系統(tǒng)生物學

前言

　　21世紀的生物研究正從分子生物學走向系統(tǒng)生物學，由精細的分解研究轉向系統(tǒng)的整體研究。研究者整合各種生物信息的實驗數(shù)據(jù)建立數(shù)學模型，并通過實驗驗證完善模型，使其能定量和預測生物系統(tǒng)的表型、功能和行為，這樣一門嶄新的現(xiàn)代生物學的分支學科被稱為系統(tǒng)生物學。系統(tǒng)生物學在形成過程中引起了數(shù)學、物理、化學、生物、醫(yī)學及信息和計算機科學等學科領域眾多科學家的廣泛關注并參與其中，現(xiàn)已成為一門多學科交叉的新型學科?！　‘斍笆澜绺鞯匾鸭娂姵闪⒘搜芯肯到y(tǒng)生物學的機構。例如，2000年1月美國科學家Hood率先創(chuàng)建了世界上第一個系統(tǒng)生物學研究所（Institute for Systems Biology，ISB），隨后日本也建立了研究所。2003年9月哈佛大學和麻省理工學院設立了系統(tǒng)生物學研究中心，同年12月我國上海交通大學與中國科學院上海生命科學研究院合作成立了我國第一個系統(tǒng)生物學研究機構，隨后中國科學院生物物理研究所成立了系統(tǒng)生物學研究中心，清華大學生物系設立了生物信息學與系統(tǒng)生物學研究所。

內(nèi)容概要

　　概述了系統(tǒng)生物學的基本概念和基本內(nèi)容，介紹了基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、糖組學、代謝物組學、相互作用組學、表型組學、數(shù)學建模與仿真、序列比對與數(shù)據(jù)庫搜索、分子進化模型與系統(tǒng)樹的構建等。系統(tǒng)生物學是現(xiàn)代生物學新興分支學科之一。它整合了各層面的生物信息數(shù)據(jù)，建立各種數(shù)學模型進行仿真實驗，進而定量闡明和預測生物功能、表型及行為，它已成為當今生命科學的重大前沿領域之一。　　《系統(tǒng)生物學》內(nèi)容新穎簡要，適于有生物學基礎知識的本科生，以及研究生、科研人員學習，期望引導他們用新視覺認識生命科學。

書籍目錄

前言第1章　系統(tǒng)生物學概況1.1　從分子生物學到系統(tǒng)生物學1.1.1　分子生物學的誕生及發(fā)展1.1.2　“基因決定論”和“還原論”的局限性1.1.3　轉向整體論新潮流1.1.4　系統(tǒng)生物學的產(chǎn)生和發(fā)展1.2　系統(tǒng)生物學的定義和研究內(nèi)容1.2.1　系統(tǒng)生物學的定義1.2.2　系統(tǒng)生物學的研究內(nèi)容1.3　系統(tǒng)生物學的研究1.3.1　系統(tǒng)生物學的基本工作流程1.3.2　系統(tǒng)生物學的研究方法1.4　系統(tǒng)生物學的應用前景主要參考文獻第2章　基因組學2.1　基因組學的提出及其任務2.2　人類基因組計劃2.2.1　人類基因組計劃的研究目標及技術路線2.2.2　人類基因組計劃的作圖2.2.3　人類基因組計劃的測序2.2.4　人類基因組計劃的信息處理2.2.5　人類基因組研究計劃進展2.3　基因組學及其分支學科2.3.1　功能基因組學2.3.2　比較基因組學2.3.3　藥物基因組學主要參考文獻第3章　轉錄組學3.1　轉錄組及轉錄組學3.1.1　轉錄組及轉錄組學的定義3.1.2　轉錄組學的研究內(nèi)容3.2　轉錄組學的研究方法3.2.1　高通量mRNA表達分析技術3.2.2　基因表達系列分析技術3.2.3　轉錄物編目的研究方法3.2.4　繪制動態(tài)轉錄物圖的研究方法3.2.5　轉錄物調(diào)節(jié)網(wǎng)絡3.3　對轉錄物研究的新突破3.3.1　轉錄物的多樣性3.3.2　非編碼RNA的類型和功能主要參考文獻第4章　蛋白質組學4.1　蛋白質組學的產(chǎn)生4.2　蛋白質組及蛋白質組學的概念4.3　雙向凝膠電泳4.3.1　雙向凝膠電泳(2-DE)原理4.3.2　圖像分析與數(shù)據(jù)庫構建4.4　生物質譜技術4.4.1　種類及其原理4.4.2　肽質量指紋譜鑒定技術(PMF)4.4.3　肽序列標簽串聯(lián)質譜技術(PST)4.4.4　翻譯后修飾蛋白質的鑒定4.5　蛋白質組數(shù)據(jù)庫4.6　蛋白質芯片技術4.6.1　蛋白質芯片的制備4.6.2　靶蛋白與捕捉分子結合情況檢測4.7　分析蛋白質一蛋白質相互作用的酵母雙雜交系統(tǒng)4.7.1　酵母雙雜交系統(tǒng)的基本原理4.7.2　酵母雙雜交系統(tǒng)的改進4.8　蛋白質組研究進展4.8.1　病毒蛋白質組研究4.8.2　細菌蛋白質組研究4.8.3　釀酒酵母蛋白質組研究4.8.4　多細胞生物蛋白質組研究主要參考文獻第5章　糖組學5.1　糖組與糖組學的研究內(nèi)容5.2　糖組學在生命科學中的意義5.2.1　蛋白質組學必須面對糖蛋白5.2.2　糖蛋白的定義5.2.3　聚糖和糖蛋白的生物學作用5.3　糖組學的研究方法5.3.1　對2-DE分離糖蛋白結合質譜技術的改進5.3.2　聚糖分子的微陣列技術5.3.3　用敲除基因及轉基因技術研究聚糖分子引起的表型變化5.4　糖組學的國際合作和數(shù)據(jù)庫主要參考文獻第6章　代謝物組學6.1　代謝物組學的定義和研究任務6.1.1　代謝物組學的定義6.1.2　代謝物組學的研究任務6.2　研究代謝物組學的意義6.2.1　代謝物組學是基因組學和蛋白質組學的補足6.2.2　代謝物組學在醫(yī)藥界的應用6.3　代謝物組學的研究方法6.3.1　代謝物組的研究技術及其原理6.3.2　用于代謝物組研究技術的比較6.3.3　代謝物組分析的技術路線6.4　代謝網(wǎng)絡的研究6.4.1　代謝網(wǎng)絡的結構特征6.4.2　用“整合”與“干擾”研究代謝網(wǎng)絡主要參考文獻第7章　相互作用組學7.1　相互作用組學的研究方法7.1.1　大規(guī)模蛋白質-蛋白質相互作用研究技術7.1.2　大規(guī)模遺傳學相互作用研究技術7.2　蛋白質相互作用網(wǎng)絡7.2.1　丙型肝炎病毒(HCV)的蛋白質相互作用7.2.2　病原菌幽門螺桿菌的蛋白質相互作用7.2.3　酵母的蛋白質-蛋白質相互作用網(wǎng)絡7.2.4　果蠅的蛋白質-蛋白質相互作用網(wǎng)絡7.2.5　線蟲的蛋白質-蛋白質相互作用網(wǎng)絡7.2.6　人類的蛋白質-蛋白質相互作用網(wǎng)絡主要參考文獻第8章　表型組學8.1　什么是表型組學8.1.1　基因型與環(huán)境的相關及互作8.1.2　表型和表型組學8.2　從基因組到表型組系統(tǒng)研究的方法8.2.1　從大腸桿菌和酵母代謝缺失菌株預測生長表型8.2.2　建立一種人類表型組——基因組的網(wǎng)絡聯(lián)系8.2.3　微陣列技術在人類表型組、基因組和環(huán)境組系統(tǒng)研究中的應用8.3　從基因組到表型組研究有關的數(shù)據(jù)庫主要參考文獻第9章　數(shù)學建模和仿真的基礎知識9.1　系統(tǒng)模型9.1.1　什么是系統(tǒng)9.1.2　什么是模型9.1.3　生物系統(tǒng)中生化反應網(wǎng)絡的數(shù)學描述9.1.4　生物系統(tǒng)中的質量作用動力學模型9.1.5　生物系統(tǒng)中有關細胞信號轉導的建模9.2　系統(tǒng)仿真9.2.1　什么是系統(tǒng)仿真9.2.2　系統(tǒng)仿真軟件和相關數(shù)據(jù)庫9.2.3　系統(tǒng)生物學采用仿真技術的實用成果9.3　實例：微生物細胞的建模與仿真9.3.1　微生物數(shù)學模型的種類9.3.2　微生物細胞的建模9.3.3　用于微生物細胞模型的仿真平臺主要參考文獻第10章　序列比對和數(shù)據(jù)庫搜索10.1　數(shù)據(jù)庫中序列表示的格式10.1.1　FASTA(或Pearson)格式舉例10.1.2　GenBank flatfile格式舉例10.2　序列比對10.3　網(wǎng)絡比對10.3.1　成對網(wǎng)絡比對研究10.3.2　網(wǎng)絡對位排列的算法10.4　數(shù)據(jù)庫中序列相似性檢索10.4.1　FASTA程序10.4.2　BLAST程序10.5　用隱馬爾可夫模型預測新基因10.5.1　隱馬爾可夫模型10.5.2　用隱馬爾可夫模型預測新基因的舉例10.6　用人工神經(jīng)網(wǎng)絡預測蛋白質二級結構10.6.1　簡單神經(jīng)網(wǎng)絡模型10.6.2　多層神經(jīng)網(wǎng)絡模型主要參考文獻第11章　分子進化模型與系統(tǒng)樹的構建11.1　蛋白質編碼序列進化11.1.1　血紅蛋白α鏈的進化距離和氨基酸替代率的估計”11.1.2　氨基酸的替代矩陣11.2　DNA序列的進化11.2.1　核苷酸替代數(shù)的估計11.2.2　Kimura模型11.3　系統(tǒng)樹的構建11.3.1　距離法11.3.2　最大簡約法11.3.3　最大似然法11.3.4　分子系統(tǒng)樹的檢驗11.3.5　對分子系統(tǒng)樹的爭議11.4　分子系統(tǒng)發(fā)育軟件主要參考文獻

章節(jié)摘錄

　　前言　　第1章　系統(tǒng)生物學概況　　1.2　系統(tǒng)生物學的定義和研究內(nèi)容　　1.2.1　系統(tǒng)生物學的定義　　Hood（2004）在談論系統(tǒng)生物學的概念時指出：系統(tǒng)生物學是研究一個生物系統(tǒng)中所有組成成分（基因、mRNA、蛋白質等）的構成，以及在特定條件下這些組分間的相互關系，并通過計算生物學建立一個數(shù)學模型來定量描述和預測生物功能、表型和行為的學科?！　∪毡鞠到y(tǒng)生物學研究給系統(tǒng)生物學下的定義為：系統(tǒng)生物學是生物學的一個新領域，其目的在于在系統(tǒng)層次上理解生物系統(tǒng)，力求闡述作為一個系統(tǒng)的生物系統(tǒng)，并重點著眼于以下4個問題：①系統(tǒng)結構的闡述；②系統(tǒng)行為的分析；③控制系統(tǒng)的方法；④如何設計系統(tǒng)?！　∥覈鴹顒倮菏浚?004）在中國科學院院刊上發(fā)表的有關文章中對系統(tǒng)生物學概念有如下表述：“系統(tǒng)生物學是在細胞、組織、器官和生物體水平上研究結構和功能各異的生物分子及其相互作用，并通過計算生物學定量闡明和預測生物功能、表型和行為。系統(tǒng)生物學將在基因組測序基礎上完成DNA序列到生命的過程，這是逐步整合、優(yōu)化的過程，系統(tǒng)生物學的發(fā)展預計需要一個世紀或更長的時期，因此常把系統(tǒng)生物學稱為21世紀的生物學”。

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