Выравнивания гомологичных и негомологичных белков
В ходе выполнения практикума было выполнено выравнивание гомологичных и негомологичных белков. В качестве белковых последовательностей я выбрала белки АТФ-синтазы (субъединицы a, c, β, γ, ε). В качестве организмов-источников были выбраны 2 бактерии: Bacillus subtilis и Escherichia coli. Были выполнены 2 типа выравниваний: выравнивания по методу Нидельмана-Вунша (глобальное выравнивание) и Смита-Вотермана (локальное выравнивание) функциями needle и water из пакета Emboss.
Таблица с описаниями всех произведенных выравниваний
Глобальное выравнивание
Для гомологичных белков последовательности имеют процент идентичности от 27,6 (для субъединицы а) до 61,1 (для субъединицы β), процент похожести — 45,8 (субъединица a) и 78 (субъединица β). Для негомологичных белков процент идентичности колеблется от 1,6 (субъединица γ у E. Coli + субъединица а для B. Subtilis) до 9,7 (между субъединицами c и ε у B. Subtilis). Проценты похожести колеблются между 3,2 и 19,4 процентами.
Выравнивание для β-субъединицы
Выравнивание для негомологичных белков
Локальное выравнивание
Локальное выравнивание дает больший процент гомологии как и для гомологичных, так и для негомологичных белков — от 29,8% до 64,4% для аналогичных субъединиц. Процент похожести от 50 до 78,7.
Для негомологичных белков процент гомологии колеблется от 19,9% до 36,8%, а процент похожести — от 33,8 до 64,7 процентов.
Локальное выравнивание для β-субъединицы
Локальное выравнивание для негомологичных белков
Различия между гомологичными и негомологичными белками на выравнивании
С помощью выравниваний можно установить гомологичность белков. Стоит отметить, что в рассмотренных примерах, выравнивания гомологичных белков набирают 138 и больше баллов (для белка с самой большой гомологией — 1534). Для негомологичных белков счет выравнивания не превышает 50 баллов.
Также в случае глобального выравнивания можно руководствоваться подсчитываемым процентом гомологии: в случае гомологичных белков от превышает отметку в 25%, а в случае негомологичных — не больше 10% (для рассмотренных в практикуме белков). Также важно и число гепов: для глобального выравнивания негомологичных белков их число велико (в абсолютном и относительном соотношении), а для гомологичных — мало.
Множественное выравнивание гомологичных белков
В программе Jalview было выполнено мноественное выравнивание 6 белковых последовательностей ε-субъединицы АТР-синтазы различных организмов. Данная суъединица является структурной и регуляторной, причем у разных организмов ее вклад в ругуляцию различен.
С помощью множественного выравнивания можно предположить степень гомологии последовательностей и выстроить их эволюционное дерево.
Для дальнейшей работы я использовала выравнивание последовательностей из E. Coli и B. Subtilis. Между ними были найдены следующие отличия:
- Вставка метионина у кишечной палочки после 2 аминокислоты
- Замена пролина на аланин у кишечной палочки (12 аминокислота)
- Замена аспарагиновой кислоты на серин у кишечной палочки (18 аминокислота)
- Замена лейцина на тирозин у кишечной палочки (36 аминокислота)
- Замена треонина на аланин у сенной палочки (44 аминокислота)
- Замена глутаминовой кислоты на изолейцин у кишечной палочки (85 аминокислота)
Сравнение выравниваний
Вручную были выровнены 3 выравнивания: одно из множественного, локальное и глобальное выравнивания.
Были обнаружены следующие различия:
- Между парой из множественного выравнивания и глобального выравнивания различается положение гепа для последовательности BS: на множественном располагается на месте 3 аминокислоты, в глобальном же на месте первой
- Множественное выравнивание сдвигает лизин у B.Subtilis на 54 позицию и вставляет геп на 55, а в глобальном и локальном выравнивании происходит наоборот.
- Множественное выравнивание вставляет 3 гепа на месте 109-111 аминокислот, глобальное и локальное гепы не вставляет. Затем множественное выравнивание съезжает на 3 аминокислоты по сравнению с другими.
- Между глобальным и локальным выравниванием в данном случае различия не находятся.