生物化學、生物計算和生物統計學基礎

---

什麼是生物統計學？

生物統計學是一門將統計學應用於生物學廣泛概念的科學。統計學主要涉及資料收集、組織、分析、解釋和呈現。

生物統計學的重要性

生物統計學主要致力於開發和應用最合適的方法，用於以下目的。

• 資料收集 - 這裡的事實以定量形式表達，為此資料來自主要和次要來源。

• 呈現收集到的資料 – 資料以表格形式呈現，作為資料的分類，並透過圖表稱為資料的圖表化。

• 資料分析和結果解釋 – 分兩個階段進行。第一個基於定量資料分析構建的問卷結果，第二個基於訪談結果，並關注小組討論的定性解釋。

• 基於分析的決策 - 這裡決策分析是基於研究和研究工作的系統建模做出決策的過程。

生物統計學家的作用

所有生物統計學家都與研究團隊密切合作。生物統計學家的三個主要作用包括以下領域。

• 研究計劃 – 幫助進行調查或在資料收集之前指導實驗設計。

• 描述性工具和推論統計 – 使用統計方法和技術分析資料。

• 統計考慮和發展大資料 – 向研究人員和其他有影響力的決策者展示和解釋結果。

生物化學基礎

生物化學是一門試圖在分子水平上解釋生命的科學學科。

生命有 6 種元素，它們是每種化合物的組成部分，沒有這些元素就沒有生物。

• 碳。

• 氫。

• 氧。

• 氮。

• 磷。

• 硫。

利用這 6 種生命元素，主要形成了 4 種類型的有機大分子或生物分子，所有生物的生存都依賴於它們。

• 核酸。

• 碳水化合物。

• 蛋白質。

• 脂類。

生物化學的重要性與其在分子水平上解釋生命系統的能力有關。因此，瞭解像 DNA 這樣的單個分子的物理結構和化學反應性有助於我們瞭解這些分子如何結合在一起形成細胞內更大的細胞器，例如線粒體。然後我們就可以瞭解細胞如何結合形成功能器官，最終形成像人類這樣的完整生物體。

生物分子的分子結構和功能

生物化學的研究還涉及在表示結構和功能時開發和使用一致的術語。分子的結構主要以 3 種方式表示。

• 結構式：它僅包括分子中存在的原子和鍵。不傳達有關 3D 結構的任何資訊。

• 球棍模型：這種檢視不僅讓我們看到原子和連線它們的鍵，還讓我們瞭解它們如何在 3D 空間中排列。該模型的侷限性在於它無法提供有關分子大小的資訊。

• 空間填充模型：在此模型中，我們不僅可以看到原子的 3D 排列，還可以更好地瞭解分子的尺寸。

四種主要生物分子的結構可能由所有或其中一些 3 種方式表示。

生物分子的功能

下面討論了四種重要的生物大分子及其在細胞中的功能。

碳水化合物 – 它是長鏈的葡萄糖分子，由 3 種元素 C、H 和 O 組成，其在體內的主要功能是儲存能量。這些碳水化合物的一些次要功能可見於構建細胞膜的一部分等。

蛋白質 – 構建這些大分子的原材料通常來自我們食用的食物。蛋白質參與細胞內的大多數主要工作。這些呈鏈狀形式，由氨基酸序列組成。自然界中存在 20 種氨基酸。

核酸 – DNA 和 RNA 是存在於所有生物體中的兩種核酸。這些核酸在體內的功能是儲存構建生命的必要資訊。

脂類 – 這些也被稱為脂肪，其主要功能是在生物體中形成膜，以隔開內外環境。它們對於維持體內平衡非常重要，體內平衡是生命的重要特徵之一。脂類具有儲存能量作為脂肪的次要作用。

生物計算簡介

生物計算是一門利用生物物質執行計算任務（例如在矽晶片等裝置中儲存資料）的科學。首先發現的思想是 DNA 是否可以用於計算任務。

這是一門跨學科的學科，包括生物化學、分子生物學、遺傳學、計算機科學、數學、生物學、化學和物理學。生物計算就像科學家用來透過探索涉及自然界兩種構建塊（稱為 DNA 和蛋白質）的生物學問題來提供理論資料的工具。

生物計算主要根據其組成部分分為兩種型別。

• 使用遺傳演算法。

• 使用神經網路。

為什麼要使用生物計算？

矽技術的侷限性如下

• 電路整合尺寸。

• 時鐘頻率。

• 功耗。

• 散熱。

有助於在規定的時間內解決生物學問題。

用於解決許多問題的生物計算機型別包括生化計算機、生物力學計算機和生物電計算機。

DNA 計算

DNA 計算機是一種分子或生化計算機，它使用 DNA 來解決複雜問題。這些計算機使用可以與 DNA 鏈反應並導致連鎖反應的酶。

應用

• DNA 晶片

• 密碼學

• 遺傳程式設計

• 醫學應用

結論

生物化學是大型生物分子的領域，包括蛋白質、脂類、碳水化合物和核酸。每個活細胞都透過大分子（如酶、受體、蛋白質以及 DNA 或 RNA）之間的相互作用來運作。

因此，生物化學只是在分子水平上研究細胞。生物計算也是利用生物模型或其概念來執行計算任務以解決生物學問題的系統。生物統計學是在生物學領域（如實驗、研究、醫療保健等）中應用統計方法及其方法。