Практикум 9. Выравнивание последовательностей
Задание 2. Глобальное парное выравнивание (needle)
Глобальное выравнивание для трёх пар гомологичных белков из E. coli K12 и B. subtilis 168.
| Protein Name | ID 1 | ID 2 | Score | % Identity | % Similarity | Gaps | Indels |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Chaperone protein DnaK | DNAK_ECOLI | DNAK_BACSU | 1767.0 | 55.4% | 72.9% | 33 | DNAK_ECOLI: 1, DNAK_BACSU: 4, Total: 5 |
| DNA gyrase subunit A | GYRA_ECOLI | GYRA_BACSU | 2227.0 | 50.7% | 68.6% | 72 | GYRA_ECOLI: 3, GYRA_BACSU: 4, Total: 7 |
| Tyrosine—tRNA ligase | TYRA_ECOLI | TYRA_BACSU | 84.0 | 14.9% | 28.9% | 212 | TYRA_ECOLI: 18, TYRA_BACSU: 4, Total: 22 |
* Для пары TYRA_ECOLI / TYRA_BACSU глобальное выравнивание показало очень низкое сходство (14.9%), что указывает на отсутствие гомологии по всей длине.
Задание 3. Локальное парное выравнивание (water)
| Protein Name | ID 1 | ID 2 | Score | % Identity | % Similarity | Gaps | Indels | Coverage 1 | Coverage 2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Chaperone protein DnaK | DNAK_ECOLI | DNAK_BACSU | 1767.0 | 55.8% | 73.3% | 30 | DNAK_ECOLI: 0, DNAK_BACSU: 4, Total: 4 | 99.7% | 99.2% |
| DNA gyrase subunit A | GYRA_ECOLI | GYRA_BACSU | 2228.0 | 52.6% | 71.3% | 38 | GYRA_ECOLI: 1, GYRA_BACSU: 3, Total: 4 | 96.1% | 98.1% |
| Tyrosine—tRNA ligase | TYRA_ECOLI | TYRA_BACSU | 95.5 | 20.2% | 39.7% | 65 | TYRA_ECOLI: 11, TYRA_BACSU: 3, Total: 14 | 56.3% | 67.1% |
Задание 4. Комментарии к выравниваниям
Пары DNAK (DnaK)
Белки DnaK (шапероны HSP70) гомологичны по всей длине. Глобальное и локальное выравнивания дали практически одинаковые результаты (55.4% vs 55.8% идентичности, покрытие ~99%). Локальное выравнивание не даёт преимущества, так как белки хорошо выравниваются глобально.
Пары GYRA (ДНК-гираза A)
Белки гомологичны по всей длине. Глобальное выравнивание показало 50.7% идентичности, локальное — 52.6% при покрытии 96-98%. Локальное выравнивание немного лучше, так как на концах есть участки, не попавшие в локальное выравнивание.
Пары TYRA (тирозил-тРНК-синтетаза)
Глобальное выравнивание показало очень низкую идентичность (14.9%) и много гэпов (212). Белки, вероятно, не гомологичны по всей длине. Однако локальное выравнивание выявило участок длиной ~262 остатка с идентичностью 20.2% и покрытием 56-67%. Это указывает на наличие гомологичного домена в средней части белка. Локальное выравнивание в данном случае гораздо информативнее глобального.
Задание 5. Результат применения программ к неродственным белкам
Выбрана случайная пара с разными мнемониками: ENO_ECOLI (энолаза) и DNAK_BACSU (шаперон DnaK).
| Alignment type | Score | % Identity | % Similarity | Gaps | Indels | Coverage 1 | Coverage 2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Global (needle) | 85.0 | 15.2% | 25.8% | 313 (46.2%) | ENO: 13, DNAK: 17, Total: 30 | 100% | 100% |
| Local (water) | 90.5 | 21.7% | 36.8% | 115 (26.3%) | ENO: 11, DNAK: 15, Total: 26 | 89.1% | 61.2% |
Вывод: Оба выравнивания показали очень низкий процент идентичности (15-22%), что типично для неродственных белков. Локальное выравнивание выявило короткие консервативные участки (возможно, АТФ/ГТФ-связывающие мотивы), однако в целом белки не являются гомологичными.
Задание 6. Множественное выравнивание и импорт в Jalview
(а) Выбранная мнемоника
Мнемоника: DNAK (Chaperone protein DnaK, HSP70)
Полное имя белка из ECOLI: Chaperone protein DnaK (HSP70) (Heat shock 70 kDa protein)
Количество белков в Swiss-Prot: 770
Выбранные 5 белков (помимо ECOLI и BACSU): DNAK_CHLTR, DNAK_HELPY, DNAK_RICPR, DNAK_MYCTU, DNAK_NEIMA
(б) Как делалось выравнивание
Последовательности скачаны из Swiss-Prot с помощью seqret, множественное выравнивание выполнено программой muscle с параметрами по умолчанию.
(в) Проект Jalview
Скачать проект Jalview (dnak_alignment.jvp)
(г) Комментарии к выравниванию
Белки DnaK/HSP70 — высококонсервативная семья. Все выбранные белки гомологичны.
- Консервативные участки: колонки 130-190 (АТФ-связывающий домен), 350-400 (субстрат-связывающий домен)
- Вариабельные участки: колонки 70-120 (петлевая область), 500-600 (C-концевой участок)