Практикум 9
Выравнивание белковых последовательностей: глобальное, локальное и множественное
2. Глобальное парное выравнивание гомологичных белков
Выравнивание выполнено программой needle при параметрах по умолчанию.
| Protein Name | ID 1 | ID 2 | Score | % Identity | % Similarity | Gaps | Indels |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Acylphosphatase | ACYP_ECOLI | ACYP_BACSU | 141,5 | 32,4 | 45,4 | 33 | 3 |
| GTPase | ERA_ECOLI | ERA_BACSU | 600,5 | 39,3 | 61,6 | 8 | 5 |
| L-glyceraldehyde 3-phosphate reductase (E. coli), Germination protease (B. subtilis) | GPR_ECOLI | GPR_BACSU | 37,5 | 16,9 | 27,9 | 196 | 12 |
3. Локальное парное выравнивание гомологичных белков
Выравнивание выполнено программой water при параметрах по умолчанию.
| Protein Name | ID 1 | ID 2 | Score | % Identity | % Similarity | Gaps | Indels | % Coverage 1 | % Coverage 2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Acylphosphatase | ACYP_ECOLI | ACYP_BACSU | 150,0 | 42,9 | 59,7 | 5 | 4 | 78,3 | 84,6 |
| GTPase | ERA_ECOLI | ERA_BACSU | 603,5 | 40,3 | 62,7 | 7 | 4 | 97,0 | 96,7 |
| L-glyceraldehyde 3-phosphate reductase (E. coli), Germination protease (B. subtilis) | GPR_ECOLI | GPR_BACSU | 56,5 | 21,1 | 35,5 | 92 | 19 | 75,4 | 69,3 |
4. Комментарии к выравниваниям
Сравнение глобального и локального выравнивания
Пара ACYP:
- Гомологичны ли белки по всей длине? Да, по её большей части.
- Информативно ли локальное выравнивание по сравнению с глобальным? Случай показательный - и Identity, и Similarity выросли в локальном выравнии более чем на 10%, а число гэпов упало с 33 до 5 - скорее всего, эти белки имеют общий высококонсервативный домен.
- Пары букв, сопоставленные в локальном, но не в глобальном: Таких очень много (опять же, сильно упавшее число гэпов). Замечу, что локальное выравнивание сопоставило буквы в тех местах, где глобальное выравнивание вставляло гэпы, чтобы "растянуть" белки по всей длине.
Пара ERA:
- Гомологичны ли белки по всей длине? Да, причём по большей части.
- Информативно ли локальное выравнивание по сравнению с глобальным? Нет, в данном случае локальное выравнивание не дает значимой новой информации. Эта пара и так уже имеет высокую степень гомологии практически по всей длине.
- Пары букв, сопоставленные в локальном, но не в глобальном: Значимых отличий опять же тоже нет, разве что локальное выравнивание обрезало концы последовательностей.
Пара GPR:
- Гомологичны ли белки по всей длине? Скорее нет (относительно других 2-х рассматриваемых белков).
- Если нет, есть ли гомологичные участки? Да, и он достаточно большой - около 70%.
- Информативно ли локальное выравнивание по сравнению с глобальным? Да, очень. Выравнивание по всей длине хаотично сопоставила участки, ориентируясь только на длину. Локальное же подобрало подходящие друг другу участки, снизив количество гэпов более чем в 2 раза.
- Пары букв, сопоставленные в локальном, но не в глобальном: Да, их много - как раз по представленной выше причине.
В качестве вывода могу заметить, что для исследований действительно важно использовать как глобальное, так и локальное выравнивания.
5. Результат применения программ выравнивания к неродственным белкам
Выбранная пара: ACYP_ECOLI и ERA_BACSU (разные мнемоники функций)
| Метод | Score | % Identity | % Similarity | Gaps | Indels |
|---|---|---|---|---|---|
| Глобальное (needle) | 26,0 | 6,4 | 12,5 | 229 | 6 |
| Локальное (water) | 38,5 | 29,6 | 42,6 | 20 | 3 |
Комментарии: выравнивание неродственных белков ACYP_ECOLI и ERA_BACSU показало, что глобальное выравнивание ожидаемо не выявило гомологии, тогда как локальное выравнивание дало ложноположительный результат за счёт случайно подобранного короткого участка. Такое как раз подчёркивает, что локальное сходство не может служить единственным доказательством родства без учёта результатов глобального выравнивания.
6. Множественное выравнивание белков и импорт в Jalview
(а) Выбранная мнемоника и белки
- Мнемоника: ACYP
- Рекомендованное полное имя белка из ECOLI: Acylphosphatase
- Количество найденных белков в Swiss-Prot: 248
- Выбранные белки (помимо ECOLI и BACSU): ACYP_CLOPS, ACYP_PICTO, ACYP_LEPIC, ACYP_METCA, ACYP_NOCFA
(б) Процедура выравнивания
- Командой infoseq получила список всех ID, начинающихся с acyp_.
- Выбрала 5 дополнительных последовательностей.
- Сделала файл acyp_sequences.fasta и собрала в него все 7 белков соответствующего формата.
- Загрузила файл на свой компьютер и открыла через Jalview.
- Раскрасила выравнивание по параметру Percentage Identity, сохранила проект и согласно заданию поместила его в путь ~term2/acyp.jvp
(в) Проект Jalview
(г) Комментарии к выравниванию
- Все ли белки хорошо выровнялись? Да, все семь последовательностей выровнялись без значительных сдвигов, это говорит об общей структурной консервативности белка.
- Все ли они гомологичны? Да, они все ортологи, это и было подтверждено характерными мотивами с высоким процентом идентичности. Можно сделать вывод, что белки выполняют сходную функцию.
- Есть ли у выравнивания выраженная структура? В выравнивании чётко выделяются консервативные и вариабельные участки. В колонках 21-31 (полагаю, каталитический центр) и примерно с 38 по 61 и т.п. наблюдается высокий процент идентичности. Во второй половине последовательностей (и немного в начале) по расцветке можно определить вариабельность - адаптация у каждого отдельного вида. Такая структура соответствует ферментам данного класса.