《计算生物学》教学大纲
一、课程基本信息
| 开课单位: |
生命科学与技术学院 |
课程代码: |
BT1051 |
| 课程名称: |
计算生物学 |
英文名称: |
Computational Biology |
| 学 分: |
4 |
学 时: |
64 |
| 授课对象: |
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授课语言: |
中英文 |
| 先修课程: |
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二、课程简介和教学目的
计算生物学课程将包括以下内容：常用生物数据库及其使用方法，系统的文献搜索方法，细分领域的快速入门法，科研成果评价；双序列比对，动态规划，启发式算法；远源同源物搜索方法；多序列比对，序列相似性网络，进化树；蛋白质结构，蛋白质结构模拟，深度学习在蛋白质结构模拟中的应用；分子模拟的理论和方法，分子对接，分子识别以及计算机辅助药物设计基础。学生可以了解到一些最重要的计算生物学资源和方法，并在未来的研究工作中能够进行实际应用。 |
三、教学内容、教学方式和学时安排
章节名称 | 主要教学内容（主要知识点） | 教学周 | 学时安排 | 教学方法（仅列名称） | 1、数据库搜索1 | NCBI(GenBank, Genomes, Proteins, Taxonomy), EMBL-EBI(UniProt, Pfam, InterPro, CATH/Gene3D), PDB, SCOP, TCGA | 1 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 2、数据库搜索2 | KEGG, MetaCyc, Brenda, IMG-JGI, ChEMBL, CheBE, PubChem; PDB, CTF(MOL, MOL2, SDF), SMILES, Fingerprints (key-based, path-based), Tanimoto coeff | 2 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 3、文献搜索 | PubMed, MeSH, Google Scholar, Web of Science, EndNote; Nature Index, H-index, FWCI, Scopus (SciVal) | 3 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 4、序列比对 | 序列比对：打分矩阵的统计学原理，空位罚分；动态规划算法（N-W, S-W）, BLAST算法 | 4 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 5、远源同源物搜索 | PSI-BLAST, JackHMMER, HHBlits | 5 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 6、多序列比对 | MAFFT, MUSCLE, Clustal-Omega, K-align, JalView | 6 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 7、进化树 | 模型选择, UPGMA, NJ, MP, ML, Bootstrapping | 7 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 8、序列相似性网络 | 序列相似性网络SSN、基因组邻近区网络GNN、使用SSN+GNN来预测蛋白功能 | 8 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 9、蛋白质序列分析 | 理化性质、疏水区、信号肽、跨膜区、固有无序区、PTM位点、酶活位点分析 | 9 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 10、蛋白质结构 | 1-4级结构、结构域 | 10 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 11、蛋白结构预测 | 同源模建、折叠识别、从头建模 | 11 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 12、蛋白结构预测 | AI蛋白结构预测：1D特征预测（二级结构、溶剂可及性，序列谱如PSSM或HMM），2D特征预测（直接耦合分析、互信息、对势）、接触图、ResNet, Transformer, RaptorX, TripletRes, TrRosetta, RosettaFold, AlphaFold, AlphaFold2 | 12 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 13、分子模拟 | 力场、分子动力学、蒙特卡洛、量子化学（方法、基组、基函数、高斯型轨道、几何优化、单点能） | 13 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 14、分子对接 | 蛋白准备、配体准备、产生格点、刚性/诱导契合/系综对接、对接结果分析 | 14 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 15、分子识别 | 弱相互作用（盐桥、 氢键、cation-pi、pi-pi、范德华力、卤键）、优势构象、张力能 | 15 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 | 16、计算机辅助药物设计 | 药物开发流程、基于结构的药物设计、基于配体的药物设计、QSAR、先导化合物优化、机器学习在药物设计中的应用 | 16 | 3学时教学+1学时上机指导 | 课堂教学、文献阅读、讨论、课堂练习、作业、项目 |
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四、考核方式和成绩评定
平时作业和项目 50%
出勤，课堂表现和一次Presentation 10%
期末考试（闭卷） 40% |
五、推荐教材
| 书名 |
作者 |
译者 |
出版社 |
出版时间 |
ISBN |
| 生物信息学基础教程 |
张洛欣，马斌
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高等教育出版社
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2013-03
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978-7-04-041825-5
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六、参考书目
| 书名 |
作者 |
译者 |
出版社 |
出版时间 |
ISBN |
| Biological sequence analysis |
Biological sequence analysis
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Cambridge University Pres
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1998-01
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Biological sequence analysis R. Durbin, S. Eddy, A. Krogh, G. Mitchison Cambridge University Pres 1998-01 9780521629713
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| 生物信息学 |
李霞，雷健波，李亦学等
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人民卫生出版社
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2015-01
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9787117204538
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七、其他说明
八、教师信息和开课单位审核意见
| 授课教师 |
（签名） 年 月 日 |
邮 箱 |
zhaosw@shanghaitech.edu.cn |
| 电 话 |
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| 开课单位审核意见 |
（签名）
年 月 日 |
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