Компьютеры в биологии
advertisement
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ КОМПЬЮТЕРНОЙ БИОЛОГИИ МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ БИОЛОГИЯ 1.Возможности компьютерной техники в обучении, развитии, коррекции. Когда появился компьютер, и его стали использовать в образовании,появился термин «Новые информационные технологии обучения». Компьютерные технологии развивают идеи программированного обучения, открывают совершенно новые ,ещё не исследованные технологические варианты обучения, связанные с уникальными возможностями современных компьютеров, телекоммуникаций. Это процесс подготовки и передачи информации обучаемому осуществляется в 3-х вариантах: 1. Проникающая (по отдельным темам, разделам.) 2. Основная ,наиболее значимая. 3. Информационные технологии (обучение опирается на компьютер) Компьютер предоставляет многократное увеличение «Поддерживающей информации», наличие информационной среды, имитационное обучение,электронные коммуникации, Интернет.. 1. Обучение- общение с компьютером. 2. Приспособление компьютера к индивидуальным особенностям ребёнка. 3. Диалоговый характер обучения. 4. Возможность коррекции учителем процесса обучения. 5. Оптимальное сочетание индивидуальной и групповой работы. 6. Поддержание психологического комфорта при общении с компьютером. Компьютер можно использовать на всех этапах процесса обучения: объяснения, закрепления, повторения, тестирования, контроля. Компьютерное тестирование и диагностирование параметров психологического развития ученика дополняется использованием экспертных систем -сетевые оценочные процедуры. Возможность обогащать содержание образования , включая в него интегрированные курсы, знакомство с другими науками и предметами, с творческой лабораторией великих людей. Информатизация обучения требует от ученика компьютерной грамотности. Компьютер может за несколько секунд просмотреть электронную библиотеку, можно экспериментировать, проводить испытания проектировать дома, космические корабли и др. Негативные моменты: влияет на зрение, психику. Содержание Распознавание белок- кодирующих областей в геномах Сравнительный анализ первичных структур биополимеров Определение пространственной структуры биологических макромолекул Рентгеноструктурный анализ Динамика бимолекулярных систем Молекулярная модель липидного биослоя Объединение высокопроизводительных вычислительных ресурсов Суперкомпьютеры и молекулярная биология Магнитная энцефалография Неинвазивная диагностика тканевых новообразований Вывод 1 Вывод 2 Распознавание белок-кодирующих областей в геномах (человеческий -гемоглобин) gtaaagaataaaaggccagacagagaggcagcagcacatatctgcttccgacacagctgcaatcactag caagctctcaggcctggcatcatggtgcattttactgctgaggagaaggctgccgtcactagcctgtgg agcaagatgaatgtggaagaggctggaggtgaagccttgggcaggtaagcattggttctcaatgcatgg gaatgaagggtgaatattaccctagcaagttgattgggaaagtcctcaagattttttgcatctctaatt ttgtatctgatatggtgtcatttcatagactcctcgttgtttacccctggacccagagattttttgaca gctttggaaacctgtcgtctccctctgccatcctgggcaaccccaaggtcaaggcccatggcaagaagg tgctgacttcctttggagatgctattaaaaacatggacaacctcaagcccgcctttgctaagctgagtg agctgcactgtgacaagctgcatgtggatcctgagaacttcaaggtgagttcaggtgctggtgatgtga ttttttggctttatattttgacattaattgaagctcataatcttattggaaagaccaacaaagatctca gaaatcatgggtcgagcttgatgttagaacagcagacttctagtgagcataaccaaaacttacatgatt cagaactagtgacagtaaaggactactaacgcctgaattggcttaacttttcaggaaatcttgccagaa cttgatgtgtttatcccagaaattgtattatagaattgtagacttgtgaaagaagaatgaaatttggct tttggtagatgaaagtccatttcaaggaaatagaaatgccttattttatgtgggtcatgataattgagg tttagaagagatttttgcaaaaaaaataaaagatttgctcaaagaaaaataagacacattttctaaaat atgttaaatttcccatcagtattgtgaccaagtgaaggcttgtttccgaatttgttggggattttaaac tcccgctgagaactcttgcagcactcacattctacatttacaaaaattagacaattgcttaaagaaaaa cagggagagagggaacccaataatactggtaaaatggggaagggggtgagggtgtaggtaggtagaatg ttgaatgtagggctcatagaataaaattgaacctaagctcatctgaattttttgggtgggcacaaacct tggaacagtttgaggtcagggttgtctaggaatgtaggtataaagccgtttttgtttgtttgtttgttt tttcatcaagttgttttcggaaacttctactcaacatgcctgtgtgttattttgtcttttgcctaacag ctcctgggtaacgtgatggtgattattctggctactcactttggcaaggagttcacccctgaagtgcag gctgcctggcagaagctggtgtctgctgtcgccattgccctggcccataagtaccactgagttctcttc cagtttgcaggtcttcctgtgaccctgacaccctccttctgcacatggggactgggcttggccttgaga gaaagccttctgtttaata Leu Leu Gly Asn cuccuggguaac ctcctgggtaac СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЕРВИЧНЫХ СТРУКТУР БИОПОЛИМЕРОВ слон FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKTGIVEQCCTGVCSLYQLENYCN мышь FVBQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKSGIVDQCCTSICSLYQLENYCN гусь AANQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYSPKTGIVEQCCENPCSLYQLENYCN аллигатор AANQRLCGSHLVDALYLVCGERGFFYSPKGGIVEQCCHNTCSLYQLENYCN тунец верблюд VAPPQHLCGSHLVDALYLVCGDRGFFYNPK-GIVEQCCHKPCNIFDLQNYCN FANQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKAGIVEQCCASVCSLYQLENYCN Необходимость использования суперкомпьютеров определяется тем, что время и память, используемые алгоритмами выравнивания, растут как квадрат длины первичной структуры. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАКРОМОЛЕКУЛ Молекула белка состоит из длинной полипептидной цепи, сложным образом закрученной в пространстве Для понимания механизма действия необходимо найти координаты атомов с точностью до 10-12 м В состав «типичного» белка (эндонуклеазы) входит около 2000 атомов. Рибосома содержит свыше 100000 атомов. РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ В ИМПБ РАН разрабатываются методы расшифровки пространственной структуры белков и белковых комплексов по данным РСА. Предложен новый подход к решению фазовой проблемы ключевой задачи РСА. Структура липопротеина низкой плотности ДИНАМИКА БИОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМ Механизмы функционирования биомакромолекул и их взаимодействия между собой изучаются с помощью метода молекулярной динамики. Решаются уравнения движения для систем, содержащих тысячи и десятки тысяч взаимодействующих частиц. МОЛЕКУЛЯРНАЯ МОДЕЛЬ ЛИПИДНОГО БИСЛОЯ ОБЪЕДИНЕНИЕ ВЫСОКОПРОЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЕ ЦЕНТРЫ Результаты расчетов Элементы задачи Постановка задачи, Прикладное ПО ЦЕНТР ОРГАНИЗАЦИИ МЕТАКОМПЬЮТИНГА БАЗЫ ДАННЫХ ЦЕНТР ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ БИОЛОГИИ И БИОИНФОРМАТИКИ СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ - ОСНОВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВЫХ ЛЕКАРСТВ Анализ геномов человека и микроорганизмов для определения потенциальных мишеней воздействия лекарственных средств Исследование пространственной структуры биомакромолекул для понимания механизма их функционирования Конструирование лекарств на основе моделирования динамики взаимодействия биомакромолекул и низкомолекулярных соединений МАГНИТНАЯ ЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ Выделение слабых сигналов и решение обратной задачи НЕИНВАЗИВНАЯ ДИАГНОСТИКА ТКАНЕВЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ Реконструкция упругих свойств почки по данным ультразвукового исследования Бурное развитие биологии ,несомненно ,сделало её наукой ,призванной определить лицо наступившего века .Всё время нарастает поток открытий, быстро применяемых на практике. Качественный скачок молекулярной биологии произошёл в последние годы. Сейчас биология и медицина становятся основными заказчиками и двигателями развития информационных технологий. Предлагают тестовые и мультимедийные материалы которые могут использоваться в качестве иллюстративного материала в учебном процессе. Быстрое развитие вычислительной техники позволяют широко использовать компьютеры в биологии.В июне 2000 г. завершена программа расшифровки генома человека. Напомним, что под расшифровкой генома человека понимается определение последовательности нуклеотидных пар в молекуле ДНК. Уже сейчас объявлено, что следующий этап, рассчитанный на 10 - 15 лет, стартует в начале 21- го века.Он получил название «Структурный геном». Речь идёт о расшифровке первичной. И пространственной структуры всех белков, входящих в состав человеческого организма. Знание первичной и пространственной структур белков играет решающую роль для понимания их функционирования.
