Cравнение биологических последовательностей На основе лекции А.Б.Рахманиновой, 2008. - презентация

1 Cравнение биологических последовательностей На основе лекции А.Б.Рахманиновой, 2008

2 Biologists must constantly keep in mind that what they see was not designed, but rather evolved. It might be thought, therefore, that evolutionary arguments would play a large part in guiding biological research, but this is far from the case. Francis Crick What Mad Pursuit (1988) pp «Копирование с модификацией» центральная парадигма эволюции, в которой новые белки и/или новые биологические функции моделируются из имевшихся ранее.» (Д.Гасфильд, 2003)

3 Пути эволюции последовательностей

4 Мутации gatcaacactacttgacttcaagacttaccataaagaaaac gatcaacactacttgacttcaaaacttaccataaagaaaac точечная замена gatcaacactacttgacttcaagacttaccataaagaaaac gatcaacactacttgacttcaacttaccataaagaaaac делеция gatcaacactacttgacttcaagacttaccataaagaaaac gatcaacactacttgacttcaagatacttaccataaagaaaac инсерция (вставка)

5 Точечные мутации Молчащая мутация Замена аминокислотного остатка Терминация (обрыв цепи) Сдвиг рамки считывания

6 Эволюция белков Мутации в белках: возникают случайно могут закрепиться или исчезнуть конкретная мутация может быть: летальной вредной слабовредной нейтральной полезной Последние три типа порождают полиморфизм данного белка в популяции Доля каждого варианта подвержена случайным изменением (модель: «случайное блуждание с поглощением»). За исторически короткое время один из вариантов (старый или новый) исчезает. Во втором случае говорят, что мутация закрепилась.

7 История белка Приближённая картина: один белок – это конкретный белок в конкретный момент времени у конкретного вида живых организмов. Можно (теоретически) проследить историю данного белка во времени. С течением времени последовательность белка меняется. Это и называется эволюцией белка. При разделении вида на два все белки этих видов начинают эволюционировать независимо время белок Кроме того, нередко случается дупликация гена в геноме; после дупликации соответствующие белки также эволюционируют независимо

8 Последовательности двух белков >CYB5_CHICK P00174 Cytochrome b5 MVGSSEAGGEAWRGRYYRLEEVQKHNNSQSTWIIVHHRIYDITKFLDEHPGGEEVLREQA GGDATENFEDVGHSTDARALSETFIIGELHPDDRPKLQKPAETLITTVQSNSSSWSNWVI PAIAAIIVALMYRSYMSE >CYB5_HUMAN P00167 Cytochrome b5 MAEQSDEAVKYYTLEEIQKHNHSKSTWLILHHKVYDLTKFLEEHPGGEEVLREQAGGDAT ENFEDVGHSTDAREMSKTFIIGELHPDDRPKLNKPPETLITTIDSSSSWWTNWVIPAISA VAVALMYRLYMAED Если присмотреться, то видно, что последовательности имеют много общего

9 Выравнивание CYB5_CHICK 1 MVGSSEAGGEAWRGRYYRLEEVQKHNNSQSTWIIVHHRIYDITKFLDEHP 50.:|...||.:||.|||:||||:|:|||:|:||::||:||||:||| CYB5_HUMAN 1 ---MAEQSDEA--VKYYTLEEIQKHNHSKSTWLILHHKVYDLTKFLEEHP 45 CYB5_CHICK 51 GGEEVLREQAGGDATENFEDVGHSTDARALSETFIIGELHPDDRPKLQKP 100 ||||||||||||||||||||||||||||.:|:|||||||||||||||.|| CYB5_HUMAN 46 GGEEVLREQAGGDATENFEDVGHSTDAREMSKTFIIGELHPDDRPKLNKP 95 CYB5_CHICK 101 AETLITTVQSNSSSWSNWVIPAIAAIIVALMYRSYMSE- 138.||||||:.|:||.|:|||||||:|:.||||||.||:| CYB5_HUMAN 96 PETLITTIDSSSSWWTNWVIPAISAVAVALMYRLYMAED 134 Выравнивание имеется смысл сопоставления букв одной последовательности буквам другой. Против букв, которым ничего не соответствует в другой последовательности, ставят знак «гэпа» (пропуска, пробела); здесь это дефис. Между последовательностями или под ними могут стоять знаки, облегчающие визуальный анализ; здесь это |, : и точка.

10 # Matrix made by matblas from blosum62.iij # * column uses minimum score # BLOSUM Clustered Scoring Matrix in 1/2 Bit Units # Blocks Database = /data/blocks_5.0/blocks.dat # Cluster Percentage: >= 62 # Entropy = , Expected = A R N D C Q E G H I L K M F P S T W Y V B Z X * A R N D C Q E G H I L K M F P S T W Y V B Z X *

11 Что есть что (редактор GeneDoc) Название последовательности Номер столбца выравнивания Номер последнего в строке остатка ИЗ ЭТОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ Консервативный остаток Функционально консервативная позиция

12 Выравнивание на основе сопоставления пространственных структур Этим Ca-атомам в «синей» структуре ничего не соответствует в «зелёной» Большая часть остатков двух цепей соответствуют друг другу. Соответствие в данном случае определяется хорошим наложением структур в пространстве.

13 Парные выравнивания Полные (global) Частичные (local) Полное выравнивание – таблица, обе строки которой представляют собой полные последовательности белков, перемежаемые в некоторых местах знаками пропусков. Строки частичного выравнивания представляют собой участки последовательностей двух белков, перемежаемые знаками пропусков. Prot 1: 131 QPGEVIQSYYPDQPKLASAFVRHALGIRGIVCIVERPGAVYTGDEIEV 178 P + I+ D F A G RG++ VERPG + G+ + + Prot 2: 138 FPAKEIEK---DHAGFGPKFKPAATGRRGVMAWVERPGVLKAGETLRL 182 Пример частичного выравнивания

14 Карта локального сходства