Diese Seminararbeit befasst sich mit dem Thema „Vorhersage von RNA – Sekundärstrukturen“. Wie aus dem Titel der Arbeit zu entnehmen ist, liegt der Schwerpunkt auf der Vorhersage der räumlichen Struktur von RNA. Für die Vorhersage bietet die Primärstruktur der RNA unzureichende Informationen, da Moleküle stets das Bestreben aufweisen energetisch günstige Positionen einnehmen zu wollen, welches maßgeblich von der Sekundärstruktur bestimmt wird. Die räumliche Anordnung der RNA, die auf Wechselwirkungen zwischen den Bindungen beruht, wird als Sekundärstruktur bezeichnet.
Im ersten Kapitel wird die RNA-Sekundärstruktur erörtert und dient als Einführung in das Thema. Im Rahmen dieses Kapitels werden alle relevanten Begriffe wie beispielsweise komplementäre Basen, Kleeblattform, Wasserstoffbrückenbindungen und sämtliche Schleifenstrukturen vorgestellt. Anhand eines kleinen Beispieles werden die eingeführten Definitionen verdeutlicht. Zusätzlich wird noch kurz das Thema der Pseudoknoten angeführt. Zwar existieren Pseudoknoten real, jedoch spielen sie für die Sekundärstruktur keine Rolle und sind im Konzept der Energieminimierung nicht darstellbar.
Anschließend wird das Themengebiet der genetischen Algorithmen betrachtet. Nach Einführung wichtiger Grundbegriffe, Eigenschaften und Definitionen wird dargelegt, warum genetische Algorithmen sich als Suchmethoden besser eignen als Methoden der dynamischen Programmierung bzw. analytische Lösungsstrategien. Dazu bedarf es einer prägnanten Gegenüberstellung der drei verschiedenen Suchmethoden, wobei besonders Wert auf die Vor- und Nachteile gelegt wird. Besonders der Aspekt der Robustheit, welcher ein wichtiges Kriterium für die Qualität einer Suchmethode ist, wird bei jedem Verfahren betrachtet.
Im letzten Abschnitt der Seminararbeit wird ein konkretes Modell zur Vorhersage der RNA-Sekundärstruktur untersucht. Es handelt sich um das Konzept der Energieminimierung, dessen Grundidee auf dynamischer Programmierung beruht. Hierbei wird angenommen, dass die freie Energie der Sekundärstruktur ausschließlich von den Energiebeträgen der Basenpaarungen abhängt, so dass ein iterativer Algorithmus aus Strukturen kürzerer Sequenzen als Gesamtlösung eine Sekundärstruktur minimaler Energie bestimmt. Das Konzept wird in der notwendigen Tiefe vorgestellt, so dass alle Vor– und Nachteile ersichtlich werden.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. RNA-Sekundärstruktur
- 2.1 Grundlegende Eigenschaften
- 2.2 Schleifenstrukturen
- 3. genetische Algorithmen
- 3.1 Allgemeine Charakteristika genetischer Algorithmen
- 3.2 Suchmethoden
- 3.3 Funktionsweise eines genetischen Algorithmus
- 4. Vorhersage der RNA-Sekundärstruktur durch Energieminimierung
- 4.1 Grundkonzept
- 4.2 Stacking Interaktionen
- 5. Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Seminararbeit befasst sich mit der Vorhersage von RNA-Sekundärstrukturen. Der Schwerpunkt liegt auf der Bestimmung der räumlichen Struktur von RNA, da die Primärstruktur unzureichende Informationen für die Vorhersage bietet. Die Sekundärstruktur wird durch die energetisch günstigen Positionen der Moleküle bestimmt.
- Erläuterung der RNA-Sekundärstruktur und ihrer Eigenschaften
- Einführung in die Thematik der genetischen Algorithmen
- Analyse der Vorhersage von RNA-Sekundärstrukturen durch Energieminimierung
- Vergleich verschiedener Suchmethoden für die RNA-Strukturvorhersage
- Diskussion der Vor- und Nachteile des Energieminimierungsmodells
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1: Einleitung
Dieses Kapitel führt in das Thema der RNA-Sekundärstruktur ein und erläutert die Notwendigkeit, die räumliche Struktur von RNA vorherzusagen. Es werden die Bedeutung der Sekundärstruktur für die energetische Stabilität und die Unterschiede zur Primärstruktur hervorgehoben.
Kapitel 2: RNA-Sekundärstruktur
Dieses Kapitel erläutert die grundlegenden Eigenschaften von RNA, ihre Funktion und ihre Unterschiede zur DNA. Es werden komplementäre Basenpaare, die Kleeblattform der tRNA und die Entstehung von Schleifenstrukturen behandelt.
Kapitel 3: Genetische Algorithmen
Dieses Kapitel führt in die Thematik der genetischen Algorithmen ein und erläutert deren Funktionsweise. Es werden wichtige Grundbegriffe, Eigenschaften und Definitionen erläutert. Außerdem werden genetische Algorithmen im Vergleich zu anderen Suchmethoden, wie der dynamischen Programmierung und analytischen Lösungsstrategien, betrachtet.
Kapitel 4: Vorhersage der RNA-Sekundärstruktur durch Energieminimierung
Dieses Kapitel beschreibt ein konkretes Modell zur Vorhersage der RNA-Sekundärstruktur. Das Konzept der Energieminimierung basiert auf der Annahme, dass die freie Energie der Sekundärstruktur allein von den Energiebeträgen der Basenpaarungen abhängt. Es wird ein iterativer Algorithmus vorgestellt, der aus Strukturen kürzerer Sequenzen eine Sekundärstruktur minimaler Energie bestimmt.
Schlüsselwörter
RNA-Sekundärstruktur, genetische Algorithmen, Energieminimierung, Basenpaarung, Schleifenstrukturen, Kleeblattform, Wasserstoffbrückenbindungen, Suchmethoden, dynamische Programmierung, freie Energie
- Quote paper
- Mohammed Mosavi (Author), 2004, Vorhersage von RNA-Sekudärstrukturen, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/38412
