BIOINFORMATIK I ÜBUNGEN.

Transkript

1 BIOINFORMATIK I ÜBUNGEN

2 Organisation 3 Übungen Kurze Einführung anschließend Labor Protokoll (je 2 Studierende, elektronisch doc, pdf..) Abgabe der Übungen bis spätestens

3 Termine

4 Übungsziele Kennlernen biologischer Datenbanken (NCBI, ) Arbeiten mit DNA/RNA/Protein Sequenzen Sequenzalignment (BLAST) Arbeiten mit Genome Browsern (UCSC, Ensembl) Lösung praktischer Beispiele mit Online Analyse (keine Programmierübung)

5 Biologischer Informationsfluss

6 Chromsome, Chromatin, DNA

7 DNA

8 Nomenklatur von Nukleinsäuren Base Symbol Occurrence Adenin A DNA, RNA Guanin G DNA, RNA Cytosin C DNA, RNA Thymin T DNA Uracil U RNA Symbol Meaning Description R A or G purine Y C or T pyrimidine W A or T Weak hydrogen bonds S G or C Strong hydrogen bonds M A or C amino groups K G or T Keto groups H A, C, or T (U) not G, (H follows G) B G, C, or T (U) not A, (B follows A) V G, A, or C not T (U), (V follows U) D G, A, or T (U) not C, (D follows C) N G, A, C or T (U) any nucleotide

9 Nomenklatur DNA sequences are always from 5 to 3 + strand 5 -ACGGTCGCTGTCGGTAGC-3 - strand 3 -TGCCAGCGACAGCCATCG-5 e.g. in fasta format : >gene sequence gi12345 chr17 - GCTACCGACAGCGACCGT Positions in the genome (genome assembly) are chromosome wise e.g. human GRCh37/hg19 chr11:1 100 chr11:49,686,777 49,689,777 Positions in the chromosome startfor both!! strandsfrom position 1 chr11: strand 5 -ACGGTCGCTG TCGGTAGC-3 - strand 3 -TGCCAGCGAC AGCCATCG-5 chr11:

10 Regulation of transcription

11 mrna processing

12 Translation, genetic code and reading frames

13 Peptid chain, amino acid sequence, proteins backbone sidechains Protein sequences are always form N terminal end to C terminal end E.g.. SCD sequence in fasta format

14 National Library of Medicine (NLM) National Center for Biotechnology Information (NCBI) NIH (National Institute of Health) Campus in Bethesda, Maryland, USA (gegründet 1836 Budget >30 Mrd $)

15 GenBank Datenbank zur Verwaltung von Sequenzdaten Frei zugänglich (Nucleotide) Täglicher Datenaustausch mit EBI und DDBJ Neuer Release alle zwei Monate > organisms (species)

16 Entrez

17 RefSeq Best, comprehensive, non redundant set of sequences For genomic DNA (NG_), transcript mrna (NM_), other RNA (NR_) and protein (NP_) For major research organisms (2645 organisms) Based on GenBank derived sequences Ongoing curation by NCBI staff and collaborators, with review status indicated on each record (computational XM_, XP_)

18 Gene One record represents one single gene from an organism Gene specific information such as map, sequence, expression, structure, function, homology, publications, links Can have one or more Refseq transcripts assigned (NM_) Official gene symbol and name, GeneID, aliases and other designations

19 Insulin Polypeptid Hormon Bildung: Betazellen der Langerhansinseln im Pankreas (Bauchspeicheldrüse) 51 Aminosäuren (2 Ketten) A mit 21 AS B mit 30 AS Schweineinsulin (1 AS unterschiedlich) Rinderinsulin (3 AS unterschiedlich) Glucosetransport in die Zelle und Blutzuckerregulation Hemmt in der Fettzelle Lipolyse und fördert Lipogenese In Leber und Muskelzelle wird Glykogenaufbau gefördert

20 Proinsulin

21 Vom Preproinsulin zum Insulin

22 Insulin als Medikament Verwendung von Schweine und Rinderinsulin Bildung von Antikörpern & allergische Reaktionen möglich Versorgung eines Diabetikers: 50 Pankreata/Jahr Gentechnische Herstellung mit rekombinanter DNA Technologie Unterschiedliche Wirkungsdauer (zb. Dissoziation von Insulinhexameren) und Insulinanaloga

23 Exercise 1-1: Find difference between insulin sequence in pig and human DNA sequence (AY242110) Sus scrofa (pig) Homo sapiens (human) NCBI Nucleotide (Genbank) Notepad++ 1. extract cds of insulin fasta file blastn 7. genomic location and adjacent genes blastn 3. Compare cds with mrna blastn NCBI Gene using Refseq ID 2. extract mrna seq of insulin NCBI Gene using Refseq ID fasta file Notepad++ 5. extract mrna seq in human NCBI Gene using Refseq ID 4. extract protein sequence of insulin 6. extract protein sequence of insulin fasta file Notepad++ fasta file Notepad++ blastp (align two sequences) Signal P server 8. compare protein sequences 9. find signal peptide