Rechnen mit DNA

ISBN-13: 9783486275308 / Niemiecki / Miękka / 2004 / 316 str.

Thomas Hinze;Monika Sturm

Opis

Das Buch bietet eine umfassende und systematische Einfuhrung in das interdisziplinar gepragte Wissensgebiet des DNA-Computing einschlielich seiner mathematischen wie auch molekularbiologischen Grundlagen. Neben der Vermittlung von Basiswissen zum DNA-Computing werden Modelle, Methoden und Techniken vorgestellt, die eine Realisierung im Labor vorbereiten. Einen Schwerpunkt bildet die labornahe Simulation von Prozessen des DNA-Computing.

"Eine sehr schöne Darstellung, die ein aktuelles Gebiet nebst den klassisch benachbarten Gebieten behandelt." Prof. Dr. Dieter Spreen, Universität Siegen "Eine gute Mischung aus theoretischen Grundlagen und praxisrelevanten Ausführungen. Ein ausgezeichneter Einstiegspunkt für alle, die sich mit der faszinierenden Welt des DNA-Computing vertraut machen wollen." Sergei Sawitzki

Recenzje

"Eine sehr schöne Darstellung, die ein aktuelles Gebiet nebst den klassisch benachbarten Gebieten behandelt." Prof. Dr. Dieter Spreen, Universität Siegen "Eine gute Mischung aus theoretischen Grundlagen und praxisrelevanten Ausführungen. Ein ausgezeichneter Einstiegspunkt für alle, die sich mit der faszinierenden Welt des DNA-Computing vertraut machen wollen." Sergei Sawitzki

Spis treści

1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;8
3;1 Einführung;12
4;2 DNA-Computing Entwicklung des interdisziplinären Wissensgebietes;16
5;3 Mathematische Grundlagen des DNA- Computing;28
5.1;3.1 Grundbegriffe;33
5.1.1;3.1.1 Mengen;33
5.1.2;3.1.2 Funktionen;36
5.1.3;3.1.3 Multimengen;38
5.1.4;3.1.4 Graphen;40
5.1.5;3.1.5 Algebraische Strukturen;41
5.1.6;3.1.6 Formale Sprachen;42
5.1.7;3.1.7 Endliche Automaten;45
5.2;3.2 Ausgewählte konventionelle universelle Berechnungsmodelle;47
5.2.1;3.2.1 Deterministische und nichtdeterministische Turingmaschine;47
5.2.2;3.2.2 Klasse der µ-rekursiven Funktionen;53
5.2.3;3.2.3 Klasse der WHILE-Programme;58
5.2.4;3.2.4 Chomsky-Grammatiken zur Beschreibung rekursiv aufzählbarer Sprachen;62
5.2.5;3.2.5 Ungetypter .-Kalkül;68
5.3;3.3 Zusammenhänge zwischen konventionellen universellen Berechnungsmodellen;76
5.3.1;3.3.1 Transformation von Turingmaschinen in Chomsky- Grammatiken vom Typ 0;76
5.3.2;3.3.2 Transformation von Chomsky-Grammatiken vom Typ 0 in Turingmaschinen;77
5.3.3;3.3.3 Transformation von Turingmaschinen in WHILE- Programme;79
5.3.4;3.3.4 Transformation von WHILE-Programmen in Turingmaschinen;83
5.3.5;3.3.5 Transformation von µ-rekursiven Funktionen in WHILE-Programme;85
5.3.6;3.3.6 Transformation von WHILE-Programmen in µ-rekursive Funktionen;87
5.3.7;3.3.7 Transformation von µ-rekursiven Funktionen in .-Terme;90
5.3.8;3.3.8 Transformation von .-Termen in µ-rekursive Funktionen;95
5.4;3.4 Algorithmus- und Berechenbarkeitsbegriff;97
5.5;3.5 Ausgewählte komplexitätstheoretische Grundlagen;101
5.5.1;3.5.1 Komplexitätsmafle für Algorithmen;101
5.5.2;3.5.2 Komplexitätsklassen P und NP;103
5.5.3;3.5.3 Ausgewählte NP-vollständige Probleme;105
6;4 Molekularbiologische Grundlagen des DNA-Computing;108
6.1;4.1 DNA als Datenträger-Struktur und Eigenschaften;110
6.1.1;4.1.1 DNA-Einzelstr ange und ihre Prim arstruktur;110
6.1.2;4.1.2 DNA-Doppelstr ange und ihre Sekund arstruktur;113
6.1.3;4.1.3 DNA-Konformationen und Terti arstruktur;116
6.1.4;4.1.4 Eigenschaften von DNA-Str angen;118
6.2;4.2 Allgemeine Grundsätze zum laborpraktischen Umgang mit DNA;119
6.3;4.3 Gewinnen von DNA;121
6.3.1;4.3.1 DNA-Einzelstrangsynthese;122
6.3.2;4.3.2 DNA-Isolation aus Organismen;124
6.4;4.4 Mischen und Aufteilen von DNA in wässriger Lösung;125
6.4.1;4.4.1 Vereinigung;125
6.4.2;4.4.2 Aliquotierung;126
6.5;4.5 Knüpfen und Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen;127
6.5.1;4.5.1 Hybridisierung;128
6.5.2;4.5.2 Denaturierung;129
6.6;4.6 Enzymatische Reaktionen;130
6.6.1;4.6.1 Ligation;133
6.6.2;4.6.2 Restriktionsspaltung;135
6.6.3;4.6.3 Strangendenmodifikation;137
6.6.4;4.6.4 Polymerisation;139
6.6.5;4.6.5 Polymerase-Kettenreaktion;140
6.7;4.7 Separieren und Analysieren von DNA-Strängen;143
6.7.1;4.7.1 Avidin-Biotin-Separation;143
6.7.2;4.7.2 Gel-Elektrophorese;145
6.7.3;4.7.3 Sequenzierung;148
6.8;4.8 Systematisierung von DNA-Operationen und ihrer Seiteneffekte;150
7;5 Labornahe Simulation molekularbiologischer Prozesse auf DNA;154
7.1;5.1 Von realen Vorgängen aus Physik und Chemie zum mathematischen Modell Ideen und Ansätze;156
7.1.1;5.1.1 Grundlagen der Modellierung molekülbasierter Vorgänge;156
7.1.2;5.1.2 Parametrisierung molekülbasierter Vorgänge;160
7.1.3;5.1.3 Belegung der Parameter mit Anfangswerten;163
7.1.4;5.1.4 Dynamische Anpassung der Parameter;164
7.1.5;5.1.5 Behandlung von Kollisionen;166
7.1.6;5.1.6 Reaktionskinetik;168
7.2;5.2 Allgemeine Simulationsmethoden für molekülbasierte Vorgänge;172
7.2.1;5.2.1 Simulationsmethoden Klassifikation und Eigenschaften;172
7.2.2;5.2.2 Erzeugung von Zufallszahlen für stochastische Simulationen;175
7.2.3;5.2.3 Ausgewählte Kombinationen von Simulationsmethoden im Detail;180
7.3;5.3 Parametrisierung der Primär- und Sekundärstruktur von DNA;190
7.3.1;5.3.1 Erfassung der Primärstruktur durch Zeichenketten;190
7.3.2;5.3.2 Erfassung der Sekundärstruktur durch Bindungsma

O autorze

Thomas Hinze schloss 1997 das Studium der Informatik ab. Nach einer Industrietätigkeit als Software-Entwickler promovierte er 2002 über "Universelle Modelle und ausgewählte Algorithmen des DNA-Computing", gefördert durch ein Stipendium der Studienstiftung des Deutschen Volkes. Derzeit ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Friedrich-Schiller-Universität Jena tätig. Monika Sturm studierte Informatik an der Technischen Universität Dresden, Diplom 1977, Promotion 1989, während dieser Zeit Forschungs- und Entwicklungstätigkeit bei Robotron Elektronik Dresden, seit 1989 wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Technischen Universität Dresden, Fakultät Informatik, Institut für Theoretische Informatik.