计算药物分析药学与生物信息学第一章

1、药学与生物信息学,教材：胡育筑 主编计算药物分析 中国医药科技出版社，2006年8月 参考书目：程翼宇 翟海斌 医药分析信息学及信息处理技术化学工业出版社 2006年9月 蔡禄 生物信息学教程化学工业出版社 2008年5月 课时： 34/34 教师：赵迪思,课程名称：药学与生物信息学 简介：研究应用数学、统计学和计算机科学的方法，设计或者选择优化的药学和化学实验方法，并通过解析实验数据获取有关信息，内容包括药学中的误差和分析数据处理，实验设计和优化，模式识别，分析质量控制方法及有关应用等。 学时：34,教学内容简介,化学计量学的兴起和发展,教学任务与特点,主要内容与安排,教学要求和方法,4,1

2、,2,3,第一章 绪 论,分析化学今昔,分析化学的三次变革,分析化学扩展边界-形成交叉学科,分析化学延伸边界,形成许多交叉学科,M/SMath./Statistics EElectronics CComputer ACAnalytical Chemistry EEnvironmental Science LSLife Science P/MPhysics/Material,化学计量学的诞生,交叉学科,奠基人： 瑞典-S.Wold 美国-B.R.Kowalski 1974年，由美国的BRKowalski和瑞典的SWold等发起，在美国华盛顿大学成立了国际化学计量学学会。 背景： 数据处理与信息提

3、取 计算机科学的发展,化学测量数据维数的变化,经典的二维图谱 A; At; EpH 三维图谱（DAD） HPLC-DAD,什么是化学计量学？,接口交叉学科，边缘学科 定义应用数学、统计学与计算机科学的方法，来设计或选择最优的化学实验方法，并从测量数据中最大限度地获取化学及相关信息。 概念说明 化学计量关系 化学统计学 计算分析化学,由于化学计量学并不局限于统计分析，还包括许多其他数学方法，是一门通过学科交叉发展起来的新兴化学学科。越来越多的化学工作者赞成使用化学计量学或分析化学计量学这个名称，也有的建议使用计算分析化学或计算化学作为学科名称。 近年来，以化学信息为主要内容的一门信息学科化学信息

4、学（chemo-informatics）正在形成和兴起。化学信息学的内容包括化学计量学的基本内容，还包括化学化工文献学、化学数据库、化学图形学、化学教育的现代技术和远程信息资源，本质上是国际互联网网络资源、化学数据库和化学计量学的结合。在药学学科的专业课程中，计算药物分析实际就是药学中的化学计量学，侧重于化学计量学在药学中的应用理论和方法的研究。,化学计量学的任务与特点,样品分析的过程图 中成药中硒的测定 化学计量学的任务 选择或设计优化的实验方法 获取分析对象的化学及相关信息,化学计量学的理论和方法贯穿于整个分析测试过程中！,首先必须建立方法，如确定用比色法、原子吸收分光光度法等。假设决定使

5、用原子吸收分光光度法，我们必须选择实验条件，包括样品制备方法、仪器条件等，以便确定实验方案，即设计分析方法。分析方法建立后还要对方法进行优化和验证。 下一步分析测定，包括测试样品的制备和测定。分析采样理论是指试样采集的数学统计理论。分析测定必须制备样品并使用分析仪器。 化学计量学更多地应用于分析的第三步数据处理。分析检测理论提供了对测量样品分析检测的数学统计基础；校正则是从化学测量数据中取得有关物质系统成分定量信息的基本手段，化学计量学的理论和方法也就显得更为重要。,方法 科学研究的,从人类基因组计划（HGP）说起,生物信息学,曼哈顿原子弹计划 （1942-46）,阿波罗登月计划 (1961-

6、69),人类基因组计划 (1990-2003),20世纪 三大科学计划,生物信息学（bioinformatics）有许多不同的定义。基于生物信息学与分子生物学的密切关系，狭义的生物信息学专指应用信息技术储存和分析基因组测序所产生的分子序列及其相关数据，也被称为分子生物信息学。,广义的生物信息学是指以核酸、蛋白质等生物大分子为主要研究对象，以信息、数理、计算机科学为主要研究手段，以计算机网络为主要研究环境，以计算机软件为主要研究工具，对序列数据进行储存、管理、注释、加工，对各种数据库进行查询、搜索、比较、分析，建构各种类型的专用数据库信息系统，研究开发面向生物学家的新一代计算机软件；并利用数理统

7、计、,模式识别、动态规划、密码解读、语义解析、信令传递、神经网络、遗传算法以及隐马氏模型等各种方法，对序列、结构数据进行定性和定量分析，从中获取基因编码、基因调控、序列-结构-功能关系等理性知识，阐明细胞、器官和个体的发生、发育、病变、衰亡的基本规律和时空联系，探索生命起源、生物进化、生命本质等重大理论问题，最终建立“生物学周期表”。,本课程的主要内容,化学计量学在药学中应用的理论、方法和技术,药学专业药物分析方向和中药学专业中药分析方向的一门专业课。 上世纪80年代中期（1983年）由我国著名药物分析学家安登魁教授创建。 选修课 - 必修课。 特色：学科交叉性、新颖性和药学特色； 强调方法学

8、，重视综合素质和能力的培养,学习这门课的目的与要求,掌握计算药学的基本原理和方法及其应用 拓宽自己的知识面和视野，向通才发展,TREE,Trend,Exchange,Review,Experiment & Experience,要求： 知识+能力 实用性+实践性,完成要求的基本习题 熟练使用常用工具软件（EXCEL、WORD、POWER POINT) 初步掌握常用计算编程软件(可选用Matlab、VB、SAS),考核办法: 平时(作业 ) + 考试 联系方式： 手机号邮箱 zhaodisi,Excel电子表格在定量分析中的应用,最为实用，最普遍 应用： 绘图、统计、数

9、据库 国际权威分析化学教材理论学习的基本内容，自20世纪90年代初期，Excel就被欧美分析化学教材推荐，应用于计算、统计和绘图，成为分析化学工作者必不可少的计算机工具。 药学实验室： 质量标准、稳定性研究中的数据运算、绘图、统计、贮存- 研究资料,1.1 数据的输入和计算,输入 计算 函数的应用 格式,average stdev (插入-函数-统计),1.2 数据的管理 1. 编辑,国际IUPAC原子量表 ，搜索“iupac atomic weights” 编辑/复制（或快捷键Ctrl+c） 把鼠标指针放在工作表中合适的位置，点击编辑/粘贴（Ctrl+v） 或者编辑/选择性粘贴。,2. 替换

10、(编辑菜单),1. find 函数 （查找任意指定字符在文本中的位置 ） 2. mid函数（查找任意指定数值在文本中的位置 ） 3. vlookup函数 （多功能的查找和定位） 4. 相对分子质量的计算,3、数据的描述性统计和图表,Excel 数据分析工具包提供了“描述统计”的功能，用于生成数据源区域中数据的单变量统计分析报表，提供有关数据趋中性和易变性的信息。在Excel描述统计结果中除平均值和标准差、方差、标准误差等基本统计参数外，还有中位数、众数、极值等参数。 Excel提供了多种图表类型，使用户建立基于贮存数据的各种类型的图表。对于分析化学的实验数据使用的图表类型以XY平滑线散点图居多

11、，可以此建立显示自变量(如标准溶液的浓度)和因变量(如分光光度法测定测得的吸光度)的标准曲线，也可以用于绘制滴定曲线、溶出度曲线等。,建立图表的方法主要有两种：使用“图表”工具栏和使用图表向导。 编辑图表可使图表的内容科学，形式符合要求。Excel 提供了各种格式，可方便地编辑数据系列的格式，可根据需要编辑坐标轴、标题、图注、图例、位置、尺寸等。,4、化学平衡及滴定曲线的计算,自上世纪80年代以后，国际权威分析化学教材已把Excel电子表格在分析计算中的使用方法作为必须学习的内容，其主要应用包括不同酸碱系统pH的计算，酸碱、络合、沉淀、氧化还原的四种主要滴定曲线的计算和绘图，高斯正态分布曲线和

12、电位滴定曲线的计算等。,应用Excel 电子表格绘制滴定曲线的方法可推广至所有的化学滴定分析方法。 对于滴定终点的确定，按照化学计量点附近出现的pH突跃除了应用指示剂的颜色突变外，以电位滴定曲线计算二阶微商为零的点也是常用的方法。 此外瑞典化学家Gran提出的线性滴定法为代表的计算滴定分析方法，通过建立滴定方程，也可应用Excel 电子表格，根据计算或作图确定滴定终点。,1.3 函数及其应用,Excel提供的大量不同类型的函数，可分为日期和时间函数，逻辑函数(运算符)，查找和引用函数, 数学和三角函数，统计函数以及文本和数据函数等。 附表1-1列出了在化学和药学应用中可能使用的函数。使用这些函数时需在Excel窗口打开插入-函数，找到所需函数后，点击“有关该函数的帮助”，根据显示的该函数的语法、说明和示例操作。,在化学计量学中，除了经典的统计分析，如相关分析、回归分析、统计检验、方差分析可以应用这些函数外，多变量统计分析和模式识别的矩阵运算也经常应用Excel的内部函数。 应用较多的有矩阵转置