Übersicht

Sehr gut gemacht! In Teil 2 haben wir herausgefunden, dass unser unbekanntes Protein höchstwahrscheinlich Rhodopsin ist – das lichtempfindliche Protein der Netzhaut. Rhodopsine gehören zu einer Klasse von Proteinen, die Opsine genannt werden und meistens ein Chromophor namens Retinal binden.

Jetzt wollen wir mehr über Rhodopsine erfahren und Methoden der Bioinformatik nutzen, um ihre evolutionären Veränderungen zu untersuchen. Dies wird uns dabei helfen, die Entwicklung der neuen Art zu verstehen und eng verwandten Arten zu identifizieren. Zu diesem Zweck führen wir ein sogenanntes multiples Sequenzalignment durch. Dies ist eine Technik, bei der zahlreiche Rhodopsin-Aminosäuresequenzen aus verschiedenen Arten übereinander angeordnet werden. Das Alignment stellt sicher, dass ähnliche Aminosäuren möglichst konsistent übereinander angeordnet sind. Wenn dies bei einem großen Teil der Aminosäuren der Fall ist, bedeutet es, dass die Sequenzen eng miteinander verwandt sind. 

Eine Reihe von vorbereiteten Sequenzen findest du auf der Registerkarte “Sequenzen”. Die erste Sequenz (“>New species (Unknown)”) entspricht dem Rhodopsin, das du zuvor entschlüsselt hast. Die anderen Sequenzen entsprechen Rhodopsinen von 20 verschiedenen Organismen, darunter Rhodopsine vom Menschen und gängigen Forschungsorganismen wie Fruchtfliegen, Hausmäuse, Ratten und Zebrafische.

Deine Aufgabe

Bitte befolge die unten aufgeführten Schritte:

1. Verwende die auf der Registerkarte “Sequenzen” verfügbaren Rhodopsinesequenzen von 21 verschiedenen Arten und führe mit Hilfe der EMBL-EBI Clustal Omega Methode ein multiples Sequenzalignment durch.
2. Befolge die Anweisungen auf der Registerkarte “Clustal Omega”.
3. Versuche, die Fragen auf der Registerkarte “Fragen” zu beantworten.

Sequenzen

>New species (Unknown) 
MNGTEGPFGYIPMSNATGLVRSPYDYPQYYLVPPWGYACLAAYMFLLILTGFPVNFLTLY
VTIEHKKLRSPLNYILLNLAVADLFMVIGGFTTTMWTSLBGYFVFGRMGCNIEGFFATLG
GEIALWSLVVLSMERWIVVCKPISNFRFGENHAVMGVAFSWFMAAACAVPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGIDYYTRAEGFNNESFVIYMFVVFFTCPLTIITFCYGRLVCTVKEAAAQQQES
ETTQRAEREVTRMVIITFVAFLACWVPYASVAWYIFTHQGSEFGPVFMTIPAFFAKSSAV
YNPVIYICLNKQFRHCMITTLCCGKNPFEEEEGSTTASKTEASSVCSVSPHA

>Drosophila melanogaster (Fruit fly)
MASLHPPSFAYMRDGRNLSLAESVPAEIMHMVDPYWYQWPPLEPMWFGIIGFVIAILGTM
SLAGNFIVMYIFTSSKGLRTPSNMFVVNLAFSDFMMMFTMFPPVVLNGFYGTWIMGPFLC
ELYGMFGSLFGCVSIWSMTLIAYDRYCVIVKGMARKPLTATAAVLRLMVVWTICGAWALM
PLFGWNRYVPEGNMTACGTDYFAKDWWNRSYIIVYSLWVYLTPLLTIIFSYWHIMKAVAA
HEKAMREQAKKMNVASLRNSEADKSKAIEIKLAKVALTTISLWFFAWTPYTIINYAGIFE
SMHLSPLSTICGSVFAKANAVCNPIVYGLSHPKYKQVLREKMPCLACGKDDLTSDSRTQA
TAEISESQA

>Sus scrofa (Wild boar)
MNGTEGPNFYVPFSNKTGVVRSPFEYPQYYLAEPWQFSMLAAYMFMLIVLGFPINFLTLY
VTVQHKKLRTPLNYILLNLAVADLFMVFGGFTTTLYTSLHGYFVFGPTGCNLEGFFATLG
GEIALWSLVVLAIERYVVVCKPMSNFRFGENHAIMGLALTWVMALACAAPPLVGWSRYIP
EGLQCSCGIDYYTLKPEVNNESFVIYMFVVHFSIPLVIIFFCYGQLVFTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVIIMVVAFLICWLPYASVAFYIFTHQGSDFGPIFMTIPAFFAKSASI
YNPVIYIMMNKQFRNCMLTTLCCGKNPLGDDEASTTTSKTETSQVAPA

>Bos taurus (Cattle)
MNGTEGPNFYVPFSNKTGVVRSPFEAPQYYLAEPWQFSMLAAYMFLLIMLGFPINFLTLY
VTVQHKKLRTPLNYILLNLAVADLFMVFGGFTTTLYTSLHGYFVFGPTGCNLEGFFATLG
GEIALWSLVVLAIERYVVVCKPMSNFRFGENHAIMGVAFTWVMALACAAPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGIDYYTPHEETNNESFVIYMFVVHFIIPLIVIFFCYGQLVFTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVIIMVIAFLICWLPYAGVAFYIFTHQGSDFGPIFMTIPAFFAKTSAV
YNPVIYIMMNKQFRNCMVTTLCCGKNPLGDDEASTTVSKTETSQVAPA

>Homo sapiens (Human)
MNGTEGPNFYVPFSNATGVVRSPFEYPQYYLAEPWQFSMLAAYMFLLIVLGFPINFLTLY
VTVQHKKLRTPLNYILLNLAVADLFMVLGGFTSTLYTSLHGYFVFGPTGCNLEGFFATLG
GEIALWSLVVLAIERYVVVCKPMSNFRFGENHAIMGVAFTWVMALACAAPPLAGWSRYIP
EGLQCSCGIDYYTLKPEVNNESFVIYMFVVHFTIPMIIIFFCYGQLVFTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVIIMVIAFLICWVPYASVAFYIFTHQGSNFGPIFMTIPAFFAKSAAI
YNPVIYIMMNKQFRNCMLTTICCGKNPLGDDEASATVSKTETSQVAPA

>Mus musculus (House mouse) 
MNGTEGPNFYVPFSNVTGVVRSPFEQPQYYLAEPWQFSMLAAYMFLLIVLGFPINFLTLY
VTVQHKKLRTPLNYILLNLAVADLFMVFGGFTTTLYTSLHGYFVFGPTGCNLEGFFATLG
GEIALWSLVVLAIERYVVVCKPMSNFRFGENHAIMGVVFTWIMALACAAPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGIDYYTLKPEVNNESFVIYMFVVHFTIPMIVIFFCYGQLVFTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVIIMVIFFLICWLPYASVAFYIFTHQGSNFGPIFMTLPAFFAKSSSI
YNPVIYIMLNKQFRNCMLTTLCCGKNPLGDDDASATASKTETSQVAPA

>Gallus gallus (Red junglefowl)
MNGTEGQDFYVPMSNKTGVVRSPFEYPQYYLAEPWKFSALAAYMFMLILLGFPVNFLTLY
VTIQHKKLRTPLNYILLNLVVADLFMVFGGFTTTMYTSMNGYFVFGVTGCYIEGFFATLG
GEIALWSLVVLAVERYVVVCKPMSNFRFGENHAIMGVAFSWIMAMACAAPPLFGWSRYIP
EGMQCSCGIDYYTLKPEINNESFVIYMFVVHFMIPLAVIFFCYGNLVCTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVIIMVIAFLICWVPYASVAFYIFTNQGSDFGPIFMTIPAFFAKSSAI
YNPVIYIVMNKQFRNCMITTLCCGKNPLGDEDTSAGKTETSSVSTSQVSPA

>Cricetulus griseus (Chinese Hamster)
MNGTEGPNFYVPFSNATGVVRSPFEYPQYYLAEPWQFSMLAAYMFLLIVLGFPINFLTLY
VTVQHKKLRTPLNYILLNLAVADLFMVFGGFTTTLYTSLHGYFVFGPTGCNLEGFFATLG
GEIALWSLVVLAIERYVVICKPMSNFRFGENHAIMGVVFTWIMALACAAPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGVDYYTLKPEVNNESFVIYMFVVHFTIPLIVIFFCYGQLVFTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVILMVVFFLICWFPYAGVAFYIFTHQGSNFGPIFMTLPAFFAKSSSI
YNPVIYIMMNKQFRNCMLTTLCCGKNILGDDEASATASKTETSQVAPA

>Canis lupus familiaris (Dog)
MNGTEGPNFYVPFSNKTGVVRSPFEYPQYYLAEPWQFSMLAAYMFLLIVLGFPINFLTLY
VTVQHKKLRTPLNYILLNLAVADLFMVFGGFTTTLYTSLHGYFVFGPTGCNVEGFFATLG
GEIALWSLVVLAIERYVVVCKPMSNFRFGENHAIMGVAFTWVMALACAAPPLAGWSRYIP
EGMQCSCGIDYYTLKPEINNESFVIYMFVVHFAIPMIVIFFCYGQLVFTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVIIMVIAFLICWVPYASVAFYIFTHQGSDFGPIFMTLPAFFAKSSSI
YNPVIYIMMNKQFRNCMITTLCCGKNPLGDDEASASASKTETSQVAPA

>Danio rerio (Zebrafish)
MNGTEGPAFYVPMSNATGVVRSPYEYPQYYLVAPWAYGLLAAYMFFLIITGFPVNFLTLY
VTIEHKKLRTPLNYILLNLAIADLFMVFGGFTTTMYTSLHGYFVFGRLGCNLEGFFATLG
GEMGLWSLVVLAIERWMVVCKPVSNFRFGENHAIMGVAFTWVMACSCAVPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGVDYYTRTPGVNNESFVIYMFIVHFFIPLIVIFFCYGRLVCTVKEAAAQQQES
ETTQRAEREVTRMVIIMVIAFLICWLPYAGVAWYIFTHQGSEFGPVFMTLPAFFAKTSAV
YNPCIYICMNKQFRHCMITTLCCGKNPFEEEEGASTTASKTEASSVSSSSVSPA

>Rattus norvegicus (Brown rat)
MNGTEGPNFYVPFSNITGVVRSPFEQPQYYLAEPWQFSMLAAYMFLLIVLGFPINFLTLY
VTVQHKKLRTPLNYILLNLAVADLFMVFGGFTTTLYTSLHGYFVFGPTGCNLEGFFATLG
GEIGLWSLVVLAIERYVVVCKPMSNFRFGENHAIMGVAFTWVMALACAAPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGIDYYTLKPEVNNESFVIYMFVVHFTIPMIVIFFCYGQLVFTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVIIMVIFFLICWLPYASVAMYIFTHQGSNFGPIFMTLPAFFAKTASI
YNPIIYIMMNKQFRNCMLTSLCCGKNPLGDDEASATASKTETSQVAPA

>Delphinus delphis (Short-beaked common dolphin)
MNGTEGLNFYVPFSNKTGVVRSPFEYPQYYLAEPWQFSVLAAYMFLLIVLGFPINFLTLY
VTVQHKKLRTPLNYILLNLAVANLFMVFGGFTTTLYTSLHAYFVFGPTGCNLEGFFATLG
GEIALWSLVVLAIERYVVVCKPMSNFRFGENHAIMGLALTWIMAMACAAPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGIDYYTLSPEVNNESFVIYMFVVHFTIPLVIIFFCYGQLVFTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVIIMVVAFLICWVPYASVAFYIFTHQGSDFGPIFMTIPSFFAKSSSI
YNPVIYIMMNKQFRNCMLTTLCCGRNPLGDDEASTTASKTETSQVAPA

>Mesoplodon bidens (Sowerby's beaked whale)
MNGTEGLNFYVPFSNHTGVVRSPFEYPQYYLAEPWQFSVLAAYMFLLIMLGFPINFLTLY
VTVQHKKLRTPLNYILLNLAVANLFMVLGGFTTTLYTSMHAYFIFGPTGCNLEGFFATLG
GEIALWSLVVLAIERYVVVCKPMSNFRFGENHAIMGLALTWIMALACAAPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGVDYYTPSPEVNNESFVVYMFVVHFSIPMVIIFFCYGQLVFTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVVIMVVAFLICWVPYASVAFYIFTHQGSNFGPIFMTIPSFFAKSSAI
YNPVIYIMMNKQFRNCMLTTLCCGRNPLGDDEVSTTASKTETSQVAPA

>Phoca vitulina (Harbor seal)
MNGTEGPNFYVPFSNKTGVVRSPFEFPQYYLAEPWQFSMLAAYMFLLIVLGFPINFLTLY
VTVQHKKLRTPLNYILLNLAVADLFMVFGGFTTTLYTSLHGYFVFGPTGCNLEGFFATLG
GEIALWSLVVLAIERYVVVCKPMSNFRFGENHAIMGVGFTWVMALACAAPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGIDYYTLKPEVNNESFVIYMFVVHFTIPMIVIFFCYGQLVFTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVIIMVIAFLICWVPYASVAFYIFTHQGSNFGPIFMTLPAFFAKAASI
YNPVIYIMMNKQFRTCMITTLCCGKNPLGDDEVSASASKTETSQVAPA

>Scyliorhinus canicula (Catshark)
MNGTEGENFYIPMSNKTGVVRSPFDYPQYYLAEPWKFSVLAAYMFFLIIAGFPVNFLTLY
VTIQHKKLRQPLNYILLNLAVADLFMIFGGFPSTMITSMNGYFVFGPSGCNFEGFFATLG
GEIGLWSLVVLAIERYVVVCKPMSNFRFGSQHAFMGVGLTWIMAMACAFPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGIDYYTLKPEVNNESFVIYMFVVHFSIPLTIIFFCYGRLVCTVKEAAAQQQES
ETTQRAEREVTRMVIIMVIAFLICWLPYASVAFFIFCNQGSEFGPIFMTIPAFFAKAASL
YNPLIYILMNKQFRNCMITTICCGKNPFEEEESTSASASKTEASSVSSSQVAPA

>Carassius auratus (Goldfish)
MNGTEGDMFYVPMSNATGIVRSPYDYPQYYLVAPWAYACLAAYMFFLIITGFPVNFLTLY
VTIEHKKLRTPLNYILLNLAISDLFMVFGGFTTTMYTSLHGYFVFGRVGCNPEGFFATLG
GEMGLWSLVVLAFERWMVVCKPVSNFRFGENHAIMGVVFTWFMACTCAVPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGVDYYTRPQAYNNESFVIYMFIVHFIIPLIVIFFCYGRLVCTVKEAAAQHEES
ETTQRAEREVTRMVVIMVIGFLICWIPYASVAWYIFTHQGSEFGPVFMTLPAFFAKTAAV
YNPCIYICMNKQFRHCMITTLCCGKNPFEEEEGASTTASKTEASSVSSSSVSPA

>Lithobates catesbeianus (American bullfrog)
MNGTEGPNFYVPMSNKTGIVRSPFEYPQYYLAEPWKYSVLAAYMFLLILLGLPINFMTLY
VTIQHKKLRTPLNYILLNLAFANHFMVLCGFTITMYTSLHGYFVFGQTGCYFEGFFATLG
GEIALWSLVVLAIERYIVVCKPMSNFRFGENHAMMGVAFTWIMALACAVPPLFGWSRYIP
EGMQCSCGVDYYTLKPEVNNESFVIYMFVVHFLIPLIIISFCYGRLVCTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVVIMVIFFLICWVPYAYVAFYIFTHQGSEFGPIFMTVPAFFAKSSAI
YNPVIYIMLNKQFRNCMITTLCCGKNPFGDEDASSAATSKTEATSVSTSQVSPA

>Bufo bufo (Common toad)
MNGTEGPNFYIPMSNKTGVVRSPFEYPQYYLAEPWQYSILCAYMFLLILLGFPINFMTLY
VTIQHKKLRTPLNYILLNLAFANHFMVLCGFTVTMYSSMNGYFILGATGCYVEGFFATLG
GEIALWSLVVLAIERYVVVCKPMSNFRFSENHAVMGVAFTWIMALSCAVPPLLGWSRYIP
EGMQCSCGVDYYTLKPEVNNESFVIYMFVVHFTIPLIIIFFCYGRLVCTVKEAAAQQQES
ATTQKAEKEVTRMVIIMVVFFLICWVPYASVAFFIFSNQGSEFGPIFMTVPAFFAKSSSI
YNPVIYIMLNKQFRNCMITTLCCGKNPFGEDDASSAATSKTEASSVSSSQVSPA

>Oryzias latipes (Japanese rice fish)
MNGTEGPYFNVPMVNTTGIVRSPYEYPQYYLVSPAAYAALGAYMFFLILVGFPINFLTLY
VTLEHKKLRTPLNYILLNLAVADLFMVFGGFTTTMYTSMHGYFVLGRLGCNLEGFFATLG
GEIGLWSLVVLAIERWVVVCKPISNFRFGENHAIMGLVFTWIMAASCAVPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGVDYYTRAEGFNNESFVVYMFVCHFLIPLIVVFFCYGRLLCAVKEAAAAQQES
ETTQRAEREVTRMVVIMVIGFLVCWLPYASVAWYIFTNQGSEFGPLFMTIPAFFAKSSSI
YNPAIYICMNKQFRNCMITTLCCGKNPFEEEEGASTTASKTEASSVSSSSVSPA

>Sardina pilchardus (Pilchard)
MNGTEGPFFYIPMSNATGLVRSPYDYPQYYLVPPWGYACLAAYMFLLILTGFPVNFLTLY
VTIEHKKLRSPLNYILLNLAVADLFMVIGGFTTTMWTSLNGYFVFGRMGCNIEGFFATLG
GEIALWSLVVLSMERWIVVCKPISNFRFGENHAVMGVAFSWFMAAACAVPPLVGWSRYIP
EGMQCSCGIDYYTRAEGFNNESFVIYMFVVHFTCPLTIITFCYGRLVCTVKEAAAQQQES
ETTQRAEREVTRMVIIMFVAFLACWVPYASVAWYIFTHQGSEFGPVFMTIPAFFAKSSAV
YNPVIYICLNKQFRHCMITTLCCGKNPFEEEEGSTTASKTEASSVCSVSPA

>Lacunicambarus ludovicianus (Painted devil crayfish)
LHMIHLHWYQYPPMNPMMYPLLLVFMLITGILCLAGNFVTIWVFMNTKSLRTPANLLVVN
LAMSDFLMMFTMFPPMMITCYYHTWTLGATFCEVYAFLGNLCGCASIWTMVFITFDRYNV
IVKGVAGEPLSTKKASLWILTVWVLSFTWCVAPFFGWNRYVPEGNLTGCGTDYLSEDILS
RSYLYIYSTWVYFLPLAITIYCYVFIIKAVAAHEKGMRDQAKKMGIKSLRNEEAQKTSAE
CRLAKIAMTTVALWFIAWTPYLLINWVGMFARSYLSPVYTIWGYVFAKANAVYNPIVYAI
S

Clustal Omega

1. Füge alle Aminosäuresequenzen, einschließlich der Größer-als-Symbole und den Artnamen, in das Eingabefeld im unteren Fenster ein. (Alternativ kannst du auch diese FASTA-Datei mit den Sequenzen von deinem Computer hochladen).

2. Wähle “ClustalW with character counts” als Ausgabeformat.

3. Übermittle die Sequenzen zum Durchführen des Alignments.

4. Die verschiedenen Rhodopsin-Sequenzen sind nun in einem Alignment. Du kannst die Ergebnisse auf der Registerkarte “Alignment” einsehen und zur besseren Visualisierung auf “Show Colors” klicken.

5. Lade die Aminosäuresequenzen nach dem Alignment herunter oder kopiere sie für die nächste Aufgabe (einschließlich “CLUSTAL O(1.2.4) multiple sequence alignment”).

Hinweis: Die Ausgabe von multiplen Sequenzalignments enthält auch eine zusätzliche Zeile unterhalb der letzten Sequenz, die Auskunft darüber gibt, wie konserviert eine bestimmte Aminosäure ist. Dies ist folgendermaßen zu interpretieren:
– Sternchen (*): vollständig konservierte Aminosäure (identisch in allen Sequenzen)
– Doppelpunkt (:): stark konservierte Aminosäure 
– Punkt (.): schwach konservierte Aminosäure  
– Leer (): nicht konservierte Aminosäure

Fragen

1. Was kannst du aus dem Alignment ableiten? Gibt es bemerkenswerte Unterschiede in der Länge der einzelnen Sequenzen?
2. Welche Art besitzt die längste Rhodopsin-Aminosäuresequenz?
3. Gibt es konservierte Aminosäuren oder Teile der Sequenzen, die bei allen Arten vorhanden sind? Gibt es Teile, die nur bei einer oder wenigen Arten vorkommen?

Aktivitäten-Navigation

● Einleitung

● Teil 1: Von der DNA zur Proteinsequenz

● Teil 2: Identität und Funktion von Proteinen

● Teil 3: Multiples Sequenzalignment

● Teil 4: Phylogenetische Analyse

● Teil 5: Strukturelle Analyse