bioinformatika - university of belgradepoincare.matf.bg.ac.rs/~nina/bioinf/1/cas01.pdfuvod -...

BIOINFORMATIKA

Čas 1

1. Uvod

2. Osnovni pojmovi molekularne biologije

3. Korišćenje bioinformatičkih baza podataka

UVOD – PROGRAM KURSA

Uvod u molekularnu biologiju i bioinformatiku

Algoritmi uprarivanja niski, sufiksna stabla

Poravnanje sekvenci – lokalno, globalno,

višestruko

Matrice supstitucije; heurističke metode

pretraživanja baza podataka

Filogenetsko stablo

Probabilistički modeli sekvenci: MM, HMM i

primene u bioinformatici

Istraživanje podataka i teksta u bioinformatici

UVOD - LITERATURA

Computational Molecular Biology – An

Introduction – P.Clote, R.Backofen

Bioinformatics – Mathematical and

Computational Methods – A.Polansky, M.Kimmel

Biological Sequence Analysis –Probabilistic

Models of Proteins and Nucleic Acids – R.Durbin,

S.Eddy, A.Krogh, G.Mitchinson

Algoritmic Aspects of Bioinformatics –

H.J.Böckenhauer ,D.Bongartz

Introduction to Mathematical Methods in

Bioinformatics – A.Isaev

Exploring bioinformatics - a practical based

approach – C. St. Clair,J. Visick

UVOD - POLAGANJE

Ispit

Projekat

UVOD – BIOLOŠKI PODACI

Organizam

DNK, RNK – sastavljene od nukleotida –

niska nad azbukom A,C,G,T

proteini – sastavljeni od aminokiselina –

niska nad 20toslovnom azbukom

UVOD – BIOLOŠKI PODACI

UVOD

Bioinformatika se bavi dizajnom, konstrukcijom i

korišćenjem softverskih alata za generisanje,

čuvanje, obeležavanje, pristup i analizu bioloških

informacija

UVOD

OSNOVNI POJMOVI MOLEKULARNE BIOLOGIJE

Genom

Hromozom

DNK –Gen

Kodon, antikodon

RNK

Ekson, intron

Splicing

Protein

Struktura – primarna, sekundarna

Homolozi, ortolozi, izoformi

Ćelija

Ćelija – prokariote i eukariote

Ćelija – makromolekuli

Makromolekuli koji učestvuju u funkcionisanju

svake ćelije su:

1. DNK

2. RNK

3. proteini

DNK Dezoksiribonukleinska kiselina

sadrži instrukcije potrebne za

razvoj i funkcionisanje svakog

organizma

dva lanca koji su sastavljeni od

nukleotida – trokomponentnih

organskih jedinjenja od kojih su

za funkciju DNK najvažnije

azotne baze A,C,G,T

međusobno se povezuju preko

azotnih baza i to uvek A-C, G-T

redosled azotnih baza <=>

genetska instrukcija

DNK

DNK se nalazi u ćeliji, organizovana u strukture

koje se nazivaju hromozomi

Ljudski hromozom 13 sadrži dnk molekul dužine

oko 2.3cm

Unutar hromozoma, DNK molekul je gusto

sabijen

DNK - SAVIJANJE

DNK

Prokariote – hromozomi se nalaze u citoplazmi;

pored hromozoma, u prokariotama i nekim

eukariotama DNK može formirati i druge

strukture, npr plazmidi

Eukariote – hromozomi se nalaze u jedru; pored

jedra, DNK se nalazi i u nekim organelama kao

što su mitohondrije i hloroplasti

RNK

Ribonukleinska kiselina

učestvuje u različitim

ćelijskim procesima

mRNK, rRNK, tRNK

razlika u odnosu na DNK:

hemijski sastav (riboza -

dezoksiriboza) i azotna

baza U umesto T

Geni, genom

Gen - deo DNK koji sadrži informaciju potrebnu

za sintezu jednog proteina ili jednog molekula

RNK

Genom – skup svih gena koje sadrži jedna ćelija

organizma

Sinteza proteina

Sinteza proteina

http://www.youtube.com/watch?v=NJxobgkPEAo

&feature=related

Genetski kod

Protein

niska nad 20toslovnom azbukom

Primarna struktura – niz aa

Sekundarna struktura – uređenost delova proteina u helikse ili ravni

Tercijarna struktura – 3d oblik celog proteina

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c9/Main_protein_structure_levels_en.svg

PROTEINI - AMINOKISELINE

Protein

Homolozi – proteini koji potiču od istog pretka;

mogu biti iz različitih vrsta (ortolozi) ili iz iste

vrste (paralozi)

Izoformi – različiti oblici istog proteina

PROTEIN - PRIMERI

Protein Uloga

Alfa-keratin Izgradnja kose

Beta-keratin Izgradnja krljušti

Insulin Regulacija nivoa šećera u krvi

Aktin, miosin Kontrakcija mišića

DNK polimeraza Sinteza DNK

Hemoglobin Transport kiseonika

KORIŠĆENJE BIOINFORMATIČKIH BAZA

PODATAKA

NCBI – Nacionalni centar za biotehnološke

informacije, SAD

EBI – Evropski bioinformatički institut, UK

SBI – Švajcarski bioinformatički institut

KEGG – Kjotovska enciklopedija gena i genoma

…

NCBI

Nacionalni centar za biotehnološke informacije

izgradnja javnih baza podataka

istraživanja u računarskoj biologiji

razvoj softverskih alata za analizu sekvenci

http://www.ncbi.nlm.nih.gov

NCBI – baze podataka

primarne: GenBank, Trace, SRA, SNP, GEO

sekundarne: NCBI Protein, Refseq, TPA,

RefSNP, GEO datasets, UniGene, Homologene,

Structure, Conserved Domain

NCBI - GenBank

baza genetskih sekvenci

GenBank projekat je deo International

Nucleotide Sequence, Database Collaboration:

DNA DataBank of Japan (DDBJ), the European

Molecular Biology Laboratory (EMBL) i NCBI

primer: swine flu

NCBI - Entrez

sistem za pretraživanje više baza podataka

pretraga po ključnoj reči cancer

NCBI - BLAST

Basic Local Alignment Search Tool

lokalno poravnanje date sekvence sa izabranom bazom ili dve date sekvence

heuristički pristup zasnovan na Smit-Votermenovom algoritmu

najkorišćeniji bioinformatički alat

KEGG

Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes

računarska reprezentacija biološkog sistema

kolekcija baza podataka koje obuhvataju oblasti

genoma, enzimatskih puteva i bioloških

jedinjenja

KEGG

KEGG

kolekcija ručno iscrtanih grafičkih dijagrama,

takozvanih KEGG mapa puteva, koji

predstavljaju prikaz različitih hemijskih reakcija

kod metaboličkih procesa, obrade genetskih

informacija, obrade informacija koje dolaze iz

spoljašnje sredine, bolesti čoveka...

primer: Type II diabetes mellitus

EBI

Evropski bioinformatički institut

deo Evropske laboratorije za molekularnu

biologiju (EMBL)

najveća kolekcija različitih baza podataka i alata

za rad sa njima

EBI

EBI - Ensembl

centralna baza podataka različitih genoma -

humanog i drugih

zajednički projekat EBI i Wellcome Trust Sanger

Instituta

SBI

Švajcarski bioinformatički institut

razvoj baza podataka i softverskih alata

SBI - ExPaSy

Expert Protein Analysis System

prvi server za potrebe molekularne biologije

analiza proteinskih sekvenci i njihovih struktura

http://www.expasy.org

SBI - UniProt

Swiss Institute of Bioinformatics – UniProt

Universal Protein Resource

centralna baza podataka o proteinima

zajednički projekat SBI, EBI i PIR (Protein

Information Resource)

http://www.uniprot.org

SBI – UniProt

SBI – UniProtKB/SwissProt

sve trenutno poznate informacije o odre.enom

proteinu (o funkciji proteina, strukturi,

modikacijama,...)

ručna anotacija - proveravanje karakteristika

koje su automatski dodeljene proteinu

http://www.uniprot.org/uniprot/P00740

ZADATAK

NCBI vežba