Глобальное и локальное выравнивания аминокислотных последовательностей

Матрицы переходов

Глобальное выравнивание

Выравнивание строилось для последовательности из первых четырёх аминокислот белка SYM_ECOLI (TQVA) и последовательности, полученной из первой путём замены двух аминокислот и вставкой ещё одной дополнительной (TMQKG);
Использовались следующие параметры:
- Вес совпадения — 2;
- Вес замены — -1;
- Штраф за делецию — -2;
Оптимальное выравнивание:
```
 
T-QVA
| |   
TMQKG   
```

Вес оптимального пути равняется 0. Значит, вероятность того, что выравнивание имеет биологический смысл, равна вероятности получения случайного выравнивания. Возможно, это произошло из-за того, что мы сделали много исправлений в маленькой аминокислотной последовательности.

Локальное выравнивание

Выравнивание строилось для последовательности из первых девяти аминокислот белка SYM_ECOLI (TQVAKKILV) и последовательности из 2,3,7,8,9 аминокислот белка SYM_ECOLI (QVILV);
При построении использовались следующие параметры:
- Вес совпадения — 2;
- Вес замены — -1;
- Штраф за делецию -2;

Можно представить два локальных выравнивания, соответствующих этой матрице:

1) оптимальное локальное выравнивание:

ILV
|||
ILV

2) субоптимальное локальное выравнивание:

QV
||
QV

Вес отимального пути — 6
Вес субоптимального пути — 4
То есть, локальное выравнивание может начмнаться со аминокислоты Q последовательности TQVAKKIILV и продолжаться две аминокислоты (субоптимальное выравнивание) или с аминокислоты I этой же последовательности (оптимальное выравнивание).

Влияние параметров на глобальное выравнивание

Здесь приводятся глобальные выравнивания белка SYM_ECOLI и аминокислотной последовательности, построенной из двух участков последовательности самого белка. Они строились с помощью программы NEEDLE из программного пакета EMBOSS . Эта программа использует аффинную систему штрафов, то есть штрафы за открытие гэпа (делеции) и за его продолжение разные.

В приведённом ниже выравнивании эти штрафы равны. То есть фактически мы не используем возможности аффинной системы штрафов. Получаем несколько небольших делеций.

Штраф за открытие гэпа (делеции) — 1
Штраф за продолжение гэпа (делеции) — 1

SYM_ECOLI 1 TQVAKKILVTCALPYANGSIHLGHMLEHIQADVWVRYQRMRGHEVNFICA 50 NEWSEQ 1 0 SYM_ECOLI 51 DDAHGTPIMLKAQQLGITPEQMIGEMSQEHQTDFAGFNISYDNYHSTHSE 100 NEWSEQ 1 0 SYM_ECOLI 101 ENRQLSELIYSRLKENGFIKNRTISQLYDPEKGMFLPDRFVKGTCPKCKS 150 NEWSEQ 1 0 SYM_ECOLI 151 PDQYGDNCEVCGATYSPTELIEPKSVVSGATPVMRDSEHFFFDLPSFSEM 200 |||| NEWSEQ 1 FSEM 4 SYM_ECOLI 201 LQAWTRSGALQEQVANKMQEWFESGLQQWDISRDAPYFGFEIPNAPGKYF 250 ||||||| .|.|: | |.| | NEWSEQ 5 LQAWTRS-KLTER-A----EAF---L 21 SYM_ECOLI 251 YVWLDAPIGYMGSFKNLCDKRGDSVSFDEYWKKDSTAELYHFIGKDIVYF 300 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 301 HSLFWPAMLEGSNFRKPSNLFVHGYVTVNGAKMSKSRGTFIKASTWLNHF 350 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 351 DADSLRYYYTAKLSSRIDDIDLNLEDFVQRVNADIVNKVVNLASRNAGFI 400 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 401 NKRFDGVLASELADPQLYKTFTDAAEVIGEAWESREFGKAVREIMALADL 450 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 451 ANRYVDEQAPWVVAKQEGRDADLQAICSMGINLFRVLMTYLKPVLPKLTE 500 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 501 RAEAFLNTELTWDGIQQPLLGHKVNPFKALYNRIDMRQVEALVEASKEEV 550 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 551 KAAAAPVTGPLADDPIQETITFDDFAKVDLRVALIENAEFVEGSDKLLRL 600 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 601 TLDLGGEKRNVFSGIRSAYPDPQALIGRHTIMVANLAPRKMRFGISEGMV 650 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 651 MAAGPGGKDIFLLSPDAGAKPGHQVK 676 NEWSEQ 22 21

В этом выравнивании цена за открытие гэпа (делеции) выше, поэтому образование нескольких делеций невыгодно, и образуется одна большая.

SYM_ECOLI 1 TQVAKKILVTCALPYANGSIHLGHMLEHIQADVWVRYQRMRGHEVNFICA 50 NEWSEQ 1 0 SYM_ECOLI 51 DDAHGTPIMLKAQQLGITPEQMIGEMSQEHQTDFAGFNISYDNYHSTHSE 100 NEWSEQ 1 0 SYM_ECOLI 101 ENRQLSELIYSRLKENGFIKNRTISQLYDPEKGMFLPDRFVKGTCPKCKS 150 NEWSEQ 1 0 SYM_ECOLI 151 PDQYGDNCEVCGATYSPTELIEPKSVVSGATPVMRDSEHFFFDLPSFSEM 200 |||| NEWSEQ 1 FSEM 4 SYM_ECOLI 201 LQAWTRSGALQEQVANKMQEWFESGLQQWDISRDAPYFGFEIPNAPGKYF 250 ||||||| |:.|..|:.| NEWSEQ 5 LQAWTRS---------KLTERAEAFL 21 SYM_ECOLI 251 YVWLDAPIGYMGSFKNLCDKRGDSVSFDEYWKKDSTAELYHFIGKDIVYF 300 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 301 HSLFWPAMLEGSNFRKPSNLFVHGYVTVNGAKMSKSRGTFIKASTWLNHF 350 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 351 DADSLRYYYTAKLSSRIDDIDLNLEDFVQRVNADIVNKVVNLASRNAGFI 400 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 401 NKRFDGVLASELADPQLYKTFTDAAEVIGEAWESREFGKAVREIMALADL 450 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 451 ANRYVDEQAPWVVAKQEGRDADLQAICSMGINLFRVLMTYLKPVLPKLTE 500 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 501 RAEAFLNTELTWDGIQQPLLGHKVNPFKALYNRIDMRQVEALVEASKEEV 550 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 551 KAAAAPVTGPLADDPIQETITFDDFAKVDLRVALIENAEFVEGSDKLLRL 600 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 601 TLDLGGEKRNVFSGIRSAYPDPQALIGRHTIMVANLAPRKMRFGISEGMV 650 NEWSEQ 22 21 SYM_ECOLI 651 MAAGPGGKDIFLLSPDAGAKPGHQVK 676 NEWSEQ 22 21
Штраф за открытие гэпа (делеции) — 5
Штраф за продолжение гэпа (делеции) — 1

Как видно, второй случай также не соответствует произведённым над последовательностью операциям. По-видимому, штраф за продолжение делеции остается слишком высоким, чтобы программа искала участки гомологии, не обращая внимания на количество крупных внутренних гэпов.

Надо также отметить, что при штрафе за открытие гэпа (делеции) 10 результат тот же, что и во втором случае.