Ақуыз отбасын талдау

1.

Бүгінде белоктардың құрылымдық
конформациясын іздеудің екі негізгі,
концептуалды әдісі бар:
• эксперименттік белгілі бір құрылымдардан
алынған білімге негізделген ақпараттық
әдістер (Knowledge-based methods),
• молекулалық
динамиканың
негізгі
принциптеріне
негізделген
әдістер
(modeling from the first principles/Ab initio
modeling).

2.

Ақуыз отбасын талдау
- Талдау үшін ақуызды таңдау
- Таңдалған ақуыздың домендік құрылымын анықтау
- Талдау үшін доменді таңдау
- Отбасы тізімін толықтыру немесе гомолог іздеу- "Типтік"
тізбектерді тексеру (мүмкін одан әрі жою немесе түзету)
- Тізбектерді көпше теңестіру
- Филогенетикалық талдау
- Филогенетикалық ағашын визуализациясы
- Филогенетикалық талдау негізінде тұқымдастарды бөлу
- Туыстық отбасыларды іздеу (супер отбасы, кланы және т.
б.).)
- 2D және 3D құрылымдарды болжау

3.

Тізбектік ұқсастық
Белгілі болғаны:
• ақуыздың/ДНҚ-ның қызметін, құрылымын
және басқа да көптеген қасиеттерін реттіліктері
анықтайды;
• туыс протеиндердің ұқсас қасиеттері бар
бірізділікке ұқсас молекулалары, қасиеттері
жағынан да ұқсас болады
Сонымен гомологиялық тізбектер арқылы
зерттелген тізбектердін қасиеттерін
болжауға болады

4.

Гомология
Құс қанаты
Жарғанат
қанаты
Адамның қолы
Салыстырылған биологиялық объектілердің
салыстырмалы
бөліктері
биологияда
гомологиялық деп аталады.
Гомологиялық объектілердің ортақ атасы бар
деп болжануда

5.

Гомологиялық тізбектер
Ақуыз гомологиясының белгілері:
ұқсас 3D құрылымы
аминқышқылдарының бірізділігі бірдей
Бірдей функцияларды орындау
Ортологтар - бұл спецификация процесінде бір
жалпы ағзадан пайда болған әр түрлі ағзалардағы
тізбектер. Ортологтар бірдей қызмет атқарады
Паралогтар дегеніміз - бір ағзада гендердің
қайталануы
нәтижесінде
бір
жалпы
предшественниктен пайда болған тізбектер.
Паралогтар әр түрлі қызметтерге ие.

6.

Теңестірү
• Теңестірү ол тізбектер мен олардың
үзінділері
арасындағы
ұқсастықтарды
іздейді
• Ең қарапайым теңестірү - гомологиялық
фрагменттер бірінің астына бірі болатындай
етіп тізбектерді бірінің астына бірін жазу.
домовой
скупидом
водомерка

7.

Теңестірү түрлері
• Локальды – ең жақсы ұқсайтын тізбектерді іздеү
домовой
домовой
скупидом
водомерка
• Глобальды - тұтас бірізділікті салыстыру: әрбір
нуклеотид (амин қышқылы) жұпты табады

8.

Теңестірү сапасының критерийлері
Бірдей амин қышқылдарының/нуклеотидтердің
саны (Ident, %)
Теңестірудің ұзындығы(Query cover)
Жалпы ұқсастық
салмағы (Score)
өлшемі
немесе
теңестіру
Тізбектердің
арасындағы
ұқсастықтың ықтималдығы (E-value)
кездейсоқ

9.

Салмақ қалай есептеледі (score, S)
Әр жұпты теңестірүдің
сапасы салмақпен
көрсетілген
Мән неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жақсы
нәтиже шығады!
Теңестірү салмағы сәйкестік/ауыстыру және өткізіп
жіберу
ұпайларының
қосындысы
ретінде
есептеледі
Ауыстыру
салмағын
есептеу
үшін
салмақ
матрицалары (PAM, BLOSUM) қолданылады.
Салмақ әр теңестірілген негізге (ДНҚ) немесе
амин қышқылына (ақуыз) есептеледі. Бос
аралықтар бос орындарды жою және енгізу үшін
айыппұл беріледі.

10.

BLOSUM vs PAM
• РАМ (Point Accepted Mutations) –өте жақын
(байланысты) ақуыздардың теңестірү
• BLOSUM (BLOck Scoring Matrix) – алыс
ақуыздарды теңестірү
BLOSUM 45
BLOSUM 62
PAM 250
Более разошедшиеся
BLOSUM 90
PAM 160
Менее разошедшиеся
PAM 100

11.

E-values
Кездейсоқ ұқсастықтың ықтималдығын көрсетеді,
яғни отбасылық байланыстың болмауы (құндылық
неғұрлым жоғары болса, соғұрлым нәтиже
нашарлайды!)
Төмен E-values мәндер реттіліктің гомологиялық
екендігін білдіреді
Алайда, жоғары құндылықтар гомологты білдірмейді!
Значение зависит как от размера выровненного
участка, так и от размера базы данных
E-value деректер базасының көлемін ұлғайту кезінде
өседі
E-value теңестіретін аймағының көлемінің ұлғаюымен
азаяды

12.

Ақуыздар құрылымын модельдеу
SwissModel (https://swissmodel.expasy.org/)
• ақуызды теңестіру
• ең жақын ақуыз бойынша моделін құру
FoldX, Yasara
• ақуыз құрылымын оптимизациясы
• мутациялардың және жағдайлардың өзгеруінің
ақуыз тұрақтылығына әсерін бағалау.

13.

14.

Мотив ?
• Аминқышқылдар тізбегіндегі мотив - бұл белоктың
қызметі үшін маңызды және бір-бірінен белгілі бір
(әдетте қысқа) қашықтықта орналасқан консервативті
қалдықтардың жиынтығы.
• Құрылымдық мотив - бұл белоктарда жиі кездесетін
кеңістіктік құрылымның элементі (α-спираль, βқұрылым).
Бір доменде аминқышқылдарының бір немесе бірнеше
мотивтері болуы мүмкін.
Кез-келген теңестіру кезінде мотив табу оңай емес.

15.

Гомологиялық белоктар

16.

Ақуыз гомологиясының белгілері
• ұқсас 3D құрылымы
• аминқышқылдарының бірізділігі ұқсас
• ұқсас функция
Ортологтар
дегеніміз
бір
жалпы
предшественниктен пайда болған тізбектер
Ортологтарда бірдей функциясы бар
Паралогтар - бір организмдегі дупликация
нәтижесінде (бір жалпы предшественник бар)
пайда болатын тізбектер
Паралогтардың әдетте әртүрлі функциялары бар.

17.

Отбасы - жалпы шығу тегі бар белоктар тобы, ұқсас домендік
құрылымға ие.
Superfamily
Family
Subfamily

18.

Аминқышқылдарының банктерінен алынған ақуыздардың
отбасылық және домендік банктері
Мотивтер жиынтығы
Домен жиынтығы
PROSITE , 1989
BLOCKS
PRINTS
Pfam
SMART
ProDom, 1995
SUPERFAMILY
InterPro, 1999
(Integrated Resource of Protein Families)
https://www.ebi.ac.uk/interpro/

19.

MEGA
Молекулалық филогенетика - ДНҚ, РНҚ және ақуыздар
макромолекулалардың құрылымын зерттеу негізінде тірі
организмдер арасындағы отбасылық байланыстарды
анықтау әдіс
Молекулалық филогенетикалық талдаудың нәтижесі:
тірі организмдердің филогенетикалық ағаштарды
құрастыру
Филогенетикалық ағаш (эволюциялық ағаш, өмір ағашы)
– жалпы шығу тегі бар әр түрлі түрлер арасындағы
эволюциялық қатынастарды көрсететін ағаш.

20.

рРНҚ гендерімен салынған тамырлы ағаш
түрінде ұсынылған тірі организмдердің
филогенезі

21.

үш класқа бөлінеді
жапырақтары, түйіндері және (ең көп дегенде) бір
түбірі.
• жапырақтары - тірі организмнің бір түрі
• түйін - ажырауының эволюциялық оқиғасы
• түбір - ортақ шығу тегі
Филогенетикалық ағаш салу кезеңдері
1. Биополимерлерді бөліп алу (ДНҚ, РНҚ, ақуыз)
2. Секвендеу (аминқышқылының немесе нуклеотидтердің
реттілігін анықтау)
3. Тізбектерді алғашқы өңдеу
4. Арнайы есептеу (филогенетикалық) әдістерін қолданып
ағаштарды құрастыру (максималды ықтималдылық принципі
Байес принципі, Neighbor-joining)

22.

• Негізінен
филогенетикалық
ағашының
құрастыруы - бұл белгілердің филогенезін
бағалау (яғни гендік ағаш)
• біз филогенетикалық ағаш салуды 3 кезеңнен бастаймыз
• қазірдің өзінде шифрланған және дәйектілік түрінде
алынған
• Сиквенс файл түрінде болады (нуклеотидтік немесе
аминқышқылдық тізбегі)

23.

https://www.megasoftware.net/

24.

https://www.youtube.com/watch?v=
wPRCLnF2NYk