Учебная страница курса биоинформатики,
год поступления 2013

Семестры Студенты Преподаватели

• 2023
• 2022
• 2021
• 2020
• 2019
• 2018
• 2017
• 2016

• ...

Подсказки

1. Геномный браузер на сервере NCBI

1.1. Как войти в геномный браузер

• Войдите в базу данных геномов NCBI, расположенную по адресу http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome.

• Введите в поле поиска идентификатор записи нужного генома (ACCESSION или AC).

• Вы попадете на страничку, описывающую проект получения полного генома вашего вируса или бактерии. На этой странице можно найти много полезной информации, в том числе и переключение в режим геномного браузера. Чтобы переключиться, найдите раздел с названием "Genome Region" и щелкните там на ссылке "Graphics".

• ! Если так геном вируса не находится, измените базу данных, по которой Вы ищете. Для этого в выпадающем меню, расположенном слева от поля поиска, выберите вместо "Genome" строку "Nucleotide" и повторите поиск.

1.2. Как пользоваться геномным браузером

• Картинку-подсказку, показывающую основные элементы окна геномного браузера, можно скачать или просмотреть тут. Если хотите, можете распечатать ее и на первых порах сверяться с ней.

• Попробуйте, пользуясь подсказкой, перейти в геномном браузере к произвольным координатам, например 100..200.

• Попробуйте приблизить до максимума и постепенно отдалять изображение; попробуйте переместиться по геному с помощью мыши и с помощью кнопок-стрелок в окне браузера.
• Серая полоска в рабочем окне изображает ДНК, а красные прямоугольники с белыми стрелками внутри показывают те места на ней, где кодируются гены белков. Стрелки внутри прямоугольников показывают направление кодирования. Если вы увидите синие прямоугольники - то это будут гены РНК.
• Направление цепей ДНК показывается только при максимальном увеличении, когда видно обе цепи. Верхняя направлена от 5' к 3', а нижняя - наоборот.
• Вы можете настроить внешний вид браузера, например, показывать или не показывать те или иные особенности, с помощью кнопки "Configure".

1.3. Как получить информацию о гене через геномный браузер

• Наведите мышь на интересующий вас ген. Появится всплывающее окошко с основной информацией об этом гене.
• Можно закрепить его на экране, тогда оно не пропадет, если курсор выйдет за его пределы; для этого нажмите первую серую кнопочку в нем с изображением кнопки.

• То, что стоит в этом окошке после CDS – это идентификатор данного гена, его ACCESSION.

• То, что называется Title – это значение поля \product.

• То, что называется Location – это координаты данного гена в геноме.

2. Опероны

• Оперон – кластер из генов, лежащих в ДНК непосредственно друг за другом и закодированных на одной цепи. Как правило, при транскрипции все гены оперона считываются в виде одной длинной молекулы мРНК, с котором потом синтезируются отдельные субъединицы. Это - один из механизмов точной регуляции нужного соотношения количеств производимых субъединиц.

• Оперонную структуру можно достаточно эффективно предсказать, зная координаты генов в геноме (т.е. биоинформатически). Однако не всегда расположенные близко гены образуют оперон.

• В опероны группируются гены, продукты которых (белки) могут работать вместе, быть функциональными партнерами. Поэтому очень полезно всегда смотреть на оперонную структуру гена изучаемого белка.

3. Общая информация об АТФ-синтазах

• АТФ-синтаза – это целый белковый комплекс, состоящий из нескольких субъединиц. Функция этого комплекса – синтез АТФ из АДФ и фосфата в гидрофильной "головке" за счет пропускания через мембранную часть положительно заряженных ионов с одной стороны мембраны на другую по градиенту концентрации.

• При этом в мембранной часть дико вертится колечко из коротких белков, а гидрофильная часть и остальная мембранная часть плотно закреплены друг относительно друга (см. рисунок ниже). Из-за этого АТФ-синтаза называется роторной, по аналогии с механизмами.

• АТФ-синтаза обратима, то есть она может, наоборот, гидролизовать АТФ и создавать разность концентраций и зарядов ионов по разные стороны мембраны, то есть работать как АТФаза.

• У большинства организмов, в том числе у всех эукариот, через мембранную часть проходят протоны, однако некоторые бактерии используют ионы натрия.

• Белки, входящие в состав комплекса АТФ-синтазы, синтезируются с разных генов, однако, они по отдельности клетке не нужны. Поэтому, как правило, белки комплекса АТФ-синтазы образуют в геноме оперон (см. раздел подсказок про опероны).

• Есть два общепризнанных типа АТФ-синтаз, отличающихся количеством и составом субъединиц. Отличаются они и оперонной структурой. Кому-то из вас попадется первый тип, кому-то второй. А кому-то, может быть, даже третий, который тут не описан, но больше похож на F_OF₁

  • F_OF₁ [читается как "эф-о-эф-один", а если в базе вместо "о" стоит ноль (так обычно и бывает) – это неточность]: в основном встречаются у бактерий, а также в органелах эукариот, имеющих бактериальное происхождение: митохондрий и хлоропластов;

  • V_OV₁ [читается как "вэ-о-вэ-один"]: в основном встречается у архей, а также в мембранах вакуолей растений.

• Эти названия исторические, но они отражают следующий факт: реально АТФ-синтазы состоят из двух половинок, которые могут легко разделяться и снова соединяться даже in vivo (а в лаборатории делают это в ответ на любые "потрясения", очень осложняя жизнь ученым). F_O (и V_O) – это мембранная часть фермента, а F₁ (и V₁), соответственно, торчащая в водную фазу.

  • На рисунке 1 приведена модель вращения митохондриальной АТФ-синтазы, основанная на многолетних исследованиях в лаборатории Джона Уолкера (John Walker), награжденного Нобелевской премией за вклад в понимание механизма работы этого фермента. На рисунке 2 приведено схематичное устройство обоих типов комплексов, и подписаны обычно используемые названия субъединиц. В базах данных, увы, названия иногда бывают перепутаны, но пока вы ничего поделать с этим не сможете.

• Какая-нибудь АТФ-синтаза, а иногда даже несколько типов сразу, присутствует в геноме практически каждого клеточного организма, за исключением некоторых совсем уже закоренелых внутриклеточных паразитов, которые нагло крадут АТФ непосредственно у хозяина. Идентификаторы генов α-субъединицы F_OF₁-АТФ-синтаз и B-субъединицы V_OV₁-АТФ-синтаз (это одно и то же, но по прискорбной исторической традиции они называются именно α- и В-) для вашего генома приведены в таблице.

• У прокариот АТФ-синтазы встроены в мембрану клетки. Чтобы эти машины, поставляющие большую часть АТФ в клетку, могли нормально работать, мембрана обязательно должна быть заряжена: при этом всегда на внешней стороне мембраны заряд положительный, поэтому эту сторону называют p-стороной (от англ. positive – положительный). Сторона мембраны, которая обращена внутрь клетки, в цитоплазму, называется n-стороной (от англ. negative – отрицательный). Основная часть фермента, все "торчащие" из мембраны субъединицы располагаются ВНУТРИ прокариотической клетки, то есть на n-стороне.

Задание 1

1. Бактерия.

   • Зайдите на страницу геномов http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome сайта NCBI

   • Далее по ссылке microbes. Ждите пока появится филогенетическое дерево микроорганизмов.
   • В окошках выберите, соответственно, Genomes, Bacteria или Archea, Complete (т.е. полностью секвенированные геномы), Limit by genus (показывать вплоть до рода).
   • Найдите узел дерева, соответствующий роду вашей бактерии, например, поиском по странице CTRL+F
   • Щелкните по узлу и в раскрывшейся ветви - по нужному виду
   • Откроется страница со штаммами данного вида. На ней есть таблица с нужной информацией.
2. Вирус.
   • (i) Вся информация есть в имеющейся у вас записи с геномом вашего вируса.

   • (ii) Можно ее получить в более красивом виде. Зайдите на страницу геномов http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome => viruses

   • Посмотрите таксономию вашего вируса в записи и щелкните по соответствующей ссылке снизу. Выберите Complete genomes
   • В появившемся списке найдите (CTRL+F) свой вирус и щелкните по его имени. Достаточно совпадения родового и видового имен (хотя у вирусов понятия рода и вида условны)
   • Щелкните по Genomes, появится информация о геноме.
   • Если геном состоит из нескольких отдельных ДНК или РНК, то щелканье по числу хромосом (колонка Chr в таблице) приведет к появлению списка записей с нукл. последовательностями. Их может быть больше, чем указано хромосом! Нужные вам записи содержат слова "complete genome".
3. Млекопитающее.

   • http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome => Browse by organism (слева). Появится большой список.

   • В окошках выберите нужное чтобы сократить список.
   • Выберите млекопитающее и пройдите по ссылке.
   • Проверьте Status генома - иначе рискуете узнать, что в геноме суслика - 3 гена :). Для этого пройдите по ссылке Genome projects и информацию берите из той строки, в которой в колонке Status имеется полностью черный круг.

Если проблемы, то смело обращайтесь за помощью, спрашивайте и пишите письма. Постараемся помочь.