IV117: Úvod do systémové biologie

Podobné dokumenty
IV117: Úvod do systémové biologie

IV117: Úvod do systémové biologie

Modelování biochemických procesů: Deterministický model transkripční regulace

Úvod do systémové biologie

KMA/MM. Chemické reakce.

Modelov an ı biologick ych syst em u Radek Pel anek

časovém horizontu na rozdíl od experimentu lépe odhalit chybné poznání reality.

IV117: Úvod do systémové biologie

Modelování a simulace Lukáš Otte

Diferenciální rovnice a jejich aplikace. (Brkos 2011) Diferenciální rovnice a jejich aplikace 1 / 36

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Kapitola 10: Diferenciální rovnice 1/14

SADA VY_32_INOVACE_CH2

Rychlost chemické reakce A B. time. rychlost = - [A] t. [B] t. rychlost = Reakční rychlost a stechiometrie A + B C; R C = R A = R B A + 2B 3C;

Kinetika chemických reakcí

Chemická kinetika. Chemické změny probíhající na úrovni atomárně molekulové nazýváme reakční mechanismus.

MATEMATIKA III. Olga Majlingová. Učební text pro prezenční studium. Předběžná verze

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

ekologie Pavel Fibich rovnice rovnice Pavel Fibich Shrnutí Literatura

Enzymy. aneb. Není umění dělat co tě baví, ale najít zalíbení v tom, co udělati musíš. Luboš Paznocht

Reakční kinetika. Nauka zabývající se rychlostí chemických reakcí a ovlivněním rychlosti těchto reakcí

Energie v chemických reakcích

PB050: Modelování a predikce v systémové biologii

MODELOVÁNÍ. Základní pojmy. Obecný postup vytváření induktivních modelů. Měřicí a řídicí technika magisterské studium FTOP - přednášky ZS 2009/10

Autokláv reaktor pro promíchávané vícefázové reakce

Teorie transportu plynů a par polymerními membránami. Doc. Ing. Milan Šípek, CSc. Ústav fyzikální chemie VŠCHT Praha

1. Číselné posloupnosti - Definice posloupnosti, základní vlastnosti, operace s posloupnostmi, limita posloupnosti, vlastnosti limit posloupností,

CW01 - Teorie měření a regulace

Tabulace učebního plánu. Obecná chemie. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Ročník: 1.ročník a kvinta

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

Logaritmické a exponenciální funkce

U Úvod do modelování a simulace systémů

9. Chemické reakce Kinetika

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

Návrh a simulace zkušební stolice olejového čerpadla. Martin Krajíček

pevná látka tekutina (kapalina, plyn) (skripta str )

IV117: Úvod do systémové biologie

Vybrané technologie povrchových úprav. Základy vakuové techniky Doc. Ing. Karel Daďourek 2006

Obsah Obyčejné diferenciální rovnice

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

FYZIKÁLNÍ CHEMIE I: 1. ČÁST KCH/P401

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_10_Ch_OB Ročník: I. Vzdělávací oblast: Přírodovědné

2. Úloha difúze v heterogenní katalýze

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

Aplikovaná numerická matematika

1.1 Existence a jednoznačnost řešení. Příklad 1.1: [M2-P1] diferenciální rovnice (DR) řádu n: speciálně nás budou zajímat rovnice typu

MATEMATICKÝ MODEL PŮDNÍHO BIOREAKTORU V PROSTŘEDÍ MATLAB A FEMLAB. Marta Palatová, Miloš Kmínek, Jana Finkeová

Úvodem Dříve les než stromy 3 Operace s maticemi

Parciální diferenciální rovnice

DISKRÉTNÍ PROCESY V ELEKTROTECHNICE

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Diferenciální rovnice. študenti MFF 15. augusta 2008

na stabilitu adsorbovaného komplexu

analýzy dat v oboru Matematická biologie

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

Kapitola 12: Soustavy diferenciálních rovnic 1. řádu

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

Státní závěrečná zkouška z oboru Matematika a její použití v přírodních vědách

Chemická kinetika. Chemická kinetika studuje Rychlost chemických reakcí Mechanismus reakcí (reakční kroky)

Statistika. Regresní a korelační analýza Úvod do problému. Roman Biskup

Požadavky k písemné přijímací zkoušce z matematiky do navazujícího magisterského studia pro neučitelské obory

Teorie systémů TES 1. Úvod

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. CW01 - Teorie měření a regulace 10.2 ZS 2010/2011. reg Ing. Václav Rada, CSc.

POŽADAVKY K SOUBORNÉ ZKOUŠCE Z MATEMATIKY

Název školy: SPŠ Ústí nad Labem, středisko Resslova

Pravidla a podmínky k vydání osvědčení o způsobilosti vykonávat aktuárskou činnost

Test vlastnosti látek a periodická tabulka

Základy vakuové techniky

8.4. Shrnutí ke kapitolám 7 a 8

ÚVOD DO MATEMATICKÉ BIOLOGIE I. UKB, pav. A29, RECETOX, dv.č.112 Institut biostatistiky a analýz

Chemická kinetika. Reakce 1. řádu rychlost přímo úměrná koncentraci složky

Úvod do analytické mechaniky

PA054: Formální modely v systémové biologii

Wolfram Alpha. v podobě html stránky, samotný výsledek je často doplněn o další informace (např. graf, jiné možné zobrazení výsledku a

7. Rozdělení pravděpodobnosti ve statistice

11. přednáška 10. prosince Kapitola 3. Úvod do teorie diferenciálních rovnic. Obyčejná diferenciální rovnice řádu n (ODR řádu n) je vztah

Chemie - 5. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP.

Lorenzův atraktor. MM semestrální práce. Jméno a příjmení: Pavel Martínek Osobní číslo: A08N0203P. Datum odevzdání: 12.2.

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_11_Ch_OB Ročník: I. Vzdělávací oblast: Přírodovědné

POČÍTAČOVÁ SIMULACE PODNIKOVÝCH PROCESŮ. Ing. V. Glombíková, PhD.

01 Teoretické disciplíny systémové vědy

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Úvod do matematického modelování

10. Techniky formální verifikace a validace

SIMULACE SPOLEHLIVOSTI SYSTÉMŮ HROMADNÉ OBSLUHY. Michal Dorda. VŠB - TU Ostrava, Fakulta strojní, Institut dopravy

Vektorový prostor. Př.1. R 2 ; R 3 ; R n Dvě operace v R n : u + v = (u 1 + v 1,...u n + v n ), V (E 3 )...množina vektorů v E 3,

Teorie měření a regulace

Trocha termodynamiky ještě nikdy nikoho nezabila (s pravděpodobností

Dynamická podstata chemické rovnováhy

Vícefázové reaktory. Probublávaný reaktor plyn kapalina katalyzátor. Zuzana Tomešová

Přednáška 2. Martin Kormunda

Stefan Ratschan. Fakulta informačních technologíı. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti 1 / 16

1/15. Kapitola 12: Soustavy diferenciálních rovnic 1. řádu

fakulty MENDELU v Brně (LDF) s ohledem na disciplíny společného základu (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.

Nultá věta termodynamická

Modelování polohových servomechanismů v prostředí Matlab / Simulink

Studijní program Matematika Obor Pravděpodobnost, matematická statistika a ekonometrie

Úloha 3-15 Protisměrné reakce, relaxační kinetika Úloha 3-18 Protisměrné reakce, relaxační kinetika... 6

Základní vlastnosti křivek

PŘEDNÁŠKA 1 - OBSAH. Přednáška 1 - Obsah

Transkript:

IV117: Úvod do systémové biologie David Šafránek 8.10.2008

Obsah Metody dynamické analýzy

Obsah Metody dynamické analýzy

Shrnutí biologický systém definován interakcemi mezi jeho komponentami interakce jsou omezeny základními zákony chemie ale i evolučním vývojem syntaxí organismu-systému je síť komponent statická analýza sémantikou organismu-systému je jeho funkce (dynamika) dynamická analýza základní koncepty systémové biologie modely a simulace in silico důraz na interakci, součinnost hierarchie (např. separace časových škál) vymezení relevantního podprostoru možností

Shrnutí experimentalni analyza overeni/zamitnuti biologicka data ziskavani znalosti modelovani experimenty in vivo/in vitro in silico model vyvoj technologie hypotezy simulace analyza

Modely dynamiky základní vlastnosti chemické reakce syntéza a rozklad látek v čase stav situace pozorovaná v určitém okamžiku kinetika změna stavu za limitní jednotku času rychlost reakce určuje konstanta (reaction rate, mol/s) ekvilibrium rovnovážný stav vyčerpání energie (zdrojů) reakce vyrovnávají vzájemný účinek přeměna: A k B syntéza: A + B k 1 AB rozklad: AB k 1 A + B

Deterministické modely dynamiky makropohled předpoklad vysoké molární koncentrace látek stav vektor aktuálních koncentrací látek vyžadují nejvíce kvantitativních znalostí diskrétní modely abstrahující čas a hodnoty koncentrací boolovské sítě a kinetická logika stav zachycuje určitou diskrétní úroveň koncentrací disktrétní modely abstrahující čas a průběh interakcí stav definován jako u spojitých modelů dynamika řídících interakcí diskretizována

Stochastické modely dynamiky mikropohled interakce individuálních molekul [Gillespie] stav zachycuje počty molekul jednotlivých látek může být přímo diskrétní konfigurace nebo distribuční funkce vzhledem k čase diskrétní i spojité modely markovovy řetězce stochastické diferenciální rovnice

Deterministické modely dynamiky differential equations continuous logic kinetic logic boolean networks discrete continuous

Koncept vymezení relevantního podprostoru

Koncept vymezení relevantního podprostoru

Obsah Metody dynamické analýzy

Konverze/rozklad látky v čase A k B reakce 1. řádu ireversibilní (jednosměrná reakce) substrátem (příp. produktem) je jedna molekula odpovídá všem druhům přírodního rozkladu/konverze radioaktivní rozpad, aktivace/inaktivace molekuly, fluorescence,...

Konverze/rozklad látky v čase A k B předpokládejme [A] nádoba obsahující n A molekul kolik molekul se rozpadne/zkonvertuje v čase t? hodnota přímo úměrná hodnotě n A v daném okamžiku dn A(t) = k n A (t) koeficient úměrnosti je konstanta k [s 1 ] tzv. reakční konstanta (koeficient) - determinuje rychlost reakce

Konverze/rozklad látky v čase dn A (t) = k n A (t) jaká funkce má stejný tvar jako její derivace? f (t) = 1 + t + t 2 /2! + t 3 /3! + t 4 /4! +... f (t) = e t platí de t = e t

Exponenciální rozklad/konverze A k B dn A(t) = k n A (t)

Exponenciální rozklad/konverze A k B dn A(t) = k n A (t) n A (t) = n A (0) e kt lineární dif. rce 1. řádu jednoznačné řešení numericky aproximovatelné

Exponenciální rozklad/konverze

Eulerova metoda dy = f (t, y) y n+1 = y n + t f (t n, y n ) 1. init t 0, y 0, t, n; 2. for j from 1 to n do 2.1 m := f (t 0, y 0 ); 2.2 y 1 := y 0 + tm; 2.3 t 1 := t 0 + t; 2.4 t 0 := t 1 ; 2.5 y 0 := y 1 ; 3. end

Zákon o aktivním působení hmoty rychlost reakce je přímo úměrná součinu koncentrací reaktantů příma úměrnost je určena reakční konstantou chemické reakce typicky splňují tento zákon předpokladem je ideální promíchanost látek v reakčním prostředí (nezávislost na individuálním chování molekuly)

Model dynamiky rozkladu/konverze A k B d[a] = k[a] d[b] = k[a]

Model dynamiky rozkladu/konverze A k B d[a] = k[a] d[b] = k[a] 0 = d[a] Ekvilibrium: = d[b] = k[a] [A] = 0 vyčerpání zdrojové látky A asymptoticky stabilní stav

Průběh rozkladu/konverze v čase

Reversibilní konverze látky v čase A k 1 k 2 B d[a] = k 1 [A] + k 2 [B] d[b] = k 1 [A] k 2 [B]

Reversibilní konverze látky v čase A k 1 k 2 B Ekvilibrium: d[a] d[a] = k 1 [A] + k 2 [B] d[b] = k 1 [A] k 2 [B] = d[b] = 0 k 1 [A] = k 2 [B] [B] [A] = k 1 k 2

Průběh reversibilní konverze v čase

Model dynamiky syntézy dvou látek A + B k AB d[a] = k[a][b] d[b] = k[a][b] d[ab] = k[a][b] reakce 2. řádu, k je měřeno v [M 1 s 1 ] reakce vyšších řádů málo pravděpodobné (kolize molekul)

Průběh syntézy dvou látek

Model dynamiky (binárního) rozkladu sloučenin AB k A + B d[a] = k[ab] d[b] = k[ab] d[ab] = k[ab]

Průběh binárního rozkladu v čase

Model dynamiky reversibilní reakce AB k 1 k 2 A + B d[a] = k 1 [AB] k 2 [A][B] d[b] = k 1 [AB] k 2 [A][B] d[ab] = k 1 [AB] + k 2 [A][B]

Průběh reversibilní reakce v čase

Paralelní reakce

Nástroje numerické simulace COPASI http://www.copasi.org/ BioNESSIE http://www.bionessie.org/ MatLAB, Maple, Mathematica,...