复旦大学生命科学学院：《系统生物学》课程教学资源（课件讲稿）Systems Biology（主讲：吴超群）

系鏡物学 Systems Biology 复旦大学生命科学学院吴超群 Chaoqun Wi The School of life Sciences Fudan University 2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University

2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 1 Systems Biology 复旦大学生命科学学院 吴超群 Chaoqun Wu The School of Life Sciences Fudan University

系统生物学是继人类基因组计划后, 又一个解密生命奥秘的新探索 A new approach to decoding life Systems Biology 2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University

2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 2 系统生物学是继人类基因组计划后， 又一个解密生命奥秘的新探索 A new approach to decoding life: Systems Biology

讨论的内容 什么是系统生物学? 什么是生物系统? 系统生物学的研究内容 系统生物学的技术和方法 系统组学( Systeme) 癌的系统生物学 系统生物学对医学的影响 小结 2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University

2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 3 讨论的内容 ƒ 什么是系统生物学? ƒ 什么是生物系统? ƒ 系统生物学的研究内容 ƒ 系统生物学的技术和方法 ƒ 系统组学（Systeome） ƒ 癌的系统生物学 ƒ 系统生物学对医学的影响 ƒ 小结

Approach on human body 整体水平今器官水平细胞水平=→分子水平 系统生物学 Top-down Bottom-up 2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University

2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 4 Approach on human body Bottom-up Top-down 整体水平 器官水平 细胞水平 分子水平 系统生物学

什么是系统生物学? 2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University

2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 5 什么是系统生物学? 什么是系统生物学?

关于系统论( System Theory) 系统论的创始人是美籍奥地利理论生物茡家路德 维格·贝塔朗菲。 系统论是硏究系统的一般模式,结构和规律的学 问,它研究各种系统的共同特征,用数学方法定量 地描述其功能,寻求并确立适用于一切系统的原理 原则和数学模型,是具有逻辑和数学性质的一门新 兴的科学 研究和认识系统的目的之一,就在于有效地控制 和管理系统。控制论( Cybernetics则为人们对系统 的管理和控制提供了一般方法论的指导,它是数学、 自动控制、电子技术、数理逻辑、生物科学等学科 和技术相互渗透而形成的综合性科学 2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 6

2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 6 系统论的创始人是美籍奥地利理论生物学家路德 维格·贝塔朗菲。 系统论是研究系统的一般模式，结构和规律的学 问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量 地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、 原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门新 兴的科学。 研究和认识系统的目的之一，就在于有效地控制 和管理系统。控制论 (Cybernetics )则为人们对系统 的管理和控制提供了一般方法论的指导，它是数学、 自动控制、电子技术、数理逻辑、生物科学等学科 和技术相互渗透而形成的综合性科学。 关于系统论 （System Theory ）

系统论通常把系统定义为:由若干要素 以一定结构形式联结构成的具有某种功能 的有机整体。在这个定义中包括了系统、 要素、结构、功能四个概念,表明了要素 与要素、要素与系统、系统与环境三方面 的关系。 系统论认为,整体性、关联性,等级结 构性、动态平衡性、时序性等是所有系统 的共同的基本特征 2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University

2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 7 系统论通常把系统定义为：由若干要素 以一定结构形式联结构成的具有某种功能 的有机整体。在这个定义中包括了系统 、 要素 、结构 、功能四个概念，表明了要素 与要素、要素与系统、系统与环境三方面 的关系。 系统论认为，整体性、关联性，等级结 构性、动态平衡性、时序性等是所有系统 的共同的基本特征

A systems biology view Lifes Complexity Pyramid (oltvai-Barabasi, Science 10/25/02) ells and microorganisms have an im- finding that the structures of t pressive capacity for adjusting their works are governed by the same ntracellular machinery in response to comes as a surprise, however, changes in their environment, food avail new perspective on cellular organ ability, and developmental state. Add to this A simpl an amazing ability to correct internal er pose rors-battling the effects of such mistakes ed of the System nents of the as mutations or misfolded proteins--and w and metabol arrive at a conten ll paradigm(see the figure). Thes biology: our need to comprehend the stag Large-scale organizat on tary building blocks organize th gering complexity, versatility, and ro bustness of living systems. Although into small rd Functional molecular biology offers many spec-/G tacular successes. it is clear that the tife Modules detailed inventory of genes, pro- integrated to form functio teins, and metabolites is not suf- modules ficient to understand the cell's From the particular to t omplexity (1). As demon- ATP ADP ATP strated by two papers in Building this issue--Lee et al.(2) on page 799 and Milo LEU1BAT1[ILV2 Blocks et al. (3)on page Regulatory motifs Metabolic pathways scriptome, prot 824-viewing the metabolome cell as a network of genes and proteins offers a viable Components dres the com plexity of Iving systems Informatlon storage Processing Execution into According to the of cellular organ 20 basic dogma of molec- be achieved whe

2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 8 A systems biology view... Life‘s Complexity Pyramid (Oltvai-Barabasi, Science 10/25/02) Components Building Blocks Functional Modules System

Dynamic Systems he hallmarks of eancer Hanahan Weinberg Cell 200d HORMONES (L-SERINE Glycolysis GENASE KINAS CERONE-P HYDROXY gLucono- ATP ATP ETONE-P) genesis 3-P-HYDROXY- D.GLYCE PYRUVATE low RATE H,C-OP NADH+H+ 2-HYD GLYCEROL 3-P D-GLYCERAL 1.2 PROPANE HYDROXY DEHYDRO- GENASE DEHYDE REDUCTASE GENA FRUCTOSE H-C-OH NAD(P)H+H H,C-OH NAD+ NAD(P)H+H ALDEHYDE PNADH+H+ 器3 TRANSAMINASE (NADP)(Note 30) NAD(P)*. 2-HYDROXY PROPIONALDEHYDE GLUTARATE CEROL-3P H O P GLYCEROL 3-P-SERINE C-OH H, C-OH PYRUVATE A 2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University

2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 9 Dynamic Systems

系统生物学是生命科学研究领域的 门新兴学科。 系统生物学是研究一个生物系统中 所有组成成分的构成及其在特定条件 下相互关系的、以整体性研究为特征 种大学科。 2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 10

2005-3-24 Chaoqun Wu, Fudan University 10 系统生物学是生命科学研究领域的 一门新兴学科。 系统生物学是研究一个生物系统中 所有组成成分的构成及其在特定条件 下相互关系的、以整体性研究为特征 一种大学科