 Галина Юрьевна Ризниченко |
Биоинформатика и математическое моделирование - 2013Лекции прочитаны в Большой биологической аудитории (ББА, 2 этаж) Биологического факультета МГУ с 12 февраля по 17 апреля 2013 года еженедельно по вторникам с 1055 и средам с 900. Эпиграф: Ненаглядное пособие 12 февраля 2013 года. Лекция 1. » Программа: Интеграция данных и знаний. Цели моделирования. Базовые понятия Часть 2. Математический аппарат. Понятие переменных и параметров. Стационарное состояние и его устойчивость. Исследование устойчивости стационарного состояния для моделей, состоящих из одного автономного уравнения » Программа: Модели, описываемые автономным дифференциальным уравнением
Эпиграф: I will derive 13 февраля 2013 года. Лекция 2. Исследование одного уравнения. Модели роста популяций. Экспоненциальный рост. Логистический рост. Модели с наименьшей критической численностью. Дискретные модели: устойчивый рост, циклы, динамический хаос. Модели с запаздыванием. » Программа: Модели, описываемые автономным дифференциальным уравнением
Эпиграф: Nature by Numbers 19 февраля 2013 года. Лекция 3. Часть 1. Модели роста популяций. Дискретные модели: устойчивый рост, циклы, динамический хаос. Модели с запаздыванием. Вероятностные модели. Матричные модели популяций с возрастной структурой. » Учебник: Модели роста популяций
Часть 2. Модели взаимодействий компонентов в биологических системах. Системы из двух уравнений. Представление системы в фазовом пространстве переменных. Понятие фазовой плоскости, фазовой траектории. Стационарное состояние. Устойчивость стационарного состояния. Типы устойчивости линейных систем. » Программа: Модели, описываемые системами двух автономных дифференциальных уравнений
Эпиграф: Алиса в стране чудес 20 февраля 2013 года. Лекция 4. Модели взаимодействий компонентов в биологических системах. Системы из двух уравнений. Представление системы в фазовом пространстве переменных. Понятие фазовой плоскости, фазовой траектории. Стационарное состояние. Устойчивость стационарного состояния. Типы устойчивости линейных систем. Биологические системы – нелинейные. Качественные модели взаимодействий. Линеаризация решений в окрестности стационарного состояния. Схема исследования устойчивости стационарных состояний. Модели биохимических реакций. » Программа: Модели, описываемые системами двух автономных дифференциальных уравнений
Эпиграф: La grande migration 26 февраля 2013 года. Лекция 5. Модели взаимодействия видов. Примеры: классические модели Лотки и Вольтера. Модель конкурирующих видов в отсутствии ограничений. Методы математического описания ограничений численности. » Программа: Модели, описываемые системами двух автономных дифференциальных уравнений
Эпиграф: Медвежуть 27 февраля 2013 года. Лекция 6.
Часть 1. Иерархия времен в биологических системах. Квазистационарные концентрации. Редукция систем с учетом иерархии времен. » Программа: Иерархия времен в биологических системах. Быстрые и медленные переменные Часть 2. Модели переключений в биологических системах. Триггер. Модель синтеза двух ферментов Жакоба и Моно. Понятие бифуркаций. Качественное изменение поведения системы при изменении значений параметров. » Программа: Мультистационарные системы
Эпиграф: Болеро 5 марта 2013 года. Лекция 7. Часть 1. Модели переключений в биологических системах. Триггер. Модель синтеза двух ферментов Жакоба и Моно. Понятие бифуркаций. Качественное изменение поведения системы при изменении значений параметров. » Программа: Мультистационарные системы » Об ответах на вопросы по теме Иерархия времён в биологических системах Часть 2. Колебательные процессы. Понятие предельного цикла и автоколебаний. Мягкое и жесткое рождение предельного цикла. Бифуркация Андронова-Хопфа. Автокатализ. Типы обратной связи » Программа: Колебательные процессы
Эпиграф: 5/4 6 марта 2013 года. Лекция 8. Часть 1. Колебательные процессы. Понятие предельного цикла и автоколебаний. Мягкое и жесткое рождение предельного цикла. Бифуркация Андронова-Хопфа. Автокатализ. Типы обратной связи. Примеры. Брюсселятор. Гликолиз. Колебания в системе кальциевой регуляции » Программа: Колебательные процессы Часть 2. Квазистохастические процессы. Динамический хаос. Понятие странного аттрактора. Пример – аттрактор в системе Лоренца. Периодические воздействия и стохастические факторы. Нерегулярные колебания в гликолизе. Система переноса ионов в липидной мембране. » Программа: Квазистохастические процессы. Динамический хаос
Эпиграф: Самоорганизация биологических систем 12 марта 2013 года. Лекция 9. Часть 1. Квазистохастические процессы. Динамический хаос. Понятие фрактала. Система переноса ионов в липидной мембране. » Программа: Квазистохастические процессы. Динамический хаос Часть 2. Модели взаимодействия биологических видов. Классификация типов взаимодействия. Вольтерровские модели взаимодействия видов типа конкуренции и хищник-жертва. » Программа: Модели взаимодействия видов
13 марта 2013 года. Лекция 10. Часть 1. Модели взаимодействия биологических видов. Классификация типов взаимодействия. Вольтерровские модели взаимодействия видов типа конкуренции и хищник-жертва. Обобщенные модели взаимодействия Колмогорова, Розенцвейга и Базыкина. Модель взаимодействия видов насекомых. Модели переноса вещества и энергии в замкнутых по веществу экосистемах. Трофические сети. Модели лесных сообществ. » Программа: Модели взаимодействия видов Часть 2. Модели в микробиологии. Модель проточного культиватора. » Программа: Модели в микробиологии
19 марта 2013 года. Лекция 11. Часть 1. Модели в микробиологии. Модель проточного культиватора. Восстановление популяции после повреждающего воздействия. Двухвозрастная культура микроорганизмов. Условие возникновения колебаний. Модели популяций с возрастной структурой. Оптимальное управление динамикой роста накопительной и проточной культуры. » Программа: Модели в микробиологии
Часть 2. Пространственная организация биологических систем. Процессы переноса в биологических системах. Уравнения в частных производных типа реакция-диффузия-конвекция. » Программа: Живые системы и активные кинетические среды
Эпиграф: Ветер вдоль берега 20 марта 2013 года. Лекция 12. Вывод уравнения диффузии. Решение линейного уравнения диффузии методом разделения переменных. Собственные функции. Устойчивость гомогенного стационарного состояния. Распространение волны в системах с диффузией. Примеры. Распространение вида вдоль границы ареала. Распространение волны амброзиевого листоеда. » Программа: Живые системы и активные кинетические среды
Эпиграф: Крылья, ноги и хвосты 26 марта 2013 года. Лекция 13. Устойчивость однородных стационарных состояний в уравнениях реакция-диффузия. Понятия активатора и ингибитора. Типы неустойчивостей в системе двух уравнений: колебательная неустойчивость и неустойчивость Тьюринга. Распределенный брюсселятор. Границы устойчивости. Диссипативные структуры. Реакция Белоусова-Жаботинского – базовая модель нелинейного пространственно-временного поведения сложных систем. Дифференциация тканей и формообразование. Неустойчивость однородного стационарного состояния. Модели морфогенеза. Распределенный генетический триггер Жакоба и Моно. Модели раскраски шкур животных. » Программа: Живые системы и активные кинетические среды
Эпиграф: Контакт 27 марта 2013 года. Лекция 14. Дифференциация тканей и формообразование. Неустойчивость однородного стационарного состояния. Модели морфогенеза. Модель образования зон кислотного и щелочного рН вдоль мембраны клеточной водоросли Chara corallina. Возбудимые среды. Распространение нервного импульса. Возбудимый элемент. Надпороговое и подпороговое возбуждение. Классическая модель Ходчкина-Хаксли и базовая модель Фитцхью-Нагумо. Модели процессов в сердечной ткани. Взаимодействие переменных и параметров. Детальные модели процессов в кардиомиоцетах. Сердечные аритмии. Патологии сердечного ритма » Программа: Живые системы и активные кинетические среды
2 апреля 2013 года. Лекция 15. Татьяна Юрьевна Плюснина Базы данных. Систематизация и поиск информации » Программа: Эволюция и оптимизация. Модели экспрессии генов
3 апреля 2013 года. Лекция 16. Татьяна Юрьевна Плюснина Модели регуляции процессов в живой клетке с использованием данных биоинформатики. Метаболические и регуляторные генные сети. Потоковые модели процессов метаболизма. Решение задачи оптимизации. Методы линейного программирования » Программа: Эволюция и оптимизация. Модели экспрессии генов
9 апреля 2013 года. Лекция 17. Дмитрий Владимирович Зленко Биоинформатика. Анализ последовательностей. Матрицы сходства. Оценка расстояний. Алгоритмы выравнивания. Оценка значимости выравнивания. » Программа: Базы данных. Систематизация и поиск информации
10 апреля 2013 года. Лекция 18. Дмитрий Владимирович Зленко Молекулярное моделирование. Квантово-механические методы. Основы метода молекулярной динамики. Рентгеноструктурные данные. Библиотеки фрагментов. Генерация трехмерных координат. Потенциалы молекулярных взаимодействий. Совмещение молекулярных полей. Принципы организации структуры белков. Моделирование белков по гомологии. Процедуры оптимизации. Валидация моделей белков. Виртуальный скрининг и докинг. Разработка лекарственных веществ с использованием методов молекулярного моделирования. Компьютерные пакеты. » Программа: Базы данных. Систематизация и поиск информации
16 апреля 2013 года. Лекция 19. Кинетические и многочастичные броуновские модели. Модели процессов в субклеточных наносистемах. Прямое компьютерное моделирование. Броуновское движение и электростатические взаимодействия. Роль сложного интерьера клетки в кинетике наблюдаемых процессов. Пример – электронный транспорт, включающий взаимодействие подвижных белков-переносчиков с фотосинтетическим реакционным центром, в фотосинтетической мембране » Программа: Модели процессов на молекулярном уровне. Молекулярная динамика биомакромолекул
17 апреля 2013 года. Лекция 20. Модели биологического электронного транспорта. Окислительно-восстановительные реакции в растворе и мультиферментных комплексах. Классификация реакций в энергопреобразующих мембранах: фотосинтетической мембране и мембране митохондрий. Перенос электрона в мультиферментном комплексе. Графы состояний. Примеры переноса электрона в комплексах двух и трех переносчиков. Обмен электронами комплекса с подвижными переносчиками. Модель переноса электронов в изолированной фотосистеме 2. » Программа: Модели процессов на молекулярном уровне. Молекулярная динамика биомакромолекул
Эпиграф: Экзамен и психика 23 апреля 2013 года. Студенческая конференция
24 апреля 2013 года. Досрочный экзамен |
|
