7.1: ДНК

Мінімум, який потрібно знати про ДНК хімії та генетичному коді

В одній з найважливіших наукових робіт, коли-небудь опублікованих, Джеймс Уотсон і Френсіс Крик, зображені на рис. $7.2$, Визначено структуру ДНК за допомогою три-CLUSTAL W (1,83) багаторазового вирівнювання послідовності

Малюнок 7.1: Багаторазове вирівнювання бета-ланцюга гемоглобіну для риб людини, шимпанзе, щурів і зебри, отриманого за допомогою ClustAlW.

розмірна молекулярна модель, яка робить рівнину хімічну основу спадковості. Молекула ДНК складається з двох ниток, намотані один навколо одного, утворюючи тепер відому подвійну спіраль. Довільно одна пасмо маркується групою секвенування, щоб бути позитивною, а інша - негативною. Дві нитки молекули ДНК зв'язуються один з одним сполученням основи: основи однієї нитки з'єднуються з підставами іншої нитки. Аденін (А) завжди парається з тиміном (Т), а гуанін$(\mathrm{G})$ завжди парається з цитозином$(\mathrm{C}): \mathrm{A}$ з$\mathrm{T}, \mathrm{G}$ з$\mathrm{C}$. Для РНК Т замінюється урацилом (U). При зчитуванні послідовності нуклеотидів з однієї нитки необхідно вказати напрямок зчитування, а це можливо, посилаючись на хімічні зв'язки хребта ДНК. Звичайно, існує лише два можливі напрямки для читання лінійної послідовності основ, і вони позначаються як$5^{\prime}-$ до-$3^{\prime}$ і$3^{\prime}-t o-5^{\prime} .$ важливо, дві окремі нитки молекули ДНК орієнтовані в протилежних напрямках. Нижче наведено початок послідовності кодування ДНК для білка бета-ланцюга гемоглобіну людини, розглянутого раніше:

Важливо розуміти, що тут є дві унікальні послідовності ДНК, і або одна, або навіть обидві, можуть бути кодуванням. Читання від$5^{\prime}-$ до-$3^{\prime}$, верхня послідовність починається «GTGCACCTG...», тоді як нижня послідовність закінчується «... CAGGTGCACC». Тут тільки верхні коди послідовності для бета-ланцюга гемоглобіну людини, а нижня послідовність - некодування.

Малюнок 7.2: Джеймс Уотсон та Френсіс Крик позують перед своєю моделлю ДНК. Оригінальна фотографія була зроблена в 1953 році, році відкриття, і була відтворена в 2003 році, через п'ятдесят років. Френсіс Крик, чоловік праворуч, помер у$2004 .$

Малюнок 7.3: Генетичний код. коди для однієї амінокислоти. Триплетне кодування нуклеотидів для амінокислот - знаменитий генетичний код, показаний на рис.7.3. Тут переклад на послідовність амінокислот «VHL...», де ми використовували генетичний код «GUG» = V, 'CAC'=H, 'CUG'$=$ L. Три з двадцяти амінокислот, що використовуються тут, -$\mathrm{V}=$ валін,$\mathrm{H}=$ гістидин та$L=$ лейцин

Вирівнювання послідовності грубою силою

Вирівнювання послідовності за допомогою динамічного програмування

Штрафи за відкриття розриву та розширення розриву

$7.5$Локальні вирівнювання

$7.6$Програмне забезпечення

Якщо у вас є в руках дві або більше послідовностей, які ви хотіли б вирівняти, є вибір програмних інструментів доступні. Для відносно коротких послідовностей можна використовувати програму LALIGN для глобальних або локальних вирівнювання: http://embnet.vital-it.ch/software/LALIGN_form.html

Для довших послідовностей програмне забезпечення BLAST має смак, який дозволяє локальне вирівнювання двох послідовностей:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/bl2seq/wblast2.cgi

Ще одне корисне програмне забезпечення для глобального вирівнювання двох або більше довгих послідовностей ДНК - PipMaker.

http://pipmaker.bx.psu.edu/pipmaker/

Кілька глобальних вирівнювань білкових послідовностей використовують ClustAlw або T-Coffee:

http://www.clustal.org/

Більшість користувачів програмного забезпечення вирівнювання послідовностей хочуть порівняти задану послідовність з базою даних послідовностей. Програмне забезпечення BLAST найбільш широко використовується і поставляється в декількох версіях, залежно від типу послідовності та пошуку в базі даних:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/