INTRODUZIONE
DATABASE DI
SEQUENZE
RICERCA
TESTUALE
Ricerca dei record i cui campi
soddisfano determinati criteri
(hanno certi valori)
SIMILARITA’
Ricerca dei record che hanno
le sequenze più “simili” ad
una sequenza fornita come
query
RICERCA PER SIMILARITA’
La
ricerca per similarità di una sequenza contro un database di sequenze richiede
che sia possibile valutare la similarità della sequenza query contro ciascuna delle
sequenza del database. Quindi il problema da risolvere è quello della ricerca delle
similarità tra due sequenze
DATABASE DI SEQUENZE
SEQUENZA QUERY
PERCHE’ CERCARE SEQUENZE SIMILI?
Quando
si ottiene (in qualche modo) una sequenza di DNA o Aminoacidi si è
interessati a capire cos’è quella sequenza (è già nota?) e a scoprire la sua
funzione.
Potrebbe
anche capitare che la sequenza stessa sia presente nei database e già
annotata (descritta la sua funzione)...
Nel caso invece non si trovasse nei database esattamente la stessa sequenza, si
può ipotizzare la funzione della mia sequenza query cercando sequenze simili che
invece siano già state annotate. (predizione, che dovrà poi essere confermata
sperimentalmente)

In
base al grado di similarità trovato diventa possibile fare delle ipotesi più o
meno probabili sulla funzione della sequenza query semplicemente “trasferendo”
ad essa la funzione delle sequenze target simili ad essa identificate .
INFERIRE UNA FUNZIONE
Se
le sequenze di due proteine (DNA) sono molto simili allora lo saranno
anche le strutture e le funzioni
SEQUENZA
STRUTTURA
FUNZIONE
SIMILE
SIMILE
SIMILE
Non
vale il viceversa! (Funzioni e strutture simili non implicano
sequenze simili: caso degli isoenzimi)
Ci
possono essere proteine con la stessa funzione, ma con struttura e
soprattutto sequenza diversa. Es. mutazioni silenti, che interessano la
terza base di un codone. L’aminoacido rimane lo stesso ma è cambiato il
DNA!
SIMILARITA’ E OMOLOGIA
Spesso si fa confusione tra similarità ed omologia!
La similarità è un aspetto quantitativo che indica un livello di
somiglianza tra le sequenze.
criterio comparativo:
 % identità
 % mutazioni conservative (similarità)
L’omologia
è un aspetto qualitativo che riguarda più
propriamente la “funzione” delle sequenze ed indica un’origine
filogenetica comune
SIMILARITA’ vs OMOLOGIA
OMOLOGIA>>>>>>proprieta’ delle sequenze legata alla loro derivazione dallo uno
stesso antenato comune
SIMILARITA’>>>>>“grado di somiglianza” tra 2 sequenze
•La similarita’ osservata tra due sequenze PUO’ indicare che esse siano omologhe,
cioe’ evolutivamente correlate
•La similarita’ e’ una proprieta’ quantitativa, si puo’ misurare (CONTINUA)
•L’omologia e’ una proprieta’ qualitativa (1 vs 0 o tutto vs nulla, DISCRETA)
•La similarita’ tra sequenze si osserva,
•l’omologia tra sequenze si puo’ ipotizzare in base alla similarita’ osservata.
SIMILARITA’ E OMOLOGIA
ORTOLOGIA E PARALOGIA
OMOLOGIA
ANTENATO COMUNE
ORTOLOGIA
PARALOGIA
PROCESSO DI SPECIAZIONE
DUPLICAZIONE GENICA
OMOLOGIA E PARALOGIA
SIMILARITA’ E OMOLOGIA
•Proteine omologhe: proteine che si sono evolute da un comune
ancestore, nell’evoluzione la similarità di sequenza è meno preservata
rispetto alla struttura terziaria
•Si possono avere proteine omologhe con un’identità di sequenza fino
al 20%
Come è possibile ciò?
•La maggior parte delle mutazioni avviene sulla superficie della
proteina mentre gli amminoacidi del core sono maggiormente
conservati in modo da consentire il medesimo folding alle proteine.
Identità e similarità ’ …alcuni termini
Gli aminoacidi possono essere raggruppati in base alle loro
caratteristiche fisico-chimiche (es.: PI, massa).

Ogni aminoacido può essere definito simile ad un altro per le sue
specifiche caratteristiche

tra due proteine, l’identità riguarda la percentuale di residui identici
mentre l’omologia prende in considerazione anche i residui simili.

Due proteine aventi la stessa funzione ma derivanti da organismi
differenti hanno in genere similarità maggiore rispetto all’identità e ciò è
legato al fatto che alcune posizioni aminoacidiche sono occupate da
aminoacidi diversi ma aventi caratteristiche simili
glutammato: stessa carica)
(i.e.: aspartato e
SIMILARITA’
SIMILARITIES …IDENTITIES
residui identici
% IDENTITÀ = ---------------------- x 100
residui totali
residui identici + residui simili
% SIMILARITÀ= ----------------------------------------------- x 100
residui totali
SIMILARITIES …IDENTITIES
•
Allo stesso modo e in misura maggiore, ma per
ragioni legate alla degenerazione del codice genetico
una sequenza di DNA può apparire molto diversa da una
codificante per lo stesso prodotto proteico.
•
Occorre avvalersi quindi di strumento che ne
verifichino la trascrizione e la traduzione (BLASTx…ne
parleremo)
EVOLUZIONE DEI GENOMI
Vari
sono i meccanismi responsabili della variabilità
genetica che oggi possiamo osservare:
Mutazioni
Inserzioni
Inversioni
Delezioni
puntiformi
MUTAZIONI
TRASVERSIONE
Si riferisce alle sostituzioni di una purina (A,G) con una
pirimidina (C,T) o viceversa.
(A<<<<<<< >>>>>>> C)
(A<<<<<<< >>>>>>> T)
(G<<<<<<< >>>>>>> C)
(G<<<<<<< >>>>>>> T)
TRANSIZIONE
Si riferisce alle sostituzioni di una purina (A,G)
con un’altra purina o di una pirimidina (C,T)
con un’altra pirimidina
(A<<<<<<< >>>>>>> G)
(C<<<<<<< >>>>>>> T)
MUTAZIONI
DELEZIONI
INSERZIONI
INDEL
INVERSIONI