft version - Confidential Giáo trình Nmôn tin sinh  5  198 10.3.  199 10.4.  200 10.5. IQPNNI 200 10.5.1. PhyML 204 10.5.2.  207 10.6.  209   209 11.1.  210 11.2. -Fasman 212 11.3. OR 218 11.4.  222 11.5.  222 11.5.1.  224 11.5.2.  226 11.6.  227 11.7. Draft version - Confidential Giáo trình Nmôn tin sinh  6 Danh sách ký hiu và kí t vit tt  , ví d  là tp các nuclêôtít  Chui nuclêôtít/chui axít amin  Ti  S ng các chui   p hàng  Cây phân loài ML  MP  (maximum parsimony)  Ma trn t bii tc thì gia các nuclêôtít hay axít amin  n s xut hin ca các nuclêôtít hay axít amin  Ma trn h s i (exchangeability matrix) gia các nuclêôtít hay gia các axít amin.   Draft version - Confidential Giáo trình Nmôn tin sinh  7    Bioinformatics  Molecular biology  Nucleic acid Axít nuclêic DNA ADN RNA ARN Nucleotide Nuclêôtít Protein Prôtêin Amino acid Axít amin Gene Gen Genome  Chromosome Nh Accession number  Substitution  Mutation  Transcription Phiên mã Translation  Maximum likelihood  Maximum parsimony  Phylogenetic tree Cây phân loài Model Mô hình Sequence  Pairwise alignment   Draft version - Confidential Giáo trình Nmôn tin sinh  8 Local pairwise alignment  Multiple sequence alignment   Rate matrix  Instantaneous substitution rate matrix  Exchangeability matrix  Frequency vector  Distance matrix  Draft version - Confidential Giáo trình Nmôn tin sinh  9   , - khoa . Vin         và ng internet.    bà . Giáo trình                      1                   nuclêôtít, axít aminnuclêôtít nuclêôtít.                  ung vào    (NCBI),  Draft version - Confidential Giáo trình Nmôn tin sinh  10 nhanh chóng  .  T toán trên    4 trình bày các                      nhanh chóng  . bài toán C . P   . 6     các                    -  bày nuclêôtít  nuclêôtít khác nhau   nuclêôtít lý . axít amin bày axít amin  axít amin axít amin   ít amin . 10     [...]... trọng cho những người đang làm việc liên quan đến lĩnh vực công nghệ sinh học ở Việt am Giáo trình Nhập môn tin sinh học 11 Draft version - Confidential hương 1 Giới thiệu về sinh học phân tử Sinh học phân tử (molecular biology) là một nhánh của sinh học (biology), tập trung nghiên cứu các sinh vật ở mức độ phân tử ụ th là, sinh học phân tử tập trung giải mã (sequecing) và phân tích các chuỗi nuclêôtít... thiệu các kiến thức cơ bản trong sinh học phân tử đ người đọc có th d dàng hi u và nắm vững các bài toán trong sinh học phân tử, c ng như trong tin sinh học ở các chương sau 1.1 Axít nuclêic và Nuclêôtít Axít nuclêic (nucleic acid) là một đại phân tử sinh học (large biological molecule) mang thông thông tin di truyền mã hóa các chức năng, và đ c đi m của mọi sinh vật sinh vật sống xít nuclêic gồm hai... liệu sinh học phân tử di n ra ở nhiều nơi trên thế giới, gần như t t cả các dữ liệu thu đư c đều đư c đưa vào lưu giữ và chia sẻ tại các trung tâm thông tin về công nghệ sinh học lớn trên thế giới như là:   Trung tâm thông tin công nghệ sinh học quốc gia oa Kỳ NCBI (National Center Biotechnology information) tại địa ch website http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ Trung tâm thông tin công nghệ sinh học hâu... c trang bị các kiến thức và kĩ năng cơ bản sau đây:      Các kiến thức cơ bản về sinh học phân tử và tin sinh học Các bài toán cơ bản và quan trọng trong tin sinh học như tìm kiếm chuỗi giống nhau, sắp hàng đa chuỗi, xây dựng cây phân loài,… Biết và khai thác đư c dữ liệu từ các cơ sở dữ liệu công nghệ sinh học dùng chung trên thế giới, đ c biệt là các cơ sở dữ liệu của B i u và có khả năng minh... thì chương trình thông báo lỗi ra màn hình Ví dụ: ADN_protein.in ADN_protein.out CAGTTGACGGCGAACCGT QLTANR Giáo trình Nhập môn tin sinh học 25 Draft version - Confidential hương 2 Cơ sở dữ liệu sinh học phân tử 2.1 Giới thiệu ác công nghệ giải mã (sequencing technologies) các chuỗi sinh học phân tử (ví dụ như các chuỗi D ) phát tri n liên tục và mạnh mẽ đã gi p ch ng ta giải mã và thu thập đư c một số... toán quan trọng trong tin sinh học đư c nêu trong giáo trình Biết và sử dụng đư c các phần mềm hiện đại nh t đ giải quyết các bài toán quan trọng như là tìm kiếm các chuỗi từ SDL, sắp hàng đa chuỗi, xây dựng cây phân loài,… Tác giả hy vọng rằng, giáo trình này sẽ gi p một phần nh vào việc phát tri n lĩnh vực tin sinh học ở Việt am; c ng như trang bị những kiến thức về tin sinh học cơ bản và quan trọng... http://www.ebi.ac.uk/ Giáo trình Nhập môn tin sinh học 27 Draft version - Confidential  gân hàng dữ liệu ADN của hật Bản (ADN Data Bank of apan) tại địa ch website http://www.ddbj.nig.ac.jp/ Dữ liệu về các chuỗi ADN từ ba trung tâm này thường xuyên đư c cập nhật, trao đổi với nhau hàng ngày đ đảm bảo tính đầy đủ và thống nh t về các chuỗi ADN lưu giữ 2.2 Trung tâm thông tin công nghệ sinh học Hoa Kỳ Trong phần... tin, hình ảnh về c u tr c bậc cao (thường là c u tr c không gian 3 chiều) của các chuỗi prôtêin Giáo trình Nhập môn tin sinh học 29 Draft version - Confidential  CLSD PubMed: ơ sở dữ liệu lưu giữ các tài liệu (chủ yếu là các bài báo, sách trực tuyến) liên quan đến các chủ đề trong sinh học và khoa học sự sống ác cơ sở dữ liệu trên đư c liên kết với nhau gi p người dùng có th d dàng tìm kiếm và sử dụng... xét ene: oạn nuclêôtít trên chuỗi ADN mã hóa prôtêin có các đ c tính sinh học đư c quan tâm và đã đư c đ t tên Trong ví dụ ở Hình 2.6, chuỗi ADN chứa 2 gen là XL2 tương ứng với vị trí 687 đến 3158 trên chuỗi; và V7 tương ứng với vị trí 33 đến 4 37 trên chuỗi Giáo trình Nhập môn tin sinh học 33 Draft version - Confidential  : hứa thông tin về các nuclêôtít của chuỗi Trong ví dụ ở Hình 2.6 chuỗi ADN U49845... của hai cá th sẽ tạo ra sự khác nhau giữa hai cá th đó Giáo trình Nhập môn tin sinh học 19 Draft version - Confidential Hình 1.4: Hệ g n người g m 2 c p nhiễm sắc thể 1.6 Quá trình biến đổi biến đổi ADN Theo thuyết tiến hoá của Darwin [1] thì các loài sinh vật đều tiến hóa từ một tổ tiên chung (xem minh họa ở Hình 1.5) ệ gen của các sinh vật bị biến đổi theo thời gian trong quá trình tiến hóa dưới . Draft version - Confidential Giáo trình N môn tin sinh  1   6 . 44 2.9.  46  Draft version - Confidential Giáo trình N môn tin sinh  2  46 3.1.  50 3.2. . 5.5.1.  98 5.5.2. Draft version - Confidential Giáo trình N môn tin sinh  3  99 5.5.3. 