Задание 1. Сравнение параметров глобального и локального выравнивания пары гомологичных белков


Для выполнения Задания 1 были выбраны 2 гомологичные последовательности. По ним было построено глобальное выравнивание. (Рис.1) И локальное выравнивание (Рис.2) На данных изображениях показаны участки, которые отличались в этих двух выравниваниях. Основные различия данных выравниваний заключались в конце обоих выравниваний. Общая длина показана на Рис.3 (Примечание:на всех изображениях представленных ниже верхней последовательности соответствует DNAK_CORGL, нижней - DNAK_METAR

Глобальное выравнивание

Рис.1

Таблица 1. Основные характеристики глобального выравнивания

ё
Название последовательностей Длина выравнивания Длина последовательности Консервативные позиции Консервативные позиции (%) Функционально консервативные позиции Функционально консервативные позиции (%) Количество гэпов Число инделей
DNAK_CORGL/DNAK_METAR 626 618/623 337 53 446 71 11 4









Локальное выравнивание

Рис.2

Таблица 2. Основные характеристики локального выравнивания

Название последовательности Длина выравнивания Консервативные позиции Консервативные позиции (%) Функционально консервативные позиции Функционально консервативные позиции (%) Количество колонок с гэпами Число инделей
DNAK_CORGL/DNAK_METAR 579 325 56 430 74 3 3









Общее изображение двух выравниваний

Рис.3


Таблица 3. Различия между глобальным и локальным выравниванием.

Название выравнивания Длина выравнивания Консервативные позиции Консервативные позиции (%) Функционально консервативные позиции Функционально консервативные позиции (%) Количество гэпов Число инделей
Глобальное 626 337 53 446 71 11 4
Локальное 579 325 56 430 74 3 3









Комментарии

Основное отличие данных выравниваний состоит в их длине, что закономерно было предположить. Локальное выравнивание - выравнивание лишь участка. По количеству консервативных позиций и функционально консервативных позиций данные выравнивания отличаются не так значительно, однако в глобальном выравнивании таких позиций все же больше.Глобальное выравнивание должно соотнести обе последовательности полностью, в то время как локальное отбрасывает совсем не гомологичные участки. Тем самым избавляясь от длинных инделей и большого количества гэпов. В этом и состоит главное их отличие.Количество гэпов в локальном выравнивании значительно меньше, что связано с существенными штрафами за открытие, удлиненние и закрытие инделей.

Характеристики выравниваний.


Матрица весов - EBLOSUM62. По умолчанию штраф за открытие и закрытие инделя - 10.0. За удлинение - 0.5. Однако в построенном выравнивании исполбзовалось соответсвенно 30.0 и 1.0 т.к. при изначально заданных параметрах варавнивания практически не отличались.

Задание 2. Сравните параметры локального выравнивания пары гомологичных белков и пяти пар не гомологичных белков

Были построены выравнивания пяти пар не гомологичных белков. Фрагменты изображений белков представлены на Рис.4-8.


Таблица 4. Параметры локального выравнивания не гомологичных белков.

ID Длина выравнивания Консервативные позиции Консервативные позиции (% ) Функционально консервативные позиции Функционально консервативные позиции (% ) Количество гэпов Число инделей
A0A109QDP9_9BACL/E8YFS1_9BURK 199 35 17 57 28 90 8
A0A109QDP9_9BACL/A0A0X8CP23_9BRAD 263 51 19 88 33 92 16
A0A109QDP9_9BACL/Q79ZF6_STRAW 113 25 22 40 35 28 5
A0A109QDP9_9BACL/A0A0U3LMY0_STRGL 27 7 25 9 33 0 0
A0A109QDP9_9BACL/Q82CH9_STRAW 142 26 18 42 29 61 8









Рис.4 Выравнивание белков:A0A109QDP9_9BACL и E8YFS1_9BURK

Рис.5 Выравнивание белков:A0A109QDP9_9BACL и A0A0X8CP23_9BRAD

Рис.6 Выравнивание белков:A0A109QDP9_9BACL и Q79ZF6_STRAW

Рис.7 Выравнивание белков:A0A109QDP9_9BACL и A0A0U3LMY0_STRGL

Рис.8 Выравнивание белков:A0A109QDP9_9BACL и Q82CH9_STRAW


Комментарии

Сравнивая различные параметры в локальных выравниваниях между гомологичными и не гомологичными белками можно выявить следующие различия. В первую очередь длина самого выравнивания значительно сокращается, это связано с небольшим количеством гомологичных позиций между белками.Длина выравнивания не гомологичных меньше, чем гомологичных минимум в 2 раза. Также следует отметить, что количество как консервативных, так и функционально консервативных позиций значительно меньше также, как и их процент (50% в выравнивании гомологичных белков и в среднем 20-30% негомологичных белков). Количество инделей также заметно увеличивается.Тем не менее больше всего из всех параметров выравнивания отличается количество гэпов. Их количество несопоставимо больше в выравнивании негомоличных белков. Все эти различия свидетельствуют о том, что данные белки являются не гомологичными.

Задание 3. Отличия между тремя выравнивания одних и тех же двух последовательностей, построенные разными программами

Для выполнения этого задания использовались парные выравнивания трех видов: множественное (ненужные последовательности были удалены), глобальное и локальное. Данные выравнивания были объеденены в группы. Основные отличия наблюдались на конце выравниваний. На Рис.9 представлены начало и конец выравниваний. (Примечания: верхняя пара-множественное выравнивание, центральная пара-глобальное выравнивание, нижняя-локальное)

Рис.9.

Отличия в выравниваниях

1) В множественном выравнивании в последовательности DNAK_CORGL Gly (594) соответсвует Pro (605) в последовательности DNAK_METAR. В двух других выравниваниях Gly (594) соответствует Gln (599)

2) В множественном выравнивании в последовательности DNAK_CORGL Asp (580) соответсвует Ala (577) в последовательности DNAK_METAR. В двух других выравниваниях Gly (594) соответствует Gln (585)

3) В множественном выравнивании в последовательности DNAK_CORGL Glu (604) соответсвует гэп в последовательности DNAK_METAR. В двух других выравниваниях Glu (604) соответствует Glu (617)

Cледует отметить, что глобальное и локальное выравнивнивания идектичны, за исключением их длнины. Во множественном выравнивании в самом конце имеется большее количество гэпов. В глобальном данный участок одного из белков не гомологичен никакому участку другого белка. Эволюционно возможно данный участок появился позднее. Локальное выравнивание не содержит этого участка, т.к. данный участок не имеет положительного веса. Следовательно, локальное выравнивание наиболее точно отражает гомологию белков, не рассматривая лишние участки.