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Inhalte der Lehrveranstaltungen

Algorithmen und Datenstrukturen
Algorithmische Bioinformatik
Biochemie I
Biochemie II
Biochemie III
Computerorientierte Mathematik I
Computerorientierte Mathematik II
Datenbanken
Ethische und rechtliche Grundlagen
Genetik
Informatik A
Informatik B
Einführung in die Mathematik(Mathe für Physiker)
Einführung in die Statistik
Molekularbiologie I
Molekularbiologie II
Molekularbiologie III
Multivariate Statistik
Organische Chemie
Anorganische Chemie
Systemische Physiologie (Praktikum + Seminar)
Physiologie  

Informatik A

  • Einführung in die Informatik und in die funktionale Programmiersprache Haskell

  • Grundprinzipien des Algorithmenentwurfes

  • theoretische, technische und organisatorische Grundlagen von Rechnersystemen

  • Binärdarstellung von Informationen im Rechner

  • Boolesche Funktionen und ihre Berechnung durch Schaltnetze,

  • Schaltwerke für den Aufbau von Prozessoren

  • von-Neumann-Rechnermodell

Empfohlene Lehrbücher:

  • Haskell: The Craft of Functional Programming ,Simon Thompson

  • Logik für Informatiker,Uwe Schöning

  • Informatik 2 Bde. m. Übungsband, Bd.1, Programmierung und Rechenstrukturen Manfred Broy

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Informatik B

  • Imperative und objekt-orientierte Programmierung (JAVA)

  • Entwurf und Manipulation von Datenstrukturen und Analyse von Algorithmen

Empfohlene Lehrbücher:

  • Introduction to Algorithms,Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L.Rivest

  • Data Structures in Java,Thomas A. Standish

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Algorithmen und Datenstrukturen

  • Sortieren und Auswählen ,deterministisches vs. randomisiertes Quicksort Sortieren in Linearzeit Hashing

  • Exaktes String-Matching,Klassische vergleichsbasierte Verfahren:  Z-Algorithmus, Boyer-Moore, Aho-Corasick Alternative Verfahren: Shift-And, Karp-Rabin

  • Suffix-Bäume und ihre Anwendungen Linearzeitkonstruktion von Suffixbäumen erste Anwendungen: string matching, set matching, längster gemeinsamer Teilstring, all-pairs suffix-prefix Matching,
    maximale repetitive Strukturen, Suffix-Bäume vs. Suffix-Arrays,
    Lowest-Common-Ancestor-Anfragen in konstanter Zeit beantworten, Weitere Anwendungen von Suffix-Bäumen mittels lca-Anfragen

  • Approximatives Matching Editierabstand, Globales & Lokales Alignment, Gaps dynamisches Programmieren DP mit linearem Speicher

  • Shortest Superstring Problem Einführung NP-Vollständigkeit und Approximationsalgorithmen 3-Approximierbarkeit

  • Graphentheoretische Algorithmen Minimum Spanning Tree und TSP-Approximation Kürzeste Wege (Dijkstra, Floyd-Warshall) Flüsse in Netzwerken

Empfohlene Lehrbücher:

  • Algorithmen und Datenstrukturen (Ottmann, Widmayer)

  • Algorithms on Strings, Trees, and Sequenzces ,Gusfield

  • Introduction to Algorithms,Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L.Rivest

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Datenbanken

  • Entwurf relationaler Datenbankenmodelle

  • Anfrageoptimierung

  • internetbaiserte Interaktionstechniken

  • Oracle8i

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Einführung in die Mathematik

  • Reelle Zahlen, Topologie der Menge R ;Folgen und Reihen ;Komplexe Zahlen

  • Vektorräume endlicher Dimension: Lineare Abbildungen Matrizen, Determinanten, Lineare Gleichungssysteme

  • Analysis im Eindimensionalen: Funktionen, Stetigkeit, Potenzreihen Differentation, Differetation von Potenzreihen, Taylorreihen Das Rieman-Integral Das Lebesgue-Integral Hauptsatz der Integralrechnung Spezielle Integrationsmethoden Uneigentliche Integrale

  • Analysis mehrerer Veränderlicher, Vektoranalysis: Topologie des Rn Stetigkeit, partielle Ableitungen, Extremwerte, Integration,Kurven, Linienintegrale, Vektorfunktionen ,Gebietstransformationen, Funktionaldeterminante Vektorfelder, Operationen mit dem Nabla-Operator ,Krummlinige Koordinaten ,Integralsätze

  • Euklidische und unitäre Räume: Vektorräume mit Skalarprodukt ,Approximation in euklidischen und unitären Räume ,Fourierreihen, Fourierintegral ,Lineare Operatoren in euklidischen und unitären Räume insbesondere Eigenwertproblem, Tensoren und Matrizentransformationen

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Einführung in die Statistik

  • Wahrscheinlichkeitsräme als math. Modelle zufälliger Experimente: Diskrete Wahrscheinlichkeitsräme: Laplace-, Bernoulli-, Poisson- und Urnenexperimente Absolute Wahrscheinlichkeitsräme: gleichförmige, exponentielle-, ein-, mehrdimensionale Gauß-Experimente

  • Bedingte Wahrscheinlichkeiten: Unabhängigkeit ,Bayessche Formel

  • Ein- und Mehrdimensionale Zufallsgrößen: Bedingte Wahrscheinlichkeitsverteilungen ,Standardbeispiele zur Veranschaulichung diskreter und absolutstetiger Zufallsgrößen

  • Elemetare Grenzwertsätze: Gesetze der großen Zahlen ,Zentraler Grenzwertsatz

  • Statistische Entscheidungsprobleme: Punktschätzungen: Erwartgungstreue, Konsistenz, ML-Schätzung, höchsteffiziente Schätzungen ,Testen von Hypothesen: alpha-Niveau-Test, Gütefunktion, P-Wert, Likelihood-Quotienten-Test, Konfidenzschäzungen: Konfidenzniveau, Beziehungen zu Tests

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Computerorientierte Mathematik I

  • Einführung in MATLAB

  • Kondition und Stabilität: Zahlendarstellung und Rundungfehler Kondition Stabilität, 3-Term-Rekursion

  • Effizienz und Komplexität: Sortieren am Beispiel von MATLAB-Programmen Polynomielle und exponentielle Komplexität

  • Lineare Gleichungssysteme: Matrix- und Vektornormen Kondition Gauß-Elimination Spalten-Pivoting Komplexität

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Computerorientierte Mathematik II

  • Polynominterpolation: Lagrange-Darstellung Kondition Newton-Darstellung Approximation der Ableitung

  • Numerische Quadratur: Integrieren mit MAPLE oder MATHEMATICA ,Newton-Cotes-Formeln Summierte Newton-Cotes-Formeln Integralgleichungen (Populationsdynamik)

  • Nicht-lineare Gleichungssysteme: Banachscher Fixpunktsatz Newton-Verfahren für Systeme Lokaler Konvergenzsatz (affin-invariant) Däfungsstrategie und Monotoniesatz

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Multivariate Statistik

  • Statistische Methoden der Modellbildung zur Entwicklung linearer und nicht-linearer, mutivariater Regressionsmodelle

  • Analyse unvollständiger Daten mit dem EM-Algorithmus

  • Principal Component Analysis

  • Kanonische Variable

  • Clusteranalyse

  • Versuchsplanung

  • Diskriminanzanalyse

  • logitlineare Modelle

  • Modellierung von Genstruktursignalen

  • DNA-Chip-Daten

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Molekular Biologie I

  • Zellaufbau und Funktionen der einzelnen Bestandteile

  • Unterschiede zwischen Prokaryonten, Eukaryonten, Viren

  • Grundlagen der biokatalysierten Stoffwechselvorgänge im ER

  • Spezialisierungen im Nervengewebe

  • Grundlagen der Proteinbiosynthese -- Transkription,Translation

  • Mitose, Meiose

  • DNA-Aufbau --Replikation und spezifische Enzyme

  • Bioanalytik

    • Proteinreinigung (Aufschlußmethoden)

    • Proteinbestimmung

    • Immunologische Techniken

    • Chromatographische Trennmethoden

    • Elektrophoretische Verfahren

    • Nucleinsäureanalytik

    • Isolierung, Reinigung und Aufarbeitung von Nucleinsäuren

    • Hybridisierung und Nachweistechniken

    • Polymerase-Kettenreaktion

    • DNA-Sequenzierung 
  • Praktikum : Isolierung von DNA ; Anwendung elektrophoretischer Verfahren und chromatographischer Trennmethoden

Empfohlene Lehrbücher:

  • Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie
    Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis

  • Lodish, Darnell, Baltimore: Molekulare Zellbiologie

  • Bioanalytik, Friedrich Lottspeich,und Haralaboss Zorbas

  • Prinzipien der Biochemie ,Lehninger, Nelson, Cox

  • Biochemie ,Lubert Stryer

  • Biochemie, Voet

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Molekular Biologie II

  • Transkription: Mechanismus und Regulation bei Prokaryonten und Eukaryonten

  • Proteinbiosynthese und -abbau: genetischer Code, tRNAs, Ribosomen, Translation  Struktur, Funktion und Evolution von Proteinen

  • Zelluläre Kommunikation -- Hormone, Second Messenger, Signaltransduktion

  • Methoden

  • Studium der Genregulation

  • Studium der Proteinfunktion

  • Softwareanwendungen in der Molekularbiologie

  • Praktikum: Übungen am Rechner, praktische Vertiefung (Laborarbeit)

Empfohlene Lehrbücher:

  • Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie
    Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis

  • Lodish, Darnell, Baltimore: Molekulare Zellbiologie

  • Bioanalytik, Friedrich Lottspeich,und Haralaboss Zorbas

  • Prinzipien der Biochemie ,Lehninger, Nelson, Cox

  • Biochemie ,Lubert Stryer

  • Biochemie, Voet

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Molekular Biologie III

  • Entwicklungsbiologie

  • Zellwachstum

  • Viren

  • Tumore

  • Onkogene/Tumorsuppression

  • Apotose

  • Immunsystem

  • Analytik

Empfohlene Lehrbücher:

  • Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie
    Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis

  • Lodish, Darnell, Baltimore: Molekulare Zellbiologie

  • Bioanalytik, Friedrich Lottspeich,und Haralaboss Zorbas

  • Prinzipien der Biochemie ,Lehninger, Nelson, Cox

  • Biochemie ,Lubert Stryer

  • Biochemie, Voet

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Organische Chemie

  • Atombau, Chem.Bindungen Alkane, Alkene, Alkine, Addition

  • Aromaten, SE

  • Stereochemie

  • SN, E, Alkohole, Phenole

  • Carbonsäuren,-ester

  • Ketoverbindungen

  • Kohlenhydrate

  • Stickstoffverbindungen

  • Aminosäuren

  • Terpene, Steroide, Farbstoffe

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Anorganische Chemie

  • Aufbau der Materie : Stoffgemische, Elemente, Elementarteilchen, Chemische Stoffsystematik, Periodensystem

  • Stöchiometrische Gesetze: Atom- und Molbegriff

  • Atombau :Elementarteilchen, Isotope, Radioaktivität, Halbwertszeit

  • Bohrsches Atommodell :Spektrum des Wasserstoffs

  • Orbitalmodell :Wellencharakter des Elektrons, Quantenzahlen

  • Aufbauprinzipien :Pauli- und Hund'sche Regel, Elektronenkonfiguration Röntgenspektrum, Moseley'sches Gesetz

  • Periodensystem der Elemente,Eigenschaften der Elemente und ihre Stellung im Periodensystem Ionisierungsenergie, elektronenaffinität, Atom- und Ionenradien

  • Eigenschaften von Edelgase

  • Eigenschaften des Wasserstoffs MO-Modell für H2

  • Atombindung, pi-Bindung, sigma-Bindung

  • Kettenreaktionen, Aktivierungsenergie

  • Redoxreaktionen

  • Eigenschaften der Elemente der 7. Hauptgruppe

  • Reaktionskinetik und Reaktionsordnung

  • Chemisches Gleichgewicht  --Prinzip von l'Chatelier, Massenwirkungsgesetz Gibbs-Helmholtzgleichung, Hauptsätze der Thermodynamik ,Hess'scher Satz, Standardbildungsenthalpie

  • Eigenschaften der Elemente der 6. Hauptgruppe

  • Wasser -- Struktur und Hybridisierung, Wasserstoffbrückenbindungen Zustandsdiagramm Löslichkeitsprodukt, Henry'sches Gesetz, Nernst'scher Verteilungssatz ,Eigendissoziation, Ionenprodukt

  • Säuren und Basen -- pH-Wert, pKs-Wert, pH-Wertberechnung Neutralisation, Äquivalenzpunkt, Neutralpunkt Titrationskurven, Indikatoren Protolysegrad, Ostwald'sches Verdünnungsgesetz

  • Eigenschaften der Elemente der 5. Hauptgruppe mit Beispielen

  • Eigenschaften der Elemente der 4. Hauptgruppe mit Beispielen

  • Eigenschaften der Elemente der 3. Hauptgruppe mit Beispielen

  • Elektrochemie Elektrodenpotentiale, Galvanische Elemente Nernst'sche Gleichung, Normalpotential Elektrochemische Spannungsreihe Lokalelemente, Korrosion Elektrische Leitfähigkeit

  • Metalle -- Metallkomplexe Packungseigenschaften und metallische Bindung Elektronengasmodell Bändermodell

  • Chemische Trennverfahren

  • Biochemische Anwendungen

Empfohlene Lehrbücher

  • Chemie. Das Basiswissen der Chemie. Mit Übungsaufgaben
    Charles E. Mortimer

  • Chemie für Mediziner A.Zeeck, S.Erck, B. Kone, K. Schröder

  • Chemie für Mediziner  H. Wachter, A. Hauser

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Biochemie I

  • Organismen/ Gewebe/ Zellen/ Stoffklassen

  • Grundbausteine von Biomolekülen

  • Grundlagen des Stoffwechsels/Wasser

  • Lipide : ges./ unges.Fettsäuren, Aktivierung/CoA  Triglyceride, Cholesterol, Phosphorlipide Membranen

  • Aminosäuren und deren physiochemische Eigenschaften

  • Proteine:  Primär-/ Sekundär-/ Tertiär-/ Quartärstrukturen Funktionen

  • Kohlenhydrate Monosaccheride, Polisacheride Glycogen, Glycolyse

Empfohlene Lehrbücher:

  • Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie
    Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis

  • Lodish, Darnell, Baltimore: Molekulare Zellbiologie

  • Bioanalytik, Friedrich Lottspeich,und Haralaboss Zorbas

  • Prinzipien der Biochemie ,Lehninger, Nelson, Cox

  • Biochemie ,Lubert Stryer

  • Biochemie, Voet

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Biochemie II

  • Strukturen und Funktion von Macromoleküe

  • Proteine, Komplexe Carbohydrate, Nucleide, Säuren , Lipide

  • Wechselwirkung zwischen Macromolekülen und Zellen

Empfohlene Lehrbücher:

  • Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie
    Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis

  • Lodish, Darnell, Baltimore: Molekulare Zellbiologie

  • Bioanalytik, Friedrich Lottspeich,und Haralaboss Zorbas

  • Prinzipien der Biochemie ,Lehninger, Nelson, Cox

  • Biochemie ,Lubert Stryer

  • Biochemie, Voet

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Biochemie III

  • Struktur und Synthese von Signalmolekülen

  • Rezeptoren und Ionenkanäle

  • G-Protein-gekoppelte Rezeptoren und G-Proteine, second messenger

  • lösliche und Lipid-abgeleitete second messenger

  • Serin/Theorin-Proteinkinesen

  • Protokinasen

  • Tyrosinkinase-Rezeptoren und ihre nachgeschalteten Signalwege

  • Phosphatasen

  • Tansskriptionsfaktoren, Kontrolle der Genexpression

  • Vernetzung uns Spezifizität von Signalwegen

  • Modellierung

Empfohlene Lehrbücher:

  • Biochemie der Regulation und Signaltransduktion

  • Lodish, Darnell, Baltimore: Molekulare Zellbiologie

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 Physiologie

  • Biologische Regelsysteme

  • Stoff- und Energiefluß in Zellen

  • Organe und Organismen

  • Struktur/Funktionsbeziehungen

  • Membranen, Zellen, Organe

  • Hormone und Energiehaushalt

  • Vegetative Regelsysteme

  • Kreislauf, Atmung

  • Informationsverarbeitung im Organismus

  • Neuronale Prinzipien der Informationsverarbeitung

  • Einfluß und Interaktion

  • Kognitive Leistungen

  • Nervenphysiologie: Aktionspotential

  • Herz I: Erregungs-Bilder, Erregungleitung

  • Herz II: Mechanik, Struktur-Funktions-Relation

  • Regulation in biologischen Funktionssystemen

  • Vegetative Regulation I: Atmungsfunktion

  • Vegetative Regulation II: Herz-Kreislaufsystem I

  • Vegetative Regulation III: Herz-Kreislaufsystem II

  • Energiehaushalt, Temperaturregulation

  • Wärmehaushalt, Temperaturregulation

  • Integrative Sinnesphysiologie

Empfohlene Lehrbücher:

  • Silbernagl, Despopoulos:Taschenatlas der Physiologie

  • Robert F. Schmidt, Gerhard Thews, Florian Lang:Physiologie des Menschen

  • Neurowissenschaft. Vom Molekül zur Kognition ,Josef Dudel, Randolf Menzel, Robert F. Schmidt

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Systemische Physiologie (Praktikum + Seminar)

  • Herz: Struktur und Funktion, Untersuchungsmethoden Integrierte Simulation von Erregungsbildung und -ausbreitung

  • Sinne: Funktionsprüfung der menschlichen Sinne

  • Erregung: Ableitung von Aktionspotentialen Simulation elementarer Erregungsbildung und -leitung

  • Psychophysik: Wahrnehmung, Lernen und Gedächtnis

  • Vegetative Regulation: Kreislauf, Energie, Neurovegetative Regulation

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Genetik

  • DNS-Struktur Replikation und Expression - Chromosomen und Chromosomenaberrationen

  • Mendelsche Vererbung, Stammbäume, Hardy-Weinberg-Gleichgewicht, Mutation und Selektion, „Random drift“; allelische und nicht allelische Mutationen, Komplementationstests

  • Organisation und Evolution des menschlichen Genoms

  • Genkartierung: - Kopplungsanalyse, genetische Marker, SNPs - Physikalische Kartierung: FISH, Chromosom- Sortierung, Somazellhybride, STS

  • Genetik komplexer Merkmale: Polygene und multifaktorielle Vererbung, Assoziationsstudien, Kopplungsungleichgewicht, Transmission Disequilibrium Test (TDT), Multifaktorielle Vererbung mit Schwellenwert

  • Das Humangenomprojekt: Vorgeschichte, heutiger Stand und zukünftige Entwicklungen

  • Identifizierung menschlicher Krankheitsgene; Tiermodelle

  • Molekulare Pathologie - Mutationsspektrum - loss of function vs. gain of function - molekulare Diagnostik - vom Gen zur Krankheit und umgekehrt

  • Genetische Ursachen der Krebsentstehung

  • Genexpressionsstudien mithilfe von DNS-Rastern, Proteomanalyse

  • DNS-Raster: Datenanalyse

Empfohlenes Lehrbuch:

  • Human Molecular Genetics 2, Strachan & Read, BIOS Scientific Publishers 1999

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Algorithmische Bioinformatik

Die Vorlesung gibt einen breiten Überblick über die Kerngebiete der Bioinformatik wie Genvorhersage, Sequenzanalyse, Protein Klassifikation, etc. Sie ist die zentrale Veranstaltung des Bachelor Studienganges und legt somit auch die Grundlagen zu einer entsprechenden thematischen Vertiefung im Master's Studiengang. Die behandelten Themen werden in den Übungen intensiv vertieft.

Literatur:

  • hauptsächlich: David Mount, Bioinformatics

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Ethische und rechtliche Grundlagen

An ausgewählten Beispielen der Gen- und Reproduktionsmedizin soll der Frage nachgegangen werden, inwieweit eine „Genetifizierung“ der Medizin Auswirkungen auf das Verständnis von Gesundheit, Krankheit und Behinderung hat. Wie haben sich die Ziele der Medizin im Zusammenhang der Entwicklung neuer medizinischer Technologien und Verfahren verschoben? Soll es sich bei einer medizinischen Intervention um Heilung, Linderung und Vorbeugung von Krankheit oder um eine Unterstützung individueller Lebensstil-Entscheidungen handeln? Aber auch den Fragen nach verantwortlichem ärztlichen Handeln, nach Gerechtigkeit, Fürsorge, Autonomie und Menschenwürde in der individuellen Arzt-Patient-Beziehung, soll im Seminar nachgegangen werden.

Empfohlene Lehrbücher:

  • Michael Emmrich (Hrsg.), Im Zeitalter der Bio-Macht.
  • Dietmar Mieth, Was wollen wir können? Ethik im Zeitalter der Biotechnik.

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