10. Code: Aligning amino acid sequences#
Here we resuse the code from previous chapters. We have hidden this code to make you focus on the salient parts of the reasoning.
10.1. Protein sequences#
We can use the exact same alignment methods for protein sequences, as long as we define an appropriate scoring function. Here we will use a PAM250 matrix for the matches, and a gap penalty of 10.
PAM250 = {
'A': {'A': 2, 'C': -2, 'D': 0, 'E': 0, 'F': -3, 'G': 1, 'H': -1, 'I': -1, 'K': -1, 'L': -2, 'M': -1, 'N': 0, 'P': 1, 'Q': 0, 'R': -2, 'S': 1, 'T': 1, 'V': 0, 'W': -6, 'Y': -3},
'C': {'A': -2, 'C': 12, 'D': -5, 'E':-5, 'F': -4, 'G': -3, 'H': -3, 'I': -2, 'K': -5, 'L': -6, 'M': -5, 'N': -4, 'P': -3, 'Q': -5, 'R': -4, 'S': 0, 'T': -2, 'V': -2, 'W': -8, 'Y': 0},
'D': {'A': 0, 'C': -5, 'D': 4, 'E': 3, 'F': -6, 'G': 1, 'H': 1, 'I': -2, 'K': 0, 'L': -4, 'M': -3, 'N': 2, 'P': -1, 'Q': 2, 'R': -1, 'S': 0, 'T': 0, 'V': -2, 'W': -7, 'Y': -4},
'E': {'A': 0, 'C': -5, 'D': 3, 'E': 4, 'F': -5, 'G': 0, 'H': 1, 'I': -2, 'K': 0, 'L': -3, 'M': -2, 'N': 1, 'P': -1, 'Q': 2, 'R': -1, 'S': 0, 'T': 0, 'V': -2, 'W': -7, 'Y': -4},
'F': {'A': -3, 'C': -4, 'D': -6, 'E':-5, 'F': 9, 'G': -5, 'H': -2, 'I': 1, 'K': -5, 'L': 2, 'M': 0, 'N': -3, 'P': -5, 'Q': -5, 'R': -4, 'S': -3, 'T': -3, 'V': -1, 'W': 0, 'Y': 7},
'G': {'A': 1, 'C': -3, 'D': 1, 'E': 0, 'F': -5, 'G': 5, 'H': -2, 'I': -3, 'K': -2, 'L': -4, 'M': -3, 'N': 0, 'P': 0, 'Q': -1, 'R': -3, 'S': 1, 'T': 0, 'V': -1, 'W': -7, 'Y': -5},
'H': {'A': -1, 'C': -3, 'D': 1, 'E': 1, 'F': -2, 'G': -2, 'H': 6, 'I': -2, 'K': 0, 'L': -2, 'M': -2, 'N': 2, 'P': 0, 'Q': 3, 'R': 2, 'S': -1, 'T': -1, 'V': -2, 'W': -3, 'Y': 0},
'I': {'A': -1, 'C': -2, 'D': -2, 'E':-2, 'F': 1, 'G': -3, 'H': -2, 'I': 5, 'K': -2, 'L': 2, 'M': 2, 'N': -2, 'P': -2, 'Q': -2, 'R': -2, 'S': -1, 'T': 0, 'V': 4, 'W': -5, 'Y': -1},
'K': {'A': -1, 'C': -5, 'D': 0, 'E': 0, 'F': -5, 'G': -2, 'H': 0, 'I': -2, 'K': 5, 'L': -3, 'M': 0, 'N': 1, 'P': -1, 'Q': 1, 'R': 3, 'S': 0, 'T': 0, 'V': -2, 'W': -3, 'Y': -4},
'L': {'A': -2, 'C': -6, 'D': -4, 'E':-3, 'F': 2, 'G': -4, 'H': -2, 'I': 2, 'K': -3, 'L': 6, 'M': 4, 'N': -3, 'P': -3, 'Q': -2, 'R': -3, 'S': -3, 'T': -2, 'V': 2, 'W': -2, 'Y': -1},
'M': {'A': -1, 'C': -5, 'D': -3, 'E':-2, 'F': 0, 'G': -3, 'H': -2, 'I': 2, 'K': 0, 'L': 4, 'M': 6, 'N': -2, 'P': -2, 'Q': -1, 'R': 0, 'S': -2, 'T': -1, 'V': 2, 'W': -4, 'Y': -2},
'N': {'A': 0, 'C': -4, 'D': 2, 'E': 1, 'F': -3, 'G': 0, 'H': 2, 'I': -2, 'K': 1, 'L': -3, 'M': -2, 'N': 2, 'P': 0, 'Q': 1, 'R': 0, 'S': 1, 'T': 0, 'V': -2, 'W': -4, 'Y': -2},
'P': {'A': 1, 'C': -3, 'D': -1, 'E':-1, 'F': -5, 'G': 0, 'H': 0, 'I': -2, 'K': -1, 'L': -3, 'M': -2, 'N': 0, 'P': 6, 'Q': 0, 'R': 0, 'S': 1, 'T': 0, 'V': -1, 'W': -6, 'Y': -5},
'Q': {'A': 0, 'C': -5, 'D': 2, 'E': 2, 'F': -5, 'G': -1, 'H': 3, 'I': -2, 'K': 1, 'L': -2, 'M': -1, 'N': 1, 'P': 0, 'Q': 4, 'R': 1, 'S': -1, 'T': -1, 'V': -2, 'W': -5, 'Y': -4},
'R': {'A': -2, 'C': -4, 'D': -1, 'E':-1, 'F': -4, 'G': -3, 'H': 2, 'I': -2, 'K': 3, 'L': -3, 'M': 0, 'N': 0, 'P': 0, 'Q': 1, 'R': 6, 'S': 0, 'T': -1, 'V': -2, 'W': 2, 'Y': -4},
'S': {'A': 1, 'C': 0, 'D': 0, 'E': 0, 'F': -3, 'G': 1, 'H': -1, 'I': -1, 'K': 0, 'L': -3, 'M': -2, 'N': 1, 'P': 1, 'Q': -1, 'R': 0, 'S': 2, 'T': 1, 'V': -1, 'W': -2, 'Y': -3},
'T': {'A': 1, 'C': -2, 'D': 0, 'E': 0, 'F': -3, 'G': 0, 'H': -1, 'I': 0, 'K': 0, 'L': -2, 'M': -1, 'N': 0, 'P': 0, 'Q': -1, 'R': -1, 'S': 1, 'T': 3, 'V': 0, 'W': -5, 'Y': -3},
'V': {'A': 0, 'C': -2, 'D': -2, 'E':-2, 'F': -1, 'G': -1, 'H': -2, 'I': 4, 'K': -2, 'L': 2, 'M': 2, 'N': -2, 'P': -1, 'Q': -2, 'R': -2, 'S': -1, 'T': 0, 'V': 4, 'W': -6, 'Y': -2},
'W': {'A': -6, 'C': -8, 'D': -7, 'E':-7, 'F': 0, 'G': -7, 'H': -3, 'I': -5, 'K': -3, 'L': -2, 'M': -4, 'N': -4, 'P': -6, 'Q': -5, 'R': 2, 'S': -2, 'T': -5, 'V': -6, 'W': 17, 'Y': 0},
'Y': {'A': -3, 'C': 0, 'D': -4, 'E':-4, 'F': 7, 'G': -5, 'H': 0, 'I': -1, 'K': -4, 'L': -1, 'M': -2, 'N': -2, 'P': -5, 'Q': -4, 'R': -4, 'S': -3, 'T': -3, 'V': -2, 'W': 0, 'Y': 10}}
def gap_penalty():
return -10.0
def match_score(letterA,letterB):
if letterA == '-' or letterB == '-':
return gap_penalty()
else:
return PAM250[letterA][letterB]
seqA,seqB = global_align("IAMAPEPTIDE","IAMPEPPED",True)
print_alignment(seqA,seqB)
- I A M P E P P E D
- 0.0-10.0-20.0-30.0-40.0-50.0-60.0-70.0-80.0-90.0
I -10.0 5.0 -5.0-15.0-25.0-35.0-45.0-55.0-65.0-75.0
A -20.0 -5.0 7.0 -3.0-13.0-23.0-33.0-43.0-53.0-63.0
M -30.0-15.0 -3.0 13.0 3.0 -7.0-17.0-27.0-37.0-47.0
A -40.0-25.0-13.0 3.0 14.0 4.0 -6.0-16.0-26.0-36.0
P -50.0-35.0-23.0 -7.0 9.0 13.0 10.0 0.0-10.0-20.0
E -60.0-45.0-33.0-17.0 -1.0 13.0 12.0 9.0 4.0 -6.0
P -70.0-55.0-43.0-27.0-11.0 3.0 19.0 18.0 8.0 3.0
T -80.0-65.0-53.0-37.0-21.0 -7.0 9.0 19.0 18.0 8.0
I -90.0-75.0-63.0-47.0-31.0-17.0 -1.0 9.0 17.0 16.0
D -100.0-85.0-73.0-57.0-41.0-27.0-11.0 -1.0 12.0 21.0
E -110.0-95.0-83.0-67.0-51.0-37.0-21.0-11.0 3.0 15.0
Best score: 15.0
IAMAPEPTIDE
IAM-PEPP-ED
seqA,seqB = global_align("MYPERFECTDAY","THERESAMAY",False)
print_alignment(seqA,seqB)
Best score: 3.0
MYPERFECTDAY
T-HER-ESAMAY
seqA,seqB = local_align("MYPERFECTDAY","THERESAMAY",False)
print_alignment(seqA,seqB)
Best score: 14.0
PERFECTDAY
HER-ESAMAY