Algorithmische Grundlagen der Bioinformatik: Modelle, Methoden und Komplexität
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart [u.a.]
Teubner
2003
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| Ausgabe: | 1. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Leitfäden der Informatik
Teubner-Lehrbuch : Informatik |
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| Beschreibung: | 346 S. Ill. |
| ISBN: | 3519003988 |
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| adam_text | Inhalt
1 Einleitung 11
1
Einführung und grundlegende Algorithmen 15
2 Grundlagen der Molekularbiologie 16
2.1 Proteine...................................... 16
2.2 Nucleinsäuren .................................. 18
2.3 Erbinformation und die Proteinbiosynthese.................. 21
2.4 Labortechniken.................................. 23
2.4.1 Grundbegriffe und Basismethoden....................... 24
2.4.2 Vervielfältigung von DNA............................ 24
2.4.3 Gelelektrophorese................................ 26
2.4.4 DNA-Chips.................................... 27
2.5 Literaturhinweise................................. 29
3 Grundlagen:
Strings,
Graphen und Algorithmen 30
3.1
Strings
...................................... 30
3.2 Graphen ..................................... 32
3.3 Algorithmen und Komplexität......................... 35
3.4 Literaturhinweise................................. 42
4 String-Algorithmen 45
4.1 Das String-Matching-Problem ......................... 43
4.2 String-Matching-Automaten .......................... 45
4.3 Der Boyer-Moore-Algorithmus......................... 50
4.4 Suffix-Bäume................................... 56
4.5 Weitere Anwendungen von Suffix-Bäumen................... 64
4.5.1 Verallgemeinerte Suffix-Bäume und das Teilstring-Problem......... 64
4.5.2 Längste gemeinsame
Teilstríngs
......................... 67
g
Inhalt
4.5.3 Effiziente Bestimmung von
Overlaps
...................... 70
4.5.4 Wiederholungen in
Strings
........................... 73
4.6 Zusammenfassung................................ 75
4.7 Literaturhinweise................................. 76
5
Alignment-
Verfahren 78
5.1
Alignment
von zwei
Strings
........................... 79
5.1.1 Grundlegende Definitionen........................... 79
5.1.2 Globales
Alignment
............................... 81
5.1.3 Lokales und semiglobales
Alignment
...................... 87
5.1.4 Verallgemeinerte Bewertungsfunktionen.................... 91
5.2 Heuristiken zur Datenbanksuche........................ 95
5.2.1 Das
FASTA-
Verfahren.............................. 95
5.2.2 Das BLAST-Verfahren.............................. 97
5.3 Multiple
Alignments
............................... 98
5.3.1 Definition und Bewertung von multiplen
Alignments
............. 98
5.3.2 Exakte Bestimmung multipler
Alignments
................... 102
5.3.3 Zusammenfügen paarweiser
Alignments
.................... 106
5.4 Zusammenfassung................................ 110
5.5 Literaturhinweise................................. 111
II
Sequenzierung von DNA 113
β
Problemstellung, Einleitung und Übersicht 114
7 Physikalische Kartierung 117
7.1 Restriktionsstellen-Kartierung......................... 117
7.1.1 Das Double-Digest-Verfahren.......................... 118
7.1.2 Das
Partial-Digest-
Verfahren.......................... 125
7.1.3 Methoden zur Restriktionsstellen-Kartierung im Vergleich.......... 135
7.2 Kartierung durch Hybridisierung........................ 136
7.2.1 Kartierung mit eindeutigen
Probes
....................... 139
7.2.2 Kartierung mit eindeutigen
Probes
und Fehlern................ 153
7.2.3 Kartierung mit nicht-eindeutigen
Probes
................... 158
7.3 Zusammenfassung................................ 160
7.4 Literaturhinweise................................. 161
8 Bestimmung der Basensequenz 163
8.1 Shotgun-Sequenzierung............................. 163
8.1.1 Fehlerquellen und Probleme beim
Fragment-Assembly
............ 166
Inhalt 9
8.1.2 Das Shortest-Common-Superstring-Problera.................. 168
8.1.3 Weitere Modelle für das
Pragment-Assembly-Problem
............ 188
8.2 Sequenzierung durch Hybridisierung...................... 192
8.3 Zusammenfassung................................ 198
8.4 Literaturhinweise................................. 199
III
Weitere molekularbiologische Problemstellungen 201
9 Bestimmung von Signalen in DNA-Sequenzen 202
9.1 Gleiche und ähnliche Teilstrings........................ 202
9.2 Tandem-Repeats................................. 206
9.3 Häufige und seltene Teilstrings......................... 212
9.4 Hidden-Markov-Modelle............................. 216
9.5 Zusammenfassung................................ 223
9.6 Literaturhinweise................................. 224
10 Vergleich von Genomen 226
10.1 Modellierung................................... 226
10.2 Sortieren ungerichteter Permutationen..................... 229
10.3 Sortieren gerichteter Permutationen...................... 236
10.4 Bestimmung des syntenischen Abstands.................... 237
10.5 Zusammenfassung................................ 244
10.6 Literaturhinweise................................. 244
11 Phylogenetische Bäume 246
11.1 Ultrametrische Distanzen............................ 247
11.2 Additive Bäume................................. 254
11.3 Zweiwertige Merkmale.............................. 257
11.4 Das Parsimony-Prinzip und die Quartett-Methode.............. 265
11.5 Zusammenfassung................................ 274
11.6 Literaturhinweise................................. 275
12 Molekülstrukturen 277
12.1 Vorhersagen der Sekundärstruktur von
RNA
................. 278
12.1.1 Minimierung der freien Energie......................... 280
12.1.2
Stochastische
kontextfreie Grammatiken.................... 287
10 Inhalt
12.2 Strukturbasierter Vergleich von Biomolekülen................. 295
12.3 Strukturvorhersagen für Proteine........................ 308
12.3.1 Das Gitter-Modell................................ 311
12.3.2
Protein-Threading
................................ 320
12.4 Zusammenfassung................................ 325
12.4.1 Vorhersagen der RNA-Sekundärstruktur.................... 325
12.4.2 Strukturbasierter Vergleich von Molekülen .................. 327
12.4.3 Strukturvorhersage für Proteine........................ 327
12.5 Literaturhinweise................................. 328
12.5.1 Vorhersagen der RNA-Sekundärstruktur.................... 328
12.5.2 Strukturbasierter Vergleich von Molekülen .................. 329
12.5.3 Strukturvorhersage für Proteine........................ 330
Literaturverzeichnis 331
Sachverzeichnis 340
Hans-Joachim Böckenhauer, Dirk Bongartz
Algorithmische Grundlagen
der Bioinformatik
Detailliert, theoretisch fundiert und zugleich anschaulich durch
viele Beispiele erlernen Sie die grundlegenden Fragestellungen der
Bioinformatik und die zugehörigen algorithmischen Methoden.
Die Bioinformatik hat in den vergangenen Jahren eine immer
höhere Aufmerksamkeit erhalten. Großprojekte wie das Human-
Genom-Projekt sind hierbei nur der Beginn einer stetigen Weiter¬
entwicklung dieser fruchtbaren Zusammenarbeit von Informatik
und Biologie.
Der Inhalt
Grundlagen der Molekularbiologie
Grundlagen:
Strings,
Graphen und Algorithmen
■ String-Algorithmen
- Alignment-Verfahren
Physikalische Kartierung
Sequenzierung
Signalbestimmung in DNA-Sequenzen
Vergleich von Genomen
, Phylogenetische Bäume
Molekülstrukturen
Die Zielgruppen
Studierende der Informatik und Bioinformatik an Universitäten
und Fachhochschulen
Die Autoren
Dr. Hans-Joachim Böckenhauer, RWTH Aachen
Dipl.
-Inform.
Dirk Bongartz, RWTH Aachen
Die Reihe
Leitfäden der Informatik
Herausgegeben von: Prof. Dr. Hans-Jürgen Appelrath, Prof. Dr.
Volker Claus, Prof.
Dr. Dr. he. mult.
Günter Hotz, Prof. Dr. Lutz
Richter, Prof. Dr. Wolffried Stucky, Prof. Dr. Klaus Waldschmidt
Lehrbuch
Informatik
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