Глобальное и локальное выравнивание аминокислотных последовательностей

Матрицы переходов

Глобальное выравнивание

Матрица переходов глобального выравнивания строилась для следующих 2-х последовательностей:
1) Последовательность первых 4 остатков белка FHUA_ECOLI — MARS.
2) Последовательность из 5 букв, полученная следующим образом: в последовательность первых 4 остатков белка FHUA_ECOLI были внесены две замены и в одном месте была вставлена дополнительная буква — MCQPS.
Параметры, использовавшиеся при построении матрицы:
- Вес совпадения — 2;
- Вес замены — -1;
- Штраф за делецию — -2.

Выравнивание, соответствующее оптимальному пути (выделен голубым цветом):

     seq1     1 MAR-S 4     
                |.. |       
seq2     1 MCQPS 5

Вес пути равен 0.

Локальное выравнивание

Матрица переходов локального выравнивания строилась для следующих 2-х последовательностей:
1) Последовательность первых 9 остатков белка FHUA_ECOLI — MARSKTAQP.
2) Последовательность из аминокислот c номерами 2, 3, 7, 8, 9 из белка FHUA_ECOLI — ARAQP.
Параметры, использовавшиеся при построении матрицы:
- Вес совпадения — 2;
- Вес замены — -1;
- Штраф за делецию — -2.

Выравнивания, соответствующие оптимальному пути (выделен голубым цветом) и субоптимальному пути (выделен жёлтым цветом):

Оптимальный путь	Субоптимальный путь
seq1 7 AQP 9 \|\|\| seq2 3 AQP 5	seq1 2 AR 3 \|\| seq2 1 AR 2
Вес пути равен 6.	Вес пути равен 4.

Влияние параметров на глобальное выравнивание

Для аминокислотной последовательности белка FHUA_ECOLI и последовательности mutant, склеенной из двух небольших её участков из разных мест (длиной 10 и 12 аминокислот), с помощью программы Needle из пакета EMBOSS были построены 3 глобальных выравнивания при различных параметрах для программы: штрафах за открытие делеции, равных 10, 5 и 1 и штрафе за продолжение делеции, равном 1. Первые два выравнивания совпали, а третье отличается от них.
Ниже приведены первое и третье выравнивания.

FHUA_ECOLI 1 MARSKTAQPKHSLRKIAVVVATAVSGMSVYAQAAVEPKEDTITVTAAPAP 50 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 51 QESAWGPAATIAARQSATGTKTDTPIQKVPQSISVVTAEEMALHQPKSVK 100 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 101 EALSYTPGVSVGTRGASNTYDHLIIRGFAAEGQSQNNYLNGLKLQGNFYN 150 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 151 DAVIDPYMLERAEIMRGPVSVLYGKSSPGGLLNMVSKRPTTEPLKEVQFK 200 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 201 AGTDSLFQTGFDFSDSLDDDGVYSYRLTGLARSANAQQKGSEEQRYAIAP 250 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 251 AFTWRPDDKTNFTFLSYFQNEPETGYYGWLPKEGTVEPLPNGKRLPTDFN 300 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 301 EGAKNNTYSRNEKMVGYSFDHEFNDTFTVRQNLRFAENKTSQNSVYGYGV 350 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 351 CSDPANAYSKQCAALAPADKGHYLARKYVVDDEKLQNFSVDTQLQSKFAT 400 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 401 GDIDHTLLTGVDFMRMRNDINAWFGYDDSVPLLNLYNPVNTDFDFNAKDP 450 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 451 ANSGPYRILNKQKQTGVYVQDQAQWDKVLVTLGGRYDWADQESLNRVAGT 500 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 501 TDKRDDKQFTWRGGVNYLFDNGVTPYFSYSESFEPSSQVGKDGNIFAPSK 550 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 551 GKQYEVGVKYVPEDRPIVVTGAVYNLTKTNNLMADPEGSFFSVEGGEIRA 600 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 601 RGVEIEAKAALSASVNVVGSYTYTDAEYTTDTTYKGNTPAQVPKHMASLW 650 :..:......|||||||||||| mutant 1 VSKRPTTEPLVNVVGSYTYTDA 22 FHUA_ECOLI 651 ADYTFFDGPLSGLTLGTGGRYTGSSYGDPANSFKVGSYTVVDALVRYDLA 700 mutant 23 22 FHUA_ECOLI 701 RVGMAGSNVALHVNNLFDREYVASCFNTYGCFWGAERQVVATATFRF 747 mutant 23 22
   Параметры выравнивания:

Матрица весов аминокислотных замен — BLOSUM62;
Штраф за открытие делеции — 10.0;
Штраф за продолжение делеции — 1.0.

FHUA_ECOLI 1 MARSKTAQPKHSLRKIAVVVATAVSGMSVYAQAAVEPKEDTITVTAAPAP 50 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 51 QESAWGPAATIAARQSATGTKTDTPIQKVPQSISVVTAEEMALHQPKSVK 100 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 101 EALSYTPGVSVGTRGASNTYDHLIIRGFAAEGQSQNNYLNGLKLQGNFYN 150 mutant 1 0 FHUA_ECOLI 151 DAVIDPYMLERAEIMRGPVSVLYGKSSPGGLLNMVSKRPTTEPLKEVQFK 200 |||||||||| |.. mutant 1 VSKRPTTEPL--VNV- 13 FHUA_ECOLI 201 AGTDSLFQTGFDFSDSLDDDGVYSYRLTGLARSANAQQKGSEEQRYAIAP 250 .| | : | ::|: mutant 14 VG--S-Y-T---YTDA 22 FHUA_ECOLI 251 AFTWRPDDKTNFTFLSYFQNEPETGYYGWLPKEGTVEPLPNGKRLPTDFN 300 mutant 23 22 FHUA_ECOLI 301 EGAKNNTYSRNEKMVGYSFDHEFNDTFTVRQNLRFAENKTSQNSVYGYGV 350 mutant 23 22 FHUA_ECOLI 351 CSDPANAYSKQCAALAPADKGHYLARKYVVDDEKLQNFSVDTQLQSKFAT 400 mutant 23 22 FHUA_ECOLI 401 GDIDHTLLTGVDFMRMRNDINAWFGYDDSVPLLNLYNPVNTDFDFNAKDP 450 mutant 23 22 FHUA_ECOLI 451 ANSGPYRILNKQKQTGVYVQDQAQWDKVLVTLGGRYDWADQESLNRVAGT 500 mutant 23 22 FHUA_ECOLI 501 TDKRDDKQFTWRGGVNYLFDNGVTPYFSYSESFEPSSQVGKDGNIFAPSK 550 mutant 23 22 FHUA_ECOLI 551 GKQYEVGVKYVPEDRPIVVTGAVYNLTKTNNLMADPEGSFFSVEGGEIRA 600 mutant 23 22 FHUA_ECOLI 601 RGVEIEAKAALSASVNVVGSYTYTDAEYTTDTTYKGNTPAQVPKHMASLW 650 mutant 23 22 FHUA_ECOLI 651 ADYTFFDGPLSGLTLGTGGRYTGSSYGDPANSFKVGSYTVVDALVRYDLA 700 mutant 23 22 FHUA_ECOLI 701 RVGMAGSNVALHVNNLFDREYVASCFNTYGCFWGAERQVVATATFRF 747 mutant 23 22
   Параметры выравнивания:

Матрица весов аминокислотных замен — BLOSUM62;
Штраф за открытие делеции — 1.0;
Штраф за продолжение делеции — 1.0.

   При штрафе за открытие делеции, равном 10, программа строит выравнивание, при котором последовательность mutant оказывается неразделённой гэпами и сопоставляется части последовательности FHUA_ECOLI так, что наибольший из вырезанных участков последовательности (второй) оказывается на своём месте, а первый участок — непосредственно слева от него.
   При штрафе за открытие делеции, равном 1, составная последовательность оказалась разделена несколькими гэпами, и, кроме того, сопоставлена первому, более короткому участку из исходной последовательности.

То, что в разных случаях последовательность, составленная из двух участков, оказалась в результате выравниваний соответствующей разным участкам из последовательности аминокислот белка, можно считать случайностью, поскольку это обстоятельство зависит в большей степени от конкретных последовательностей.
Вследствие уменьшения штрафа за открытие делеции во втором случае по сравнению с первым количество делеций заметно возросло, поскольку при штрафе 10 и большом количестве делеций вес выравнивания сильно бы уменьшился. В выравниваниях реальных последовательностей, конечно, более достоверным был бы первый результат, поскольку статистически он более вероятен, так как предполагает меньшее количество эволюционных событий.

Однако одна из последовательностей в построенных выравниваниях не является реально существующей в природе, поэтому стоит заметить, что ни одно из выравниваний не показало её истинного происхождения (не поставила каждый из двух коротких участков на соответствующие им места одновременно). Причина в очень большом штрафе за продолжение делеции (который не изменялся) относительно расстояния между вырезанными участками. Действительно, при резком уменьшении этого штрафа программа выдаёт правильный результат.

На главную страницу второго семестра