Ruprecht Karls Universität Heidelberg


Physik der biologischen Netzwerke

Dieser Kurs findet donnerstags von 11.30-13.00 Uhr im Kleinen Hörsaal B im Flachbau der Physik (30.22) statt. Die Vorlesung beginnt mit einer Einführung am 23.4.2009. Die Übungen finden mittwochs ab dem 20.5.2009 um 15.45 Uhr im 14täglichen Rhythmus in SR 5/1 statt und werden von Jakob Schluttig gehalten. Am 20.5.2009 wird eine Einführung in Matlab gegeben. Matlab ist eine integrierte Programmierumgebung, die für Studenten der Uni Karlsruhe durch eine Campuslizenz zugänglich ist und von uns empfohlen wird, da sie Programmierung und Visualisierung in einer Umgebung erlaubt. Alternativen sind Maple oder Mathematica. Ansonsten kann man auch Programmiersprachen wie C bzw. Cpp verwenden, die dann durch externe Visualisierungstools wie gnuplot ergänzt werden sollten.

Gliederung

  1. Einleitung: Netzwerke in der Praxis
  2. Graphentheorie und Zufallsgraphen (ER-Graphen)
  3. Perkolationstheorie
  4. Verallgemeinerte Zufallsgraphen und erzeugende Funktionen
  5. Small-World Netzwerke (WS-Modell)
  6. Dynamische und skalenfreie Netzwerke (BA-Modell)
  7. Biologische Netzwerke (Protein-Protein-Wechselwirkungsnetzwerke, Transkriptionsnetzwerke, metabolische Netzwerke)

Material zur Vorlesung

Material zur Übung

Übungsblätter

Empfohlene Literatur

Bücher

  • Stefan Bornholdt und Heinz Georg Schuster, Handbook of graphs and networks, Wiley 2003
  • SN Dorogovtsev and JFF Mendes, Evolution of networks, Oxford 2003
  • Alain Barrat, Marc Barthelemy and Alessandro Vespignani, Dynamical processes on complex networks, Cambridge University Press 2009
  • Jörg Reichardt, Structure in complex networks, Springer Lecture Notes in Physics 766, Springer Heidelberg 2009
  • Uri Alon, An Introduction to systems biology, Chapman and Hall/CRC 2007
  • Edda Klipp et al., Systems biology in practice, Wiley 2005
  • Volkhard Helms, Principles of Computational Cell Biology, Wiley-VCH 2008
  • Dietrich Staufer, Introduction to percolation theory, Taylor & Francis 2003

Reviews

  • R Albert and AL Barabasi, Statistical mechanics of complex networks, Rev. Mod. Phys. 74, pp. 47-97, 2002
  • MEJ Newman, The structure and function of complex networks, SIAM Review 45, 167-256 (2003)

Allgemeinverständliche Artikel

  • Steven H Strogatz, Exploring complex networks, Nature 410: 268, 2001
  • AL Barabasi und E Bonabeau, Skalenfreie Netze, Spektrum der Wissenschaft Juli 2004 (englische Version: Scale-free networks, Scientific American May 2003)
  • Mark Newman, The physics of networks, Physics Today November 2008

Motife in biologischen Netzwerken

  • AL Barabasi and ZN Oltvai, Network biology: understanding the cell's functional organization, Nature Reviews Genetics 5: 101, 2004
  • Eric Alm and Adam P Arkin, Biological networks, Current Opinion in Structural Biology 13: 193, 2003
  • Uri Alon, Biological networks: the tinkerer as an engineer, Science 301: 1866, 2003
  • Uri Alon, Network motifs: theory and experimental approaches, Nature Reviews Genetics 8: 450, 2007
  • SS Shen-Orr et al., Network motifs in the transcriptional regulation network of Escherichia coli, Nature Genetics 31: 64, 2002
  • R Milo et al., Network motifs: simple building blocks of complex networks, Science 298: 824, 2002
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