Biologia · Glossário

O que é Alinhamento múltiplo e perfis?

Definição 5.11 Biologia universitária — 3.º ano · Capítulo 5 — Bioinformática e análise de sequências

Um alinhamento múltiplo de sequências organiza uma família de sequências em colunas de resíduos homólogos. A programação dinâmica exata sobre kk sequências custa nkn^{k} e é impossível além de três; os programas práticos alinham progressivamente, primeiro o par mais próximo segundo uma árvore-guia, depois sequências e grupos ao alinhamento em crescimento, com rodadas de refinamento. Um alinhamento pronto é resumido como um perfil: para cada coluna, a frequência de cada resíduo e das lacunas. Um modelo oculto de Markov de perfil formaliza isso como uma cadeia de estados de correspondência, um por coluna conservada, cada um emitindo resíduos com suas próprias probabilidades, com estados de inserção e de deleção que admitem resíduos a mais ou a menos em cada posição; o modelo de uma família (uma entrada do Pfam) pontua uma nova sequência pela probabilidade do melhor caminho pelos estados, e encontra homólogas bem abaixo da zona crepuscular da comparação par a par, porque uma coluna que só tolera resíduos hidrofóbicos diz isso, ao passo que uma sequência isolada não pode dizer.

Um modelo oculto de Markov de perfil de uma família de quatro colunas. Cada estado de correspondência M emite um resíduo com as frequências próprias da coluna; os estados de inserção I (com laços sobre si) admitem resíduos extras, e os estados de deleção D saltam uma coluna. Pontuar uma sequência é encontrar seu caminho mais provável.
Um modelo oculto de Markov de perfil de uma família de quatro colunas. Cada estado de correspondência M emite um resíduo com as frequências próprias da coluna; os estados de inserção I (com laços sobre si) admitem resíduos extras, e os estados de deleção D saltam uma coluna. Pontuar uma sequência é encontrar seu caminho mais provável.

Exemplos

Exemplo 5.7 (Identidade, similaridade e a zona crepuscular)

Duas sequências proteicas aleatórias alinhadas de forma ótima com lacunas chegam a cerca de 15 a 20%15\text{ a }20\,\% de identidade por acaso. Acima de 35%35\,\% de identidade ao longo de cem resíduos, duas proteínas são quase certamente homólogas; entre 20%20\,\% e 35%35\,\% está a zona crepuscular, em que a identidade sozinha não decide e a estatística adiante precisa decidir. As homólogas podem cair bem abaixo da zona: as subunidades da hemoglobina e a mioglobina compartilham 25%25\,\% de identidade, a lisozima e a α\alpha-lactalbumina 40%40\,\%, e muitos pares de proteínas de mesmo enovelamento compartilham menos de 15%15\,\%, detectáveis só pela comparação de perfis ou de estruturas.

Exemplo 5.10 (Ler um valor E)

Uma consulta de 250250 resíduos contra um banco de 5×10105\times 10^{10} resíduos tem mn=1.25×1013243.5mn = 1.25\times 10^{13} \approx 2^{43.5}. Um acerto com escore em bits de 6060 tem E=243.560=216.5105E = 2^{43.5 - 60} = 2^{-16.5} \approx 10^{-5}: é, essencialmente com certeza, uma homóloga. Um acerto com S=40S' = 40 tem E=23.511E = 2^{3.5} \approx 11: esperam-se onze escores desses por acaso, e o acerto não significa nada. O mesmo alinhamento, com o mesmo escore em bits, buscado contra um banco dez vezes maior, tem um EE dez vezes maior — a significância é propriedade da busca, não do par. O limiar de uso comum é E<103E < 10^{-3} para uma homóloga confiável; E0.01E \approx 0.0111 merece uma segunda olhada com um método de perfil.

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