Die Bioinformatik verzeichnet Fortschritte in einem noch nie dagewesenen Tempo. Gleichzeitig sind die Programme, die die zentralen Algorithmen implementieren, häufig in der Dateneingabe und -ausgabe miteinander inkompatibel. Infolgedessen kann es einen erheblichen Mehraufwand erfordern, einen Workflow zu etablieren, der verschiedene Programme kombiniert. Zudem ist die Flexibilität von Kommandozeilenprogrammen in der Regel auf eine übersichtliche Anzahl von Optionen beschränkt. Diese Umstände erschweren die Anpassung dieser Programme an neue Probleme. Eine Alternative zu Kommandozeilenprogrammen sind Programmbibliotheken, die es dem Benutzer ermöglichen, bereits implementierte Algorithmen anzuwenden und dabei gleichzeitig den vollen Funktionsumfang einer Programmiersprache bieten.

In dieser Dissertation wird das Python-Bioinformatik-Paket Biotite vorgestellt. Es vereint populäre Algorithmen aus der Sequenz- und Strukturanalyse in einer flexiblen Programmbibliothek, die sich auf eine Vielzahl von biologischen Fragestellungen anwenden lässt. Darüber hinaus werden neue Algorithmen vorgestellt, die das Instrumentarium des Bioinformatikers um einen neuartigen Ansatz zur Sequenzalignment-Visualisierung und um eine universelle Methode zur Wasserstoffvorhersage erweitert. Abschließend bietet diese Arbeit durch die Anwendung von Biotite neue Einblicke in den molekularen Mechanismus von Kationenkanälen und neue Ansätze zur Auswertung von Sequenzdaten aus SELEX-Experimenten.