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Questions and Answers
Qual è il significato del carattere speciale '-' nell'allineamento delle stringhe?
Qual è il significato del carattere speciale '-' nell'allineamento delle stringhe?
Cosa indica un'alta similarità tra due stringhe?
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Qual è il metodo utilizzato per calcolare la distanza di editing tra due stringhe?
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Qual è un esempio di operazione considerata nella distanza di editing?
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Quale funzione viene usata per valutare il grado di similarità tra due stringhe?
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Qual è il punteggio totale dell'allineamento A dopo aver calcolato il punteggio del nuovo allineamento?
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Come viene aggiornato il punteggio dell'allineamento quando si aggiunge un nuovo punteggio?
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Quale dei seguenti non rappresenta una sequenza allineata?
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Qual è il punteggio dell'allineamento B nell'ultimo esempio fornito?
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Nella derivazione dell'algoritmo di programmazione dinamica, qual è il risultato quando si calcola CTA?
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Qual è la percentuale di identità associata alla matrice PAM 200?
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Quando è consigliabile utilizzare matrici PAM con indici più alti?
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Quale delle seguenti affermazioni è vera riguardo le matrici BLOSUM?
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Cosa avviene per ogni tipo di matrice BLOSUM quando si stabilisce la soglia di identità?
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Qual è il punteggio associato all'amminoacido 'A' nella matrice PAM 120?
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Qual è il significato della notazione 'neutro' nella matrice degli amminoacidi?
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Nella matrice PAM, qual è il punteggio per l'amminoacido 'C' quando confrontato con se stesso?
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Qual è la percentuale di identità associata alla matrice PAM 110?
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Che cosa rappresenta Sij in un algoritmo di programmazione dinamica?
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Quale delle seguenti affermazioni è vera riguardo le penalità per gap?
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Quale movimento consente di raggiungere una posizione (i,j) nell'algoritmo di programmazione dinamica?
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Cosa indica la funzione s(ai, bj) negli algoritmi di allineamento?
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Qual è la principale funzione di Sij durante il calcolo dell'allineamento ottimale?
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Che cosa si intende per 'allineamento ottimale'?
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Quale equazione descrive il calcolo del punteggio Sij?
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Qual è il ruolo iniziale della matrice Sij nel calcolo dell'allineamento?
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Quale metodo di scoring si basa sul costo dei gap in funzione della loro lunghezza?
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Qual è il punteggio associato ad un match?
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Quale delle seguenti affermazioni riguarda un gap non isolato?
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In un allineamento locale, quale è considerato il punto centrale per la valutazione?
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Che tipo di punteggio è il 'punctum doloris' in un scoring affine?
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Quale delle seguenti affermazioni è vera riguardo ai modelli di transizione tra sequenze?
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Cosa indica il simbolo '-' negli allineamenti?
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Qual è la differenza principale tra allineamento globale e allineamento locale?
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Qual è l'obiettivo di un allineamento globale tra sequenze?
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Quale metodo di scoring considera sia la penalità di apertura che quella di estensione dei gap?
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Qual è uno degli algoritmi comunemente utilizzati per l'allineamento globale?
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Cosa si intende per 'similitudine' in un allineamento locale?
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Cosa rappresenta il punteggio finale di 18 nell'esempio di allineamento?
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Quale dei seguenti è un metodo di ricerca in una banca dati di sequenze?
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Perché è preferibile avere molte coincidenze sparse piuttosto che poche coincidenze concentrate?
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Cosa rappresenta il punteggio core in un allineamento di sequenze?
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Qual è l'obiettivo primario dell'allineamento locale rispetto all'allineamento globale?
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Quale metodo è più adatto per confrontare sequenze simili in un database?
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Study Notes
Allineamento e similarità di sequenze
- L'allineamento di due o più sequenze aiuta a trovare regioni simili che potrebbero svolgere la stessa funzione.
- La similarità tra sequenze può essere definita tramite una funzione distanza: sequenze più simili sono meno distanti.
- Esistono diversi algoritmi di allineamento, ognuno con la sua funzione distanza.
- Dato un allineamento, si può assegnare un punteggio (score) che indica il grado di similarità tra le sequenze.
Confrontare sequenze
- Il confronto tra sequenze nucleotidiche o aminoacidiche è un compito fondamentale della bioinformatica.
- In natura, le strutture molecolari sono generalmente modificazioni di modelli preesistenti, non create ex novo.
- Gli obiettivi del confronto includono: filogenesi molecolare, evoluzione dei singoli genomi e caratterizzazione di proteine con funzione sconosciuta
Confrontare sequenze (2)
- La filogenesi molecolare, tramite il confronto di sequenze nucleotidiche o aminoacidiche, permette di creare alberi filogenetici che mostrano la distanza ed i rapporti evolutivi tra le molecole analizzate.
- A differenza della filogenesi classica che si basa sulle caratteristiche morfologiche degli organismi, la filogenesi molecolare si concentra sulle relazioni evolutive tra le molecole.
- La caratterizzazione di proteine con funzione ignota può essere effettuata confrontando la proteina sconosciuta con famiglie di proteine a funzione nota, per formulare ipotesi sulla funzione della proteina sconosciuta.
Similarità e omologia
- Tra due o più sequenze può esserci un certo grado di similarità, misurabile in modi diversi (a seconda se sono sequenze nucleotidiche o aminoacidiche).
- La similarità strutturale e funzionale può derivare da una similarità tra sequenze.
- L'omologia indica una comune origine evolutiva tra sequenze. Due sequenze sono omologhe se discendono da una comune sequenza ancestrale.
- Due o più sequenze simili non sono necessariamente omologhe.
Omologia e Analogia. Ortologia e Paralogia
- Omologia indica che due entità (es. due sequenze) condividono la stessa origine filogenetica (provengono da un antenato comune). È un carattere qualitativo.
- Similarità (o analogia) indica che due entità (es. due sequenze) hanno un certo grado di somiglianza rispetto a un criterio di confronto. È un carattere quantitativo.
- Ortologia si riferisce a elementi omologhi derivanti da un processo di speciazione.
- Paralogia si riferisce a elementi omologhi derivanti da un processo di duplicazione genica.
Allineamento di sequenze
- Per confrontare sequenze nucleotidiche o proteiche, è necessario allinearli.
- Gli esempi presentano allineamenti multipli di brevi sequenze aminoacidiche.
Allineamento Globale vs. Locale
- Global alignment: Si cerca la corrispondenza ottimale tra tutte le sequenze.
- Local alignment: Si cerca di individuare regioni specifiche di similarità all'interno delle sequenze.
Allineamento a coppie (Pairwise Alignment) - Matrici Dot Plot
- Si crea una matrice per confrontare tutti i possibili appaiamenti tra i caratteri delle sequenze da allineare.
- La matrice viene riempita annerendo le caselle che contengono la stessa lettera nelle corrispondenti righe e colonne.
- Sono disponibili programmi come DOTLET che permettono di creare facilmente le matrici dot plot.
Similarità, distanze e matrici di editing
- La similarità tra stringhe può essere valutata calcolando la loro distanza.
- Due stringhe con alta similarità sono poco distanti, mentre due stringhe con bassa similarità sono molto distanti.
- La distanza di editing è il numero minimo di operazioni di inserimento, cancellazione o sostituzione necessarie per trasformare una stringa nell'altra.
La scoring function: similarità e distanza
- La scoring function assegna un punteggio agli allineamenti, valutando il grado di similarità o distanza tra due stringhe.
- Un esempio di scoring function assegna un punteggio (+2) per ogni match esatto e (-1) per ogni mismatch o indel.
- Un altro esempio di scoring function assegna uno score (0) ai match, (1) alle sostituzioni e (2) agli spazi.
La scoring function, più formalmente
- La scoring function (σ) assegna uno score agli allineamenti dei singoli caratteri o spazi.
- È possibile costruire scoring function ad hoc per diversi problemi, ad esempio per confrontare aminoacidi, tenendo conto delle loro proprietà chimico-fisiche.
Allineamento di stringhe
- Si inizia analizzando il problema generale dell'allineamento di una coppia di stringhe.
- Per allineare due stringhe come "acbcdb" e "cadbd", si cercano allineamenti ottimali.
- Il carattere "-" rappresenta uno spazio, indicante una cancellazione o inserzione nella sequenza.
Allineamento pairwise(2)
- Lo score dell'allineamento di una coppia di sequenze è calcolato sommando gli scores dei singoli allineamenti dei caratteri.
- Un allineamento ottimale è quello che minimizza la distanza o massimizza la similarità tra due sequenze.
- Gli scores rappresentano il grado di similarità tra sequenze.
Algoritmo di programmazione dinamica
- Score di nuovo allineamento = Score dell'allineamento precedente + Score della nuova coppia allineata.
- Si ripetono queste operazioni fino ad arrivare alla fine dell'allineamento.
- Diagramma che indica le azioni possibili per arrivare alla posizione (i, j) nel diagramma.
Allineamento locale vs. globale
- Allineamento globale: Si allineano le intero sequenze.
- Allineamento locale: Si allineano i frammenti di sequenza con massimo punteggio.
Ricerca per similarità
- BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) individua regioni di similarità fra sequenze.
- BLAST non effettua un allineamento globale ma si concentra sulle regioni più simili.
- BLAST può confrontare migliaia di sequenze rapidamente.
Come funziona BLAST?
- BLAST estrae tutte le possible words di lunghezza fissa da una sequenza data.
- Per ogni word, crea una lista delle possibili parole corrispondenti nella banca dati, basandosi su una soglia di punteggio.
- Il processo viene esteso (a monte e valle) per trovare un tratto di sequenza con punteggio superiore alla soglia.
NCBI BLAST
- NCBI BLAST è un'implementazione dell'algoritmo di BLAST.
- Offre diversi tipi di BLAST (BLASTN, BLASTP, TBLASTN, BL2SEQ) per diversi tipi di confronto.
Altri argomenti
- Matrici di parole e di punti
- Analisi di errori nelle parole
- Significato strutturale delle sequenze
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Description
Questo quiz esplora i concetti fondamentali dell'allineamento delle stringhe e della distanza di editing. Attraverso una serie di domande, il quiz verifica la comprensione delle operazioni di allineamento e delle metriche di similarità. È un ottimo modo per testare le tue conoscenze in materia di algoritmi di stringhe.