生命科學(xué)中計算機應(yīng)用的典型類型

1、PAGE 4 -生命科學(xué)中計算機應(yīng)用的典型類型【摘要】筆者通過研讀大量文獻(xiàn)，將計算機應(yīng)用在生命科學(xué)的典型類型進(jìn)行論述，以期對于生命科學(xué)專業(yè)的教師在以后的研究或教學(xué)示范有一定幫助?！娟P(guān)鍵詞】計算機生命科學(xué)典型類型【中圖分類號】G642【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1674-4810（2022）07-0066-01一數(shù)據(jù)采集和處理1.計算機在生命科學(xué)領(lǐng)域數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用根據(jù)在線檢測，如正常的溫度、壓力實驗效果、代謝中間物質(zhì)的檢測、生物種群數(shù)目的統(tǒng)計等，這些數(shù)據(jù)采集數(shù)量大涉及面積廣，如果靠人工采集，投入量大，而且不符合需要。傳統(tǒng)方法、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的技術(shù)不成熟，在線監(jiān)測很難實現(xiàn)。新型數(shù)據(jù)傳感器的研發(fā)并成

2、功應(yīng)用，滿足了生命科學(xué)數(shù)據(jù)采集需要。新型數(shù)據(jù)傳感器利用監(jiān)測光、電、熱、輻射量等可以定量的物質(zhì)、生物物質(zhì)和酶等分子之間作用與光、熱等物理量存在定量的數(shù)學(xué)關(guān)系。根據(jù)這些基本原理，我們研發(fā)出特殊用途的電極和監(jiān)測系統(tǒng)，如細(xì)胞電極、酶電極和分子電極，這些電極有很多優(yōu)點，滿足信息采集的需要，物電信號轉(zhuǎn)換快、靈敏度高、測量誤差小，尤其是大量的數(shù)據(jù)采集儀器，如色譜法、質(zhì)譜法的應(yīng)用生物傳感器和生化測定儀器，其中核磁共振儀是特別重要的。2.計算機對生命科學(xué)實驗數(shù)據(jù)的處理數(shù)據(jù)處理包括處理、建立和求解各種生命科學(xué)實驗數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)生活方面的數(shù)學(xué)模型，用于控制和監(jiān)測的實驗使用的數(shù)學(xué)模型，實驗跟蹤生物量、生物參數(shù)以及生命科學(xué)

3、和生物工程，包括優(yōu)化的實驗設(shè)計。如果測定DNA序列中核苷酸的位置，需要處理和收集DNA光譜數(shù)據(jù)；生物分子應(yīng)用放射性物質(zhì)跟蹤，從而研究生物分子的發(fā)展變化；利用計算機設(shè)計模擬技術(shù)來優(yōu)化生物工廠的建筑設(shè)計，自動分析和測量值的實驗誤差的處理基因芯片技術(shù)是基因，基因研究須采用計算機對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效分析，從中獲得研究基因的眾多信息，再仔細(xì)處理從而得到相應(yīng)結(jié)果。在所有數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析研究，計算機的應(yīng)用和構(gòu)建生命科學(xué)意義上的數(shù)學(xué)模型是非常重要的，和生命科學(xué)研究的數(shù)學(xué)模型一樣，處于逐步從靜態(tài)到動態(tài)的發(fā)展中。二計算機在生命科學(xué)中的應(yīng)用1.計算機在生物信息學(xué)中的應(yīng)用蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)需要通過計算機輔助方法進(jìn)行預(yù)判

4、，預(yù)測過程中我們需要對核酸和蛋白質(zhì)等物質(zhì)三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確測量，這種技術(shù)被用于生物大分子藥物設(shè)計，已成為當(dāng)今社會的熱點。世界人類基因課題組計劃所測定的30億個堿基中，人類3萬個基因需要分析和核苷酸定位，進(jìn)而弄清楚其中所有功能單位的組織結(jié)構(gòu)形式以及調(diào)節(jié)機制，沒有計算機的幫助是難以想象的。近年來，基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)的快速發(fā)展，迫切需要開發(fā)新的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和計算機軟件快速訪問所需的數(shù)據(jù)和信息。生物信息研究除了可以提供基因結(jié)構(gòu)信息，還可以為蛋白質(zhì)和其他物質(zhì)提供空間結(jié)構(gòu)信息和電子結(jié)構(gòu)信息。2.計算機數(shù)值方法在生命科學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)代生物信息學(xué)中的數(shù)學(xué)模型是一個非常復(fù)雜的模型，涉及知識廣泛，而且需要

5、很多方程耦合，比較常用的是非線性代數(shù)和微分方程耦合分析。為了研究這種復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，必須使用計算機數(shù)值方法。因此，通過求解計算機數(shù)值分析方法的實際問題，已成為一個重要的方法。只要數(shù)值方法的選擇、使用或計算機程序合理，就可以利用計算機解決數(shù)學(xué)模型的研究和計算實際問題。由于數(shù)值計算方法的發(fā)展提出了許多實際問題，計算機數(shù)值模擬軟件已經(jīng)在大量開發(fā)。設(shè)計的子程序用于解決實際計算問題時，應(yīng)用者需要掌握數(shù)值處理方法的知識和應(yīng)用能力。因為當(dāng)使用任何復(fù)雜和完善的程序來解決特定的問題都可能會遇到各種問題，這些困難可能是由于某種原因造成的：數(shù)學(xué)模型并不能精確反映實際情況，用數(shù)值方法精確描述生命科學(xué)的實際過程是不合適的。這是由于該方法的誤差超過科學(xué)研究允許的實際誤差，從而反映出的結(jié)果和實際有很大差距。子程序的使用條件下實際的選擇不是在解決具體工程問題，子程序未能適當(dāng)?shù)匦薷幕蛘{(diào)整。事實上，在應(yīng)用或使用任何子程序的時候，需要根據(jù)實際問題的用戶的發(fā)展。作為子程序的最佳解決具體計算問題的選擇上，需要更加厚實的基礎(chǔ)知識，尤其是數(shù)值計算方法。因此生命科學(xué)科技實驗人員或教學(xué)工總結(jié)掌握數(shù)值方法是非常重要的。三結(jié)束語計算機在一個涉及廣泛的生命科學(xué)中的應(yīng)用，大大促進(jìn)了生命科學(xué)的發(fā)展，及在促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起到了很大的作用。基于目前情況，生命科學(xué)研究已不再僅僅是進(jìn)行科學(xué)實驗觀察和記錄。參考文獻(xiàn)1楊孔雀、韓曉萍、