مقاله کامپیوتر در علوم زیستی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله کامپیوتر در علوم زیستی دارای ۲۴ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله کامپیوتر در علوم زیستی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله کامپیوتر در علوم زیستی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله کامپیوتر در علوم زیستی :

کامپیوتر در علوم زیستی

چکیده
هزاران سال است که بشر از فعالیتهای زیست شیمیایی موجودات زنده بهره‌برداری می‌کند و در نتیجه زیست تکنولوژی تا حد زیادی مدیون کارهای نوین است . دانش نوظهور زیست، تکنولوژی را بصورت کاربرد خواص زیستی جانوران و یا فرایندهای گوناگون در صنایع تولیدی یا خدماتی تعریف می‌کند.

استفاده از علوم گوناگون زیستی به نفع بشریت اغلب از نوآوریهای اخیر تصور می‌شود ولی درک عمیق مکانیسم و کنترل تبدیلات زیست شیمیایی موجود را میسر می‌سازد .
توانایی بشر در تغییر ویژگی جانداران به روش خاص دستکاری ژنها است و زیربنای شاخه‌های مختلف علوم زیستی تکنولوژی (ژنتیک) ، ابداع روشهای جدید ژنی است که امکان هدایت جانداران را به انجام تبدیلات خاص و یا تولید محصولات معین فراهم می‌کند .

و کاربرد تکنولوژی که سمبل آن کامپیوتر است در بررسی و به ثمر رساندن یافته‌های تئوری و مشاهده‌ای متخصصین این علوم به ذخیره و بازیابی ومقایسه وبه اشتراک گذاشتن اطلاعات دریافتی نقش بسزایی در پیشرفتهای شگرف دارد .

استفاده مداوم از یک منبع همچنین بستگی به اثرات وارده از استخراج آن بر محیط زیست دارد حتی اگر تهیه یک منبع از نظر اقتصادی به صرفه باشد استفاده از آن با توجه به بررسیهای مختلف شاخه‌های علوم زیستی در خصوص نقش آن بر ژن و چه تأثیر آ‌ن بر اکولوژی محیط زیستی و چه در رشد و بقای جانداران ، ممکن است حداقل و گاهی حذف شود .

پس تعریف یک منبع و موارد دسترسی به منابع بستگی به تغییرات تکنولوژیکی و اقتصادی و اثرات بررسی شده آن و اثرات منتجه از بهره‌برداری آن بر محیط زیست را دارد .
بطور عملی آنچه در بقای محیط زیست حائز اهمیت است که استفاده اقتصادی از تمامی جنبه‌های مختلف علوم زیستی را قابل دسترسی و برای بهره‌برداری با هزینه‌های منطقی میسر سازد .

مقدمه
حذف علوم زیستی نوینه درک و توجیه خصوصیات موجودات زنده بر حسب ساختار عناصر تشکیل‌دهنده آنها است و علوم زیستی از مهم‌ترین مباحث مورد تحقیق و بررسی کنگره‌ها و مجامع علمی است زیرا تأثیر آنها در بهبود شرایط حیات و تداوم بقای موجودات زنده از اهمیت بسزایی برخوردار است .
در این راستا کتب و مقالات علمی بسیاری به نگارش درآمده و گردهمایی‌های زیادی در ارتباط متقابل بین این علوم باعلوم دیگر و بخشهای متفاوت بین آنها ارائه گردیده است .

با توجه به حجم بالای این اطلاعات و نیاز به دسترسی سریع به آنها استفاده از ابزار رسانه‌ای جدید که بتواند با ذخیره‌سازی و اطلاع رسانی سریع این مهم را بر عهده گیرد بسیار حائز اهمیت است .
رایانه ابزاری قدرتمند برای تحقق آن است و با پیشرفت تکنولوژی روز دنیا دسترسی به شبکه گسترده وسیع اینترنت نیز دسترسی سریع و بروز و نوین را تسهیل نموده است .
نرم‌افزارهای کاربردی علوم زیستی که با تحقیق و تفحص دانشمندان متخصص ارائه گردیده است کمک شایانی به روند تکاملی و رو به گسترش شاخه‌ها وزمینه‌های مختلف بررسی‌ها و نتایج صاحبنظران نموده است و با اطمینان می‌توان گفت که با ادامه تحقیقات و ارائه نرم‌افزارهای جدید توصیفی ، انسان خواهد توانست ویژگی‌های اساسی تشکیل‌دهنده حیات را بطور کامل تشریح نماید.

کاربرد گسترده کامپیوتر در علوم زیستی
اطلاعات تکنولوژی درباره کاربرد نرم افزارها، که سبب افزایش حجم اطلاعات و سرعت اطلاع رسانی شده است، علوم زیستی را دگرگون کرده است. این مقاله مختصری است از برخی پیشرفتهای بیولوژیکی در عقایدی که برای این علوم محوریت دارد. همچنین درک خواهیم کرد که کاربرد وسیع کامپیوتر چه نقش بزرگی را برای پیشرفت علوم زیستی باز می کند.

مقالات این نشریه بیشتر از جعبه IBM و ژورنال همراه آن، استخراج شده و شرحی است از تحقیقات و پیشرفتهای تکنولوژی که منجر به فهم بهتر است ملکولی حیات شده و در نهایت به درمان بیماریها و بهبود شرایط انسانی می انجامد
چه چیزی ما را تبدیل به انسان می کند؟ ژنوم هر انسان مواد ژنتیکی است که صفات انسان از آن ناشی می شود ژنوم شامل ۲۳ جفت کروموزم است که از ملکولهای لزاکسی رمپوئوکلینک اسید (DNA) تشکیل یافته اند.

ملکولهای DNA یک مارپیچ مضاعف شده را شکل میدهد که مانند یک نردبان پیچ خورده به نظر می رسد. ترکیب ملکولهای قند و فسفات نرده های نردبانی را شکل می دهد که پله های آن بازهای آلی هستند. بازهای آلی نوکلئوتیدها ۴ نوع اصلی هستند: گوانین ،‌آنین ،‌سترزین و تیمین که با علائم اختصاری T,C.A.G نشان داده می شود.
در هر پله یک زوج باز آلی وجود دارد که به صورت G-C ( یا ) C-G یا T-A یا A-T وجود دارد. ژنوم انسان شامل حدود ۳ میلیون جفت باز می باشد که همان پله های نردبانی می باشد. DnA موجود در سلولهای بدن انسان تقریباً مشابه است. کدهای DNA در ژنوم انسان همان اطلاعاتی هستند که ما را به انسان تبدیل می کنند.

انی کدها اطلاعاتی را فراهم می کنند که بدن ما را به عنوان جنین شکل می دهد و عملکردهای بیولوژیکی ها را در طول زندگی کنترل می کند. در فوریه ۲۰۰۱ ژورنالهای علوم و طبیعت هر دو مقالاتیرا درباره ژنوم انسان منتشر کردند که موفقیتهای انسان در کامل کردن اولین طرح کامل توالی DNA (نقشه ژنی انسان) در آن توصیف شده بود. البته کار سنگین تر و با ارزش تر تجزیه و تحلیل و استفاده از این اطلاعات می باشد و با پیشرفت بیشتر تکنولوژی به کار گیری آن در شناخت ژنوم گونه های گیاهی و جانوری می باشد.

این مقاله برای نخستین بار خلاصه ای از پیشرفتهای زیست شناسی و عقایدی که سهم بسزائی در پیشرفت این علم داشته اند را ارائه می کند. سپس درون آن مقالاتی از سیستم ژورنالهای IBM و نشریه همراه IBM در باره این پیشرفتها بیان می شود. دورنمای پیشرفتهای علوم زیستی و عقایدی که پیرامون شیمی سلول و محیط درون آن شکل گرفته با DNA شروع می شود و به طرف پروتئین ها و داروها کشیده می شود، باید از نقش اساسی کاربرد نرم افزارها، ابزار آلات ، وسایل مطالعات فراساختاری و … که نقش اساسی و پیشرفت علوم زیستی داشته اند، غافل نماند و بهمین منظور تاریخچه ای از آن ذکر میشود.

تصویر ۱: بیانگرتجلی ژنهاست. همچنین تاخوردگی پروتئینها و داروهائی که مراحل بیوشیمیائی را کوتاه می کنند.
واژه های به کار رفته در مقاله در ارتباط است با انواع نرم افزارهای به کار رفته برای این تجزیه و تحلیل ها و ترتیب به کارگیری آنها، کدهای ژنتیکی موجود در DNA با توجه به ترتیب اسیدهای آمینه انواع پروتئینهارا ایجاد می کند. این اسیدهای آمینه پشت سر هم پیچ و خم می یابد ، تا می خورد و ساختمان سه بعدی خاصی را ایجاد میکند که ارتباط آن را می رساند. داروها با پروتئینها واکنش میدهد و روی عملکرد آنها اثر می کند و اغلب نوعی پیوند با بخشی از جایگاه پروتئین ایجاد می کند که مانع توانائی پروتئین در انجام وظیفه طبیعی اش می شود.

کاربرد گسترده نرم افزارهای کامپیوتری ، برای دینامیک ملکولها،‌(MD) ، شیمی کوانتوم (QC) و ارتباطات ساختمانی (QSAn) به مطالعه این سیستم های ملکولی کمک نموده اند ..
ژنها و پروتئینها: تقریباً هر یک از اعضای یک گونه مقدار مساوی DNA دارد. اما سه میلیون جفت باز آلی که ژنوم انسان را شکل می دهد، فقط در حدود ۱% پروتئینها را، کد
می کند. تنوع اعضای مختلف یک گونه به دلیل تفاوتهای کم اهمیت در DNA آنها رخ میدهد. برای انسانها این تفاوت ناشی از یک جفت باز از هر ۱۳۰۰ تا می باشد. یا درباره ۱% از یک درصدی که پروتئینها راکد می کند.

برای نمایش کل اطلاعات ژنتیکی یک فرد چه تعداد دیسک لازم است؟
از آنجائیکه بازهای آلی هر پیچ DNA در قطعه جا می گیرد بنابراین ۲ میلیون جفت باز می تواند ذخیره شود در نزدیک به ۷۵۰ مگابایت ( فقط برای نواحی کد کننده پروتئینها) و اگر فقط اطلاعات موجود روی کروموزمهای جنسی ذخیره شوند، نتیجه می تواند جاسازی شود در ۵/۷ کیلوبایت . سرانجام و خیلی مهم اینکه هر یک از ما ۲ کپی از ژنوم انسان در سلولهای خود داریم. یکی از پدر و دیگری از مادر که جفت کروموزمهای ما را شکل می دهد. و برای این مقدار ما نیاز داریم به ۱۵ کیلوبایت .

البته موقعیت از این پیچیده تر است. برای مثال چندین بیماری وجود دارد که در آن بخشهائی از مواد ژنتیکی برای پروتئینها S نمی شود. اما اگر DNA در یک موجود زنده اطلاعاتی را کد می کند که دستگاههای درون سلول از ان برای ساختن پروتئین استفاده می کنند. در مقابل DNA که اطلاعات لازم برای ساختن پروتئین هاست، پروتئینها ملکولهایی هستند که عملکرد روزانه سلول را بیرون می برند. فعالیت پروتئینها اعمالی نظیر: جنبشهای متابولیسمی،

جفت شدن سلولها،‌انتقال سیگنال از یک سلول به دیگری و تولید مثل سلولی را در بر می گیرد. هر یک از بخشهای کنترل کننده ژنوم در زمانهای بخصوصی برای تولید پروتئینهای مخصوصی و متفاوت فعال است. پروتئینها زنجیرهای طویلی هستند که واحد ساختمانی آنها از ۲۰ نوع امینو اسید می باشد. دستور و نحوه قرار گیری آمینو اسیدها نهایتاً ساختمان سه بعدی و عملکرد بیولوژیکی پروتئینها را تعیین می کند.

اگر چه DNA در سلولهای مختلف بدن مشابه است، تفاوتهای آشکاری بین سلولهای بینایی، عصبی و سلولهای کبد وجود دارد .
این چگونه ممکن است در حالیکه هر سلول همان DNA را دارد؟ جواب در این حقیقت نهفته است که این سلولها ترکیبات مختلفی از پروتئینها را درون خود دارند.

این سلولها بدلیل تجلی متفاوتی از ژنها ایجاد می شوند. تفاوت در بخشهائی از همان ژنوم – در هر نوع از سلولها. تجلی ژنها مرحله ای است از استفاده از اطلاعات کد شده در DNA برای ساختن یک واحد سازنده آن آمینو اسید می باشد. نوع ژنهایی که تجلی می یابند نه فقط از این یک نوع سلول به دیگری متفاوت است بلکه به عواملی مانند: سن سلول و فشارها یا بیماریهائی که ممکن است در آن وجود داشته باشد وابسته است. تجلی ژنها متشکل از چندین مرحله در واسط از ایجاد ملکولهای RNA بنام mrna ( RNA پیامبر) میباشد.

مراحل کپی برداری از DNA برای ساختن mRNA ترانس کریپت نامیده می شود. آزمایشاتی برای تسخیر و تجزیه MRNA در سلول انجام گرفته که محصولات تجلی ژنها را نشان می دهد. استفاده از تنظیم تجلی ژنها در حال رایج شدن است بخصوص در تعدادی از مؤسسات تحقیقات بیولوژیک . در آینده این تکنولوژی احتمالاً یک کلید تشکیل دهنده تشخیصهای پزشکی و حتی درمانهای فردی می باشد که با درمانهای داروئی یا داروهائی متناسب با آزمایش ژنتیکی فرد و شرایط پزشکی از تطبق می کند.

هنگامی که اطلاعات ژنتیکی بیان می شود MRNA تولید شده ، به ساختمانهای سلولی خاصی بنام دیپوزدم منتقل می شود. دیپوزدم یک جایگاه تولید سلولی است که در اینها آمینو اسید را درون پروتئین انباشته می کند، دستور قرار گیری آمینو اسیدها در هر ملکول پروتئین به وسیله mRNA تعیین می شود، به وسیله آنچه که کد ژنتیکی نام دارد. همچنانکه در بالا توضیح داده شد بازهای آلی نوکلوتیدهای DNA شامل بازهایی نظیر T,A,C,G می باشد.

اینها همانند ۴ حرف الفبا می توانند کلمات سه حرفی ایجاد کنند. ۴ کلمه سه حرفی ممکن است وجود داشته باشد که از ۴ حرف الفباشکل می گیرد. هر یکاز این کلمات از طریق کدهای ژنتیکی یا یکی از ۲۰ نوع آمینو اسید ارتباط دارند (بعضی از آمینو اسیدها با بیش از یک کلمه سه حرفی ارتباط دارند و بعضی کلمات به عنوان یک نشانه عمل می کنند) در سالمترین دیدگاه به ما گفته می شود که هز ژن از نظر محتوای ژنتیکی شامل اطلاعاتی برای پروتئینهای بخصوصی دیگری کنترل میشود که تغییرات را کنترل می کند .

تعداد زیادی از دانشمندان پذیرته اند که بین ۲۵۰۰۰ تا ۴۰۰۰۰ پروتئین وجود دارد و بعضی قبول دارند که تعداد پروتئین ها تکیه می کنند بر پروتئینهای دیگری برای تجلی خودشان . بعضی از پروتئینها کمک می کنند تا خوردگی دیگر پروتئینها . پروتئینهائی وجود دارند که واقعاً دوبله می شوند (پروتئین زوج می شود از بعضی ژنهای یاقی بیش از دو تا . بهمان اندازه که دورنمای توصیف ژنوم مشکل است می بینیم که توصیف چهره پروتئینها مشکل تر
می‌باشد.

انتخاب پروتئینهائی که از یک ژن معلوم ساخته می شود به وسیله پروتئینهای دیگری کنترل میشود. شماره این پروتئینها برای ژنوم انسان از ۵۰۰۰ تا ۴۰۰۰۰ می باشد. مقداری از دانشمندان اکنون باوردارند که پروتئینها می تواند بیش از ۱ میلیون باشد.
مطالعه پروتئینهای ویژه ، مسیرهای شیمیائی که آنها را در بر می گیرد و فعالیتهای آنها یک بخش کلیدی را در مطالعات بیوشیمیایی ملکولهای زیستی شکل می دهد.

اما مطالعه تمام مجموعه های پروتئینی در سلول و پیچیدگی روابط آنها ، یک رشته پویا و کاملاً قابل درک می باشد. پروتئینها عملکردشان را به طور گسترده ا به ساختارهای بعدی خود مدیون هستند که شکل پیچیده ای یافته اند. این اشکال به پروتئینها اجازه می دهد که بطور مطلوبی با هم ترکیب شود.

بعنوان مثال هنگام ارتباط متقابل پروتئین ها، بنابر انی به منظور درک عملکرد پروتئینها ما دوست داریم اطلاعات کاملی بدست آوریم ارتباط جایگاههای اتمها در ملکولهای پروتئینی . دو تا از معمولی ترین ابزار تجربی را برای قادر ساختن ما به تحلیل اطلاعات اتمی ساختار و پروتئینها ، اسپکتروسکپی با اشعه X و اسپکتروسکپی رزنانس مغناطیسی (NMR)

می‌باشد. به طور معمول شناسائی سطح اتمها فقط درباره صدر ۱۵۰۰۰ پروتئین میسر
می‌باشد. این پرتئینها پروتئینهایی هستند که تعدادی از ارگانیسمهائی را شکل می دهند که همه آنها مربوط به انسان نمی باشد. اسپکتروسکپی با اشعه X خیلی متداول می باشد. قابلیت تکثیر بالا و روشهای برگزینده توسط دانشمندان به طور معمول اطلاعات مربوط به ساختمان سه بعدی پروتئینها را بیان می کند. اما تولید دینانسهای اتمی به وسیله تکنیکهای اشعه X مدت زیادی را در بر می گیرد. بعضی از پروتئین ها نمی توانند به طور کامل کریستالیزه شوند و بعضی فقط تحت شرایط آزامایشی بخصوص کریستالیزه

می‌شوند. با وجود اینکه پروتئینها به سختی کریستالیزه می شوند رده های کاملی از پروتئینها شناسائی شده نظیر پروتئینهای غشاء و سایر رشته های پروتئینی که بطور گسترده ای توسط مطالعات اشعه X انجام شده . شرایط بخصوص کریستالیزه شدن : PH و در جه حرارت و سایر عوامل خاص پروتئینی نیست .

بهر حال آزمایشات می تواند ارائه روشهای بدون ابهام مشکل باشد. تعدادی از پروتئینهای متراکم و رسوبات غلیظ برای این تکنیک مناسب هستند. بعلاوه حتی اگر پروتئینها به اندازه کافی محلول باشند، تفسیر تجزیه NMR از پروتئینهای درشت مشکل یا غیر ممکن می باشد.
از آنجائیکه تعداد زیادی از تواییهای آمینو اسید قابل دسترسی است به عنوان یک تولید مهم از طرح و از آنجا ئیکه آزمایشات تعیین ساختمان کامل پروتئینها بسیار مشکل است

دو تا از مهمترین طرحهای رایج امروزی عبارتند از :
۱) تعیین ساختمان سه بعدی پروتئینها و تعیین دقیق توالی آمینو اسیدها.
۲) مراحلی که توسط آنها پروتئینها شکل می گیرند و برای وظایفشان متناسب می شوند.

این ۲ طرح اغلب نامیده میشود «طرح پیچ خوردگی پروتئینها» که تشکیل میدهد بدنه اصلی یک مبارزه جدی تحقیقاتی را که مرا به مدت ۵۰ سال به خودش مشغول و علاقمند نموده است. و این علاقه اخیراً به دلیل کاربرد گسترده سیستمهای کامپیوتری تشدید شده است . برای تهیه بهترین مدلهای پروتئینی ، قابل آزمایش ترین دایوها و تهیه مقادیر بی شماری از نقشه های ژنوم انسانی .

پیشرفتهای ژنتیکی
یکی از فوائدی که امیدواریم کسب کنیم از بررسی ژنوم انسان توانائی علاج بیماریهای انسانی می باشد . داروها به عنوان واکنش دهنده با پرتئینهائی عمل می کنند که خودشان از بعضی جنبه ها با بیماریها و امراض درگیر میشوند. برای مثال ، یک دارو ممکن است اثر یک پروتئین ضروری را برای ترانسفورماسیون ویروسها کاهش دهد و اثر پروتئینی را که به سیستم ایمنی سلولها برای مبارزه با بیماریها کمک می کند افزایش دهد.

مرحله کلیدی در مبارزه با بیماریها و پیشرفت داروها، شناسائی و انتخاب پروتئینها ئی است که به عنوان هدف داروها می باشند. این مرحله معمولاً مربوط می شود به جایگاههای ملکولی بسیار کوچکی که در مسیر بیماری، با میکروبها درگیر میشوند، از میان پروتئینهایی که وارد مسیر می شوند، یک داروی هدف انتخاب می شوند،

یک داروی هدف انتخاب می شود و مشخص می گردد. هدفها نباید فقط روی نقاط بحرانی مسیر بیماری باشند بلکه باید بتوانند وارد عمل شده و به ملکولهای دارو بپیوندند. (شناسائی هدف – انتخاب هدف و درستی هدف).
ژنومها- بیان تجلی ژنی و تمام وابستگیهای زمانی و مدیریت تکنولوژی بطور مشابهی به کار گرفته می شوند برای داشتن بیشترین اثر .

از آنجائیکه هدفهای داروئی یک یا بیش از یکی هستند، مرحله بعدی در پیشرفت داروئی ، شناسائی تعاریف مهم و بهینه سازی آن می باشد. طی این مراحل تعدادی از این ملکولها برای تعیین مهمترین آنها ، برای واکنش با یک یا بیشتر هدف بالقوه جدا می شوند. ملکولهائی که یک درجه موثر از واکنش با سلول هدف را نشان می دهند، ترکیبات پیشرو و یا به سادگی پیشرو نامیده می شود.
بیشتر شرکتهای داروسازی بر این اساس میلیونها دارو ساخته اند طی سالیان گذشته.