Биоинформатика түсінігі

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

Жоспар

КІРІСПЕ

Негізгі бөлім

1. Биоинформатика түсінігі

2. Құрылымдық биоинформатика

3. Биоинформатиканың әдiстері мен тәсілдік жиынтықтары

4. Биоинформатика және есептеуші жүйелік биология зертханасы

ҚОРЫТЫНДЫ

Пайдаланылған әдебиттер

Кіріспе

Биоинформатика - бул есептегіш биохимия, молекулярлы биология және биотехнологияны зерттейтін ғылым. Молекулалық биологияның қарқынды дамуының нәтижесінде ХХ ғасырдың 80 жылдарының басында жаңа ғылым саласы биоинформатика (сандық биология, компьютерлік гентика) дүниеге келді.

Биоинформатика - биологиялық деректерді сақтау, жинау, ұйымдастыру және талдау үшін әдістерді дамытып, кемелдендіретін пәнаралық сала.

Биоинформатиканың әдiстері мен тәсілдік жиынтықтары:

Салыстырмалы геномикада (гендiк биоинформатика) компьютер талдауының математикалық әдiстерi. Алгоритмдарды әзiрлеу және (құрылымдық биоинформатика) ақуыздарды кеңiстiктiң құрылымын болжау үшiн керекті бағдарлама.

Стратегиялар, тиiстi есептеуiш методологийлердi зерттеу, сонымен бiрге биологиялық жүйелердi ақпараттық күрделiлiктiң ортақ басқаруы. Генетикалық тiзбектердi талдап, мәлiметтердi алып соны өңдеу биоинформатиканың ең маңызды тақырыптарының бірі болып саналады. 1977 жылдан бастап организмдердің көпшiлiктерi Phi-X174 тiзбегiнде анықталған және сақталынған дерекқорлар. Бұл мәлiметтер ақуыздардың тiзбектерiн анықтау үшiн пайдаланылады.

Биология мен Информатиканын қиылысында жатқан сала ол биоинформатика. Биоинформатика ғылымнын жас саласы болып табылады және де оның даму қарқыны таңғаларлық тез. Осы үрдістін себебі неде? Технологиянын дамуы деп те айтуға болады. Осы саланын өрлеуіне себепші болған адамдарынын бірі ағылшын ғалымы Фредерик Санджер. Санджер өзі тікелей биоинформатикамен айналыспаса да, биологиялық манызды ақпаратты алудын жолын тапқан, осы еңбектері үшін екі мәрте Нобель сыйлығын алған. Бірінші Нобель сыйлығын нәруыздын амин қышқылдары байланысқан тізбегін табатын тәсілі тапқан болса, екінші премиясын ДНҚ-ның тізбегін анықтау үшін тәсілді тапқан үшін алды. ДНҚ тізбегін анықтау мүмкіндігі пайда болғансон, адамзат көптеген ағзалардың генетикалық кодтарын анықтай бастады, осындай жобалардын ең ауқымдысы - адам геномы жобасы. Осы жобада бүкіл дүние жүзінін ғалымдары қатысқан. Жобаның басында бір нуклеик қышқылының бағасы шамамен бір доллар болатың, арзан болып көрінгенмен мысалы адам геномы үш миллиард нуклеик қышқылдан турады. Осы жобаның сонында бір адамның геномын білү үшін бір мын доллардай қажет болды. Есептесек сиквенциялаудын бағасы үш миллион есе төмендеді, осының арқасында қазір көптеген ағзалардын геномдары сиквенцияланып жатыр. Ол деген биолог ғалымдарға қолжетімді ақпараттың миллиондаған есе артуына әкеп соқты. Осы ақпаратты біріншіден сақтау қашеті пайда болды, одан кейін осы ақпаратты анализ жасайтын қуралдар керек және ең маныздысы осы анализдың нәтижелерінен биологиялық тужырымдар жасау керек. Осы міндет биоинформатика ыйығына жатты. Биологиялық ақпаратқа барша ғалымдардың қолдары жетү үшін әр түрлі дерекқорлар пайда бола бастады. Геномдық ақпаратты сақтау үшін GenBank деген дерекқор қазіргі кезде ең үлкен болып табылады, нәруыздар туралы ақпарат SWISS-PROT, UniProt сияқты дерекқорларда сақталады. Айтылып кеткен дерекқорлардан басқа көптеген кішігірім дереқорлар бар, мысалы тышқандардағы обырға шалдыққан жасушалардын геномы сақтайтын дерекқорлар бар, немесе жүгеренін ауруға шалдыққан даналарының геномдары сақталатын дерекқорлар. ДНҚ тізбігінде кодтайтын гендерді, промоутерлерді табу, әр турлі ағзалардан келген гендардын тізбектерін салыстырып ағзалардын туыстығын анықтау, гендердін экспрессиянын профайлдарын жасап әр түрлі аурулардын диагностикасы молекуларлы биология, статистика тәсілдері арқылы жүзеге асады. Биоинформатиканын дүние жүзілік орталықтары Жапония, Германия, Швейцария елдерінде орналасқан. Соңғы жылдары АҚШ-та, Сингапурда, Индияда, Ресейде дамый бастады. Бірақ Қазақстанда осы ғылым туралы адамдар біле бермейді, мамандар санаулы болып келеді. Дүние жүзін шарласанда биоинформатикада жумыс істейтін мамандардың тапшылығын көрүге болады. Сондықтан басқа салаларға қарағанда бәсекелестік аз болып келеді, ақпараттын бүкіл адамзатқа ортақ нәрсе деген философиясын устанатын ашық сала, Қазақстанда дамытуға болатын сала деп есептеймін.

Биоинформатика дегеніміз не биологиялық ақпаратты өңдеу үшін компьютерлерді кез келген пайдалануды түсінеді. Іс жүзінде, кейде бұл анықтама тар, олар биологиялық маңызды ақпаратты алу мақсатында биологиялық макромолекулалардың құрылымы бойынша эксперименталды деректерді өңдеу үшін компьютерлерді пайдалануды түсінеді.

Биоинформатика қолданбалы математика, статистика және информатика әдістерін қолданады. Есептеу биологиясындағы зерттеулер жүйелі биологиямен жиі қиылысады. Осы саладағы зерттеушілердің негізгі күш-жігері геномдарды зерттеуге, ақуыз құрылымын талдауға және болжауға, ақуыз молекулаларының бір-бірімен және басқа молекулалармен өзара әрекеттесуін талдауға және болжауға, сондай-ақ эволюцияны қайта құруға бағытталған.

Биоинформатика және оның әдістері биохимияда, биофизикада, экологияда және басқа салаларда қолданылады. Биоинформатика жобасындағы негізгі желі-бұл эксперименталды алынған ДНҚ мен ақуыздардың құрылымы туралы «шулы» немесе тым көлемді деректерден пайдалы ақпарат алу үшін математикалық құралдарды пайдалану.

Құрылымдық биоинформатика

Құрылымдық биоинформатикаға белоктардың кеңістіктік құрылымын болжау үшін алгоритмдер мен бағдарламаларды әзірлеу жатады. Құрылымдық биоинформатикадағы зерттеу тақырыптары:

- Рентгенқұрылымды талдау (РСА) макромолекул

- РСА деректері бойынша салынған макромолекулы моделінің сапа индикаторлары

- Макромолекуланың бетін есептеу алгоритмдері

- Ақуыз молекуласының гидрофобты ядросын табу алгоритмдері

- Ақуыздардың құрылымдық домендерін табу алгоритмдері

- Белоктар құрылымын кеңістіктік теңестіру

- SCOP және CATH домендерінің құрылымдық жіктелуі

- Молекулалық динамика

- Сипаттамасы

Биологиялық моторларға моторлы белоктар жатады, мысалы, миозиндер, кинезиндер және динеиндер, бұлшықеттердің қысқаруын, бұлшық ет емес жасушалардың қозғалысын, жасушалардың бөлінуін, эндоцитоз, экзоцитоз, сондай-ақ органеллалар мен макромолекулалардың жасушаішілік көлік процестері · Аталған моторлы белоктар цитоскелет-микрофиламенттер (миозиндер) немесе микроқұбырлар (кинезиндер және динеиндер) компоненттерінің бойымен бір бағытта қозғала отырып, механикалық жұмысты орындайтын желілік моторларға жатады.

Отын ретінде олар аденозинтрифосфатты (АТФ) қолданады-жасушаның әмбебап энергетикалық субстраты. Әдетте қозғалысты тікелей немесе кері бағытта жүзеге асыратын моторлы белоктар әртүрлі күш-жігерді дамытады. Барлық моторлы белоктар оларды белсендіруді, тежеуді және тасымалданатын жүктермен өзара әрекеттесуді жүзеге асыратын жасушалық жүйелермен реттеледі.

Бактериялардың ротациялық моторы бар, ол өз құрылғысы бойынша электрқозғалтқышты еске түсіреді. Ол жгутиктерді айналдыру және жасушаларды су ортасында жылжыту үшін қолданылады. АТФ-синтезі деп аталатын айналмалы қозғалысты жасайтын тағы бір ақуыз кешені барлық тірі организмдерде бар. Жануарлар мен өсімдіктер жасушаларында ол митохондрийдің ішкі мембранасына-жасушалардың энергетикалық станцияларына енгізілген. Ол АТФ синтезі үшін митохондриальды мембранада протондардың электрохимиялық градиентін пайдаланады. Бұл мотор кері бағытта да жұмыс істей алады-АТФ ажыратады және алынған энергия есебінен митохондрий мембранасында протондардың градиентін жасай алады.

Арнайы моторлы белоктар едәуір механикалық күштерді дамытады және ДНҚ молекулаларымен жұмыс істеу кезінде орын ауыстырады. Оларға ДНҚ матрицасында нуклеин қышқылдарын синтездейтін ДНҚ-полимераздар және РНҚ-полимераздар; топоизомераза, екіцепоцепті ДНҚ өру жіптері; белокты және РНҚ-вирустық геномды капсидке орауға арналған белокты кешендер жатады.

Кестеде биологиялық моторлардың кейбір өкілдерінің механикалық параметрлері келтірілген ·

Биологиялық моторлардың наноөлшектері бар және бұл ретте адам жасаған макромоторлармен салыстырғанда жиі жоғары тиімділігі бар · Олар экологиялық қауіпсіз және биосоместимые. Биологиялық моторлар-бұл тиісті гендермен кодталған ақуызды молекулалар болғандықтан, оларды гендік инженерия арқылы берілген қасиеттермен құрастыруға болады. Нанотехнологиялар үшін биомолекулалық моторлардың тартымдылығы бүгінгі күні іс жүзінде бар жалғыз наномоторлар (жасанды наномоторларды әзірлеу ең ерте кезеңдерде) .

Биологиялық моторлардың жетіспеушілігі жұмыстың арнайы жағдайлары болып табылады: белгілі бір тұз құрамының сұйық ортасы, температура және pH. Бұл олардың қолданылу аясын шектейді. Алайда бұл талаптар наномедицинада биологиялық моторларды қолдану үшін лимиттеуші болып табылмайды, мысалы, чипте диагностикалық зертханаларды, гендер мен дәрілерді жеткізу жүйелерін, жүйелерді (биоНЭМС) және т. б. құру кезінде.

Беттік керілу-екі фазадағы барлық компоненттердің температурасы, жүйенің көлемі және химиялық потенциалдары тұрақты болып қалатын жағдайда, бөлімнің осы бетінің ауданы бірлігінің кері изотермокинетикалық қалыптасуының жұмысымен анықталатын тепе-теңдікте тұрған екі фазаның беттік бетінің термодинамикалық сипаттамасы.

Беттік керілу екі физикалық мағынаға ие-энергетикалық (термодинамикалық) және күштік (механикалық) . Энергетикалық (термодинамикалық) анықтама: беттік керілу-бұл температура тұрақты болған жағдайда оның созылуы кезінде беттік ұлғайтудың үлестік жұмысы. Күш (механикалық) анықтамасы: беттік керілу-бұл сұйықтық бетін шектейтін сызық ұзындығының бірлігіне әсер ететін күш.

Беттік керілу күші ол әрекет ететін контурдың учаскесіне перпендикуляр сұйықтық бетіне қатысты бағытталған. Беттік керілу күші ол әрекет ететін контурдың сол учаскесінің ұзындығына пропорционалды. Тепе-теңдік коэффициенті г-контурдың ұзындығының бірлігіне келетін күш-беттік керілу коэффициенті деп аталады. Ол ньютондарда өлшенеді. Бірақ беттік керілуді (мі) беттік бірліктің үзілуіне энергия (Дж) ретінде анықтау дұрыс. Бұл жағдайда беттік керілу ұғымының нақты физикалық мағынасы пайда болады.

Беттік керілу газ тәрізді, сұйық және қатты денелердің шекарасында болуы мүмкін. Бөлменің сұйық беті жағдайында беттік керілуді, сондай-ақ бет контурының ұзындығының бірлігіне әсер ететін және фазалардың берілген көлемі кезінде бетті минимумға дейін қысқартуға ұмтылатын күш ретінде қарастыру заңды.

Сұйықтық молекулалары бір-біріне тартылады. Сұйықтықтың ішінде молекулалар барлық жағынан тартылу күшін сынайды. Су бетінде молекулалардың сыртынан «көршілері» жоқ, сондықтан сұйықтықтың ішіне ғана тартылады. Нәтижесінде судың барлық беті қысуға, созылуға ұмтылады. Бұл әсер сұйықтық бетінің көлемін арттыруға кедергі жасайтын және оны жұқа көрінбейтін серпімді пленкаға ұқсайтын беттік керілу күшін қалыптастыруға әкеледі.

Кішкентай объектілер сұйықтық бетінде «жүзуге» қабілетті, егер тартылу күші, онда сұйықтықтың үстіңгі керілу күші аз болса.

Су өлшегіштердің қозғалу тәсілі әрдайым экскурсанттардың назарын аударады. Өздерінің ұзын аяқтарын ашып, олар жылдам қимылмен тамаша мұзда конькимен сырғанау сияқты тоған айнасымен сырғиды. Шетен жолағын немесе басқа да су өсімдіктерін кездестіріп, «конькимен жүгірушілер» шапшаң секіруге айналады. Қозғалуға басты қатысу аяқтың екі артқы жұбы ойнайды. Су өлшегіштердің аяқтары маймен жағылады және сумен суланбайды, сондықтан ол судың бетіне еркін сырғиды.

Осындай жолмен ине маймен сүртілген, егер оны сұйықтықтың бетіне абайлап түсірсе, суда жүзеді. Аяқтардың кең орналасуының арқасында, су өлшегіш дене салмағы едәуір бетке бөлінеді: шаңғышы ұзын шаңғының арқасында борпылдақ қарда тұрады. Жылдам Найзағайлы қозғалыстар кезінде тар ұзын дене ауаны кеседі. Экскурсанттарға су өлшегіштерді аулағанға дейін олардың суда қозғалуына қарап, жоғарыда сипатталған ерекшеліктерді өз бетінше анықтау өте пайдалы. Су өлшегіштер құрлықта да, күзде де су қоймаларынан шығып, қысға тамырдың түбіне, мүктерге және т. б. жасырынып кетеді.

Жайылма су өлшегішінде оның жұқа аяқтары денеге жанасқан жерде өте қалың: онда күшті бұлшық еттер бар, олар жануарға осындай жылдам және күшті қозғалыстар жасауға мүмкіндік береді. Дененің құрсақ жағы балауыз тәрізді затпен майланған ақ түктермен жабылған: сондықтан су денеге су өлшегішті, сондай-ақ оның ұзын аяқтарына да жақындамайды. Экскурсияда көрсету оңай: пинцет су өлшегішін алыңыз және оны су стаканға түсіріңіз; майлы майлардың және қылдардың арқасында жануар өзімен бірге ауа алып, қоршаған су астында күміс болып көрінеді.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.