Bioinformatyka Laboratorium, 30h. Michał Bereta

Transkrypt

1 Laboratorium, 30h Michał Bereta

2 Zasady zaliczenia przedmiotu Kolokwia (3 4 ) Ocena aktywności i przygotowania Obecnośd

3 Literatura, materiały Bioinformatyka i ewolucja molekularna Paul G. Higgs, Teresa K. Attwood Bioinformatyka. Podręcznik do analizy genów i białek A.D. Baxevanis (red.), B.F.F. Ouellette (red.)

4 Narzędzia programistyczne Python R

5 Definicja Bioinformatyka interdyscyplinarna dziedzina nauki obejmująca wykorzystanie metod obliczeniowych do badania danych biologicznych. Rozwój metod obliczeniowych służących do badania struktury, funkcji i ewolucji genów, białek i całych genomów Rozwój metod wykorzystywanych do zarządzania i analizy informacji biologicznej gromadzonej w toku badao genomicznych oraz badao prowadzonych z zastosowaniem wysokoprepustowych technik eksperymentalnych.

6 Nie mylid z pojęciem: Algorytmy genetyczne (jest to grupa metod inteligencji obliczeniowej, które w swoim działaniu wzorują się na mechanizmach ewolucji).

7 Cele bioinformatyki Obsługa rosnących baz danych biologicznych Wyszukiwanie informacji w bazach danych biologicznych (również bazach publikacji) Analiza, dopasowanie sekwencji nukleotydów Lokalizacja genów Przewidywanie struktury i funkcji białek na podstawie sekwencji Analiza ekspresji genów (analiza mikromacierzy) Projektowanie leków Ewolucja molekularna Biologia systemowa (ang. System biology) - badanie złożonych oddziaływao występujących w systemach biologicznych

8 Zakres przedmiotu Rys historyczny Biologiczne bazy danych Analiza sekwencji Metody grupowania danych Konstrukcja drzew filogenetycznych Wykorzystanie języków programowania Python/ R

9 Bioinformatics vs. Computational Biology Bioinformatyk biolog wykorzystujący metody obliczeniowe do rozwiązania problemów biologicznych Computational biologists opracowuję teorie, metody, algorytmy na potrzeby bioinformatyki

10 Ewolucja różnicowanie się materiału genetycznego Ewolucja molekularna porównawcze analizy na poziomie molekularnym między gatunkami Genetyka populacyjna badanie zróżnicowania genetycznego u osobników tego samego gatunku

11 Rys historyczny 1982 Utworzenie bazy GeneBank Projekt poznania genomu ludzkiego 2000 Ukooczenie prac nad ogólną sekwencją - Eksplozja danych -> Bioinformatyka

12 Rys historyczny

13

14

15 Zależnośd wykładnicza Zależnośd liniową widoczną na wykresach otrzymujemy przez wzięcie logarytmu obu stron równania

16

17 Bazy danych

18 Bazy danych

19 Cztery główne rodzaje danych w bioinformatyce

20

21

22

23

24

25 Genomika dziedzina biologii molekularnej i biologii teoretycznej (pokrewna genetyce i ściśle związana z bioinformatyką) zajmująca się analizą genomu organizmów. Głównym celem genomiki jest poznanie sekwencji materiału genetycznego oraz mapowanie genomu ale również określenie wszelkich zależności i interakcji wewnątrz genomu.

26

27 Przewidywanie struktury i właściwości białek - struktura drugo-, trzeciorzędowa Proteomika gałąź nauki zajmująca się badaniem białek - ich struktury, sprawowanych przez nie funkcji i zależności między nimi.

28 DNA kwas deoksyrybonukleinowy RNA kwas rybonukleinowy Zasady azotowe Adenina (A) Tymina (T) Guanina (G) Cytozyna (C) Uracyl (U) (zastępuje tyminę w RNA) Parowanie C-G A-T

29 fosfocukrowy szkielet cząsteczki RNA Bioinformatyka

30 Podstawową jednstką budulcową kwasów nukleinowych są nukleotydy. Nukleotyd = cząsteczka zasady azotowej+cukier (ryboza)+reszta fosforanowa Nukleotydy występują nie tylko w formie łaocuchów.

31

32

33

34 Szkielet cząsteczki białka W ramkach zaznaczone wiązania peptydowe.

35 Aminokwasy Kwas asparginowy Kwas glutaminowy Tryptofan Fenyloalanina Glicyna Alanina Walina Izoleucyna Leucyna Metionina Prolina Lizyna Arginina Histydyna Tyrozyna Seryna Treonina Asparagina Glutamina Cysteina Bioinformatyka

36 Analiza podobieostwa aminokwasów za pomocą metod grupowania hierarchicznego

37 Centralny Dogmat Biologii Molekularnej DNA RNA Białka transkrypcja translacja

38 Kod genetyczny jak sekwencje nukleotydów przekładają się na sekwencje aminokwasów Tłumaczeniu podlegają trójki nukleotydów, tzw. kodony Kodonów (64) jest więcej niż aminokwasów (20). Większości aminokwasów odpowiada więcej niż jeden kodon.

39 Dopasowanie sekwencji

40

41 Drzewo filogenetyczne (drzewo rodowe) graf acykliczny przedstawiający ewolucyjne zależności pomiędzy sekwencjami lub gatunkami wszystkich organizmów żywych(analogicznie do pokrewieostwa w rodzie ludzkim zobrazowanym przez drzewo genealogiczne). Jest to rodzaj dendrogramu, w którym podstawa (pieo) drzewa filogenetycznego symbolizuje wspólnego przodka taksonów znajdujących się wyżej (czyli bardziej współczesnych i wyżej stojących ewolucyjnie), konary odpowiadają taksonom potomnym; długośd gałęzi, a czasem również kąt pomiędzy nimi, określają tempo zachodzących przemian ewolucyjnych.

42

43

44