Modellierungspraktikum Biochemische Reaktionsnetzwerke

Modellierungspraktikum
Biochemische Reaktionsnetzwerke
Sommersemester 2015
Potentielle Projektthemen
Prof. Dr. Thorsten Raasch
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Institut für Mathematik
Projekt 1: Glykolyse und glykolytische Oszillationen
Modellierungsziel
Modellierung der Glykolyse, d.h. der Umsetzung von Glukose (C6H12O6)
in Energie (d.h. ATP)
Inhalt:
Glykolyse = 11-stufige enzymatische Reaktion
Modelle von Sel’kov (1968) und Goldbeter/Lefever (1972)
Rückkopplungen und Oszillationen
Material
Keener/Sneyd, Mathematical Physiology, Abschnitt 1.5
s.a. Kremling, Kompendium Systembiologie, Abschnitte 9.2/9.3
Projekt(gruppe) 2: Zelluläre Homöostase
Modellierungsziel
Modellierung von Regulationsmechanismen der Zelle am Beispiel des
Stofftransports (z.B. Ionen, Wasser, Kleinmoleküle) durch Zellmembrane
Inhalt:
Transportwege durch die Zellmembran (Poren, Kanäle, )
enzymatisch katalysierte Ionen-Pumpmechanismen (z.B. via
Na+-K+-ATPase, Ca2+-ATPase), z.B. Post-Albers-Modell (1969)
Membranpotential, Vergleich mit elektrischen Schaltkreisen
Regelung von Zellvolumen und Membranpotential, Osmose
Material
Keener/Sneyd, Mathematical Physiology, Abschnitte 2.1, 2.4-2.8
Projekt(gruppe) 3: Anregung von Neuronen
Modellierungsziel
Modellierung der elektrischen Anregung von Neuronen
Inhalt:
Anregbare Systeme
Hodgkin-Huxley-Modell (1952)
FitzHugh-Nagumo-Modell (1955ff., 1962)
optional: Kalzium-Oszillation
Material
Keener/Sneyd, Mathematical Physiology, Abschnitte 5.1, 5.2 (+7.2)
Projekt(gruppe) 4: Regulierung von Zellfunktionen
Modellierungsziel
Modellierung verschiedener Regulationsmechanismen in Zellen
Inhalt:
Regulierung der Genexpression (z.B. Produktion von RNA)
trp (Tryptophan)-Repressor-Modell
lac (Laktose)-Operon-Modell von Jacob und Monod (1960)
Modelle zur Circadianen Rhythmik (Schlaf-Wach-Zyklus)
Modelle für den Zellzyklus (Wachstum, Teilung)
Material
Keener/Sneyd, Mathematical Physiology, Abschnitte 10.1-10.3