Биологический смысл выравнивания последовательностей белков
Задача:
состоит в том ,что бы построить выравнивание двух данных фрагментов последовательностей гомологичных белков - поринов (порины образуют поры во внешней мембране грамотрицательных бактерий) программой полного парного выравнивания с биологически обоснованным выравниванием построенным при рассмотрении расположения данных фрагментов в пространстве.
Дано:
1. Последовательности шести гомологичных белков-Porins_6.fasta
2.Совмещенные пространственные структуры тех же шести поринов Porins_6.ent
3.Указание фрагментов двух последовательностей.(239-275:Е , 230-264:F)
Выполнение:
1.Для извлечения необходимых фрагментов последовательности из файла Porins_6.ent необходимо выполнить команды пакета EMBOSS:
seqret porins_6.fasta:E[239:275] region_1.fasta
seqret porins_6.fasta:F[230:264] region_2.fasta
Полученные файлы будут содержать последовательности указанных участков.
2.Автоматическое выравнивание 2х последовательностей было сделано при помощи команды Needle.
Needle region_1.fasta region_2.fasta Petrova_auto.msf -aformat msf
Файл содержащий автовыравнивание Petrova_auto.msf
3. Для получения биологически обоснованного выравнивания необходимо рассмотреть расположения пространственных структур исследуемых фрагментов.Для этого в программе RasMol открывается файл Porins_6.ent.
Далее выполняюся команды определяющие 4 подмножества:
define chain_1 *:E
define chain_2 *:F
define region_1 239-275
define region_2 230-264
Затем запускается скрипт ( предоставленный А.В.Алексеевским),который выделяет шариками Cα-атомы двух фрагментов, сближенные менее чем на 2 ангстрема.
После чего можем наблюдать следующее :
| На картинке шариками изображены Cαатомы, сближенные
менее,чем на 2 ангстрема. |
|
| На картинке шариками изображены Cαатомы, сближенные менее, чем на 4 ангстрема. |
|
| Если мы видим что имеются схожие пространственные
структуры (определяющиеся аминокислотными последовательностями) ,
то справедливо говорить что на этих участках аминокислотная последовательность
будет консервативна и /или будут замены на аминокислоты, выполняющие сходную
функцию(что и обеспечит сохранение пространственной структуры).
Близкие друг другу Cα-атомы определят консервативные аминокислоты,
которые в биологически обоснованном выравнивание должны располагаться
одна под другой .
При запуске скрипта с параметром 2 ангстрема (рис. слева), даже невооруженным глазом видно, что структуруры похожи на более длинном отрезке, нежели тот, на котором выделены Cα-атомы. Поэтому для получения лучших результатов скрипт был перезапущен с параметром 4 ангстрема.
(рис. справа).Приэтом ,несмотря на выделенные атомы хорошо видно некоторое расхож
дение цепей относительно друг друга.Поэтому, логично предположить что атомы аминокислот,совме
щающиеся при 2 ангстремых либо консервативны,либо функционально консервативны, а
при 4хангстремном совмещении выделяются такие пары аминокислот, что бы сохранялась длина
и конформация полипептидной цепи.
На основании полученного совмещение в программе GenDoc было построено биологическое выравнивание. Где совмещенным атомам строго соответствуют совмещенные аминокислоты.
|
3.Биологическое выравнивание было размечено по следующему принципу:
В строчке Aligned поставьте букву A (от "aligned") "A" отмечены колонки, сопоставленые на основании совмещения структур,
а также комонки слева и справа от которых уже стоят буквы A (скорее всего, расстояние между соответствующими Cα-атомами немножко превысило порог 4 ангстрема.)
"A"удалена из колонок, по соседству с которыми и справа, и слева буква A не стоит (скорее всего, это "случайное" совпадение Cα-атомов в пространстве).
4.Сравнение выравниваний.
Полное парное выравнивание программы needle:
E *TFGATTVGGYVQVLDIDTIDDVTYYGLGASYDLGGGA 37
F YAFGATTVRAYVS**DIDRAGADTAYGIGADYQFAEG* 35
|
Биологически обоснованное выравнивание:
E *TFGATTVGG YVQVLDIDTI DDV*TYYGLG ASYDLGGGA
F YAFGATTVRA YVSDID**R* AGADTAYGIG ADYQFAEG*
AAAAAAAAAAAAAAA AAAAAAAA AAAAAAAA
|
Некоторые характерискики биологического выравнивания:
1.Суммарная длина биологически обоснованных участков выравнивания =31
2. Процент от общего числа позиций выравнивания =31/39*100=79.48%
3.Число совпадающих остатков на биологически обоснованных участках выравнивания =17
4. Процент совпадающих остатков на биологически обоснованных участках выравнивания=17/31*100=54.83%
5.Число функционально сходных остатков на биологически обоснованных участках выравнивания= 18
6. Процент функционально сходных остатков на биологически обоснованных участках выравнивания= 18/31*100=58.06%
Сравнение выравниваний
Сходства:
-
Совпадают выравнивания участков с 239 по 250 аминокислоту (2-13 позиции в выравнивании)
и с 261 по 275 аминокислоту (24-38 позиции в выравнивани)
остатков в auto соответственно с 231 по 242 аминокислоту (2-13 позиции в выравнивани)и
с 252 по 264 аминокислоту (25-39) позиции в выравнивания)bio.Эти
участки выделены красным цветом.
Различия:
- В bio выравненными являются 260 аминокислота с 247(выделены оранжевым),
чего не наблюдается в auto.
-
Биологически выравненный участок 251-253 амин-ту с участком 243-245(14-16 позиции,выделены синим),
не является таковым в auto выравнивание,поскольку программа посчитала,что лучше
выровнять участок 253-255 с участком 243-245 (16-18 позиции в auto, выделено фиолетовым),т.к тогда этот
участок полностью консервативен, в отличие от bio выравненного участка,
где аминокислоты консервативны лишь функционально.
И с точки зрения программного алгоритма лучше сопоставить полностью совпадающие
аминокислоты - поэтому появляются различия в данных выравниваниях,
а также демонстрирует,тот факт,что не всегда полученные программой выравнивания
несут смысловую нагрузку.
Второй семестр
Первый семестр
Главная страница
©Петрова Светлана,2007