生物化学、生物计算和生物统计学基础

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什么是生物统计学？

生物统计学是一门将统计学应用于生物学广泛概念的科学。统计学主要涉及数据收集、组织、分析、解释和呈现。

生物统计学的重要性

生物统计学主要致力于开发和应用最合适的方法，用于以下目的。

• 数据收集 - 这里的事实以定量形式表达，为此数据来自主要和次要来源。

• 呈现收集到的数据 – 数据以表格形式呈现，作为数据的分类，并通过图表称为数据的图表化。

• 数据分析和结果解释 – 分两个阶段进行。第一个基于定量数据分析构建的问卷结果，第二个基于访谈结果，并关注小组讨论的定性解释。

• 基于分析的决策 - 这里决策分析是基于研究和研究工作的系统建模做出决策的过程。

生物统计学家的作用

所有生物统计学家都与研究团队密切合作。生物统计学家的三个主要作用包括以下领域。

• 研究计划 – 帮助进行调查或在数据收集之前指导实验设计。

• 描述性工具和推论统计 – 使用统计方法和技术分析数据。

• 统计考虑和发展大数据 – 向研究人员和其他有影响力的决策者展示和解释结果。

生物化学基础

生物化学是一门试图在分子水平上解释生命的科学学科。

生命有 6 种元素，它们是每种化合物的组成部分，没有这些元素就没有生物。

• 碳。

• 氢。

• 氧。

• 氮。

• 磷。

• 硫。

利用这 6 种生命元素，主要形成了 4 种类型的有机大分子或生物分子，所有生物的生存都依赖于它们。

• 核酸。

• 碳水化合物。

• 蛋白质。

• 脂类。

生物化学的重要性与其在分子水平上解释生命系统的能力有关。因此，了解像 DNA 这样的单个分子的物理结构和化学反应性有助于我们了解这些分子如何结合在一起形成细胞内更大的细胞器，例如线粒体。然后我们就可以了解细胞如何结合形成功能器官，最终形成像人类这样的完整生物体。

生物分子的分子结构和功能

生物化学的研究还涉及在表示结构和功能时开发和使用一致的术语。分子的结构主要以 3 种方式表示。

• 结构式：它仅包括分子中存在的原子和键。不传达有关 3D 结构的任何信息。

• 球棍模型：这种视图不仅让我们看到原子和连接它们的键，还让我们了解它们如何在 3D 空间中排列。该模型的局限性在于它无法提供有关分子大小的信息。

• 空间填充模型：在此模型中，我们不仅可以看到原子的 3D 排列，还可以更好地了解分子的尺寸。

四种主要生物分子的结构可能由所有或其中一些 3 种方式表示。

生物分子的功能

下面讨论了四种重要的生物大分子及其在细胞中的功能。

碳水化合物 – 它是长链的葡萄糖分子，由 3 种元素 C、H 和 O 组成，其在体内的主要功能是储存能量。这些碳水化合物的一些次要功能可见于构建细胞膜的一部分等。

蛋白质 – 构建这些大分子的原材料通常来自我们食用的食物。蛋白质参与细胞内的大多数主要工作。这些呈链状形式，由氨基酸序列组成。自然界中存在 20 种氨基酸。

核酸 – DNA 和 RNA 是存在于所有生物体中的两种核酸。这些核酸在体内的功能是储存构建生命的必要信息。

脂类 – 这些也被称为脂肪，其主要功能是在生物体中形成膜，以隔开内外环境。它们对于维持体内平衡非常重要，体内平衡是生命的重要特征之一。脂类具有储存能量作为脂肪的次要作用。

生物计算简介

生物计算是一门利用生物物质执行计算任务（例如在硅芯片等设备中存储数据）的科学。首先发现的思想是 DNA 是否可以用于计算任务。

这是一门跨学科的学科，包括生物化学、分子生物学、遗传学、计算机科学、数学、生物学、化学和物理学。生物计算就像科学家用来通过探索涉及自然界两种构建块（称为 DNA 和蛋白质）的生物学问题来提供理论数据的工具。

生物计算主要根据其组成部分分为两种类型。

• 使用遗传算法。

• 使用神经网络。

为什么要使用生物计算？

硅技术的局限性如下

• 电路集成尺寸。

• 时钟频率。

• 功耗。

• 散热。

有助于在规定的时间内解决生物学问题。

用于解决许多问题的生物计算机类型包括生化计算机、生物力学计算机和生物电计算机。

DNA 计算

DNA 计算机是一种分子或生化计算机，它使用 DNA 来解决复杂问题。这些计算机使用可以与 DNA 链反应并导致连锁反应的酶。

应用

• DNA 芯片

• 密码学

• 遗传编程

• 医学应用

结论

生物化学是大型生物分子的领域，包括蛋白质、脂类、碳水化合物和核酸。每个活细胞都通过大分子（如酶、受体、蛋白质以及 DNA 或 RNA）之间的相互作用来运作。

因此，生物化学只是在分子水平上研究细胞。生物计算也是利用生物模型或其概念来执行计算任务以解决生物学问题的系统。生物统计学是在生物学领域（如实验、研究、医疗保健等）中应用统计方法及其方法。