Bioinformatica e Allineamenti di Sequenze
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Questions and Answers

Qual è il significato strutturale dei gap nella sequenza analizzata?

  • Indicano semplicemente il punteggio massimo ottenuto nel calcolo.
  • Segnalano le somiglianze tra le sequenze analizzate.
  • Mostrano l'assenza di penalità nei calcoli degli allineamenti.
  • Rappresentano delle indel che indicano la presenza di loop tra α-eliche. (correct)

Qual è l'equazione utilizzata per calcolare il punteggio totale degli allineamenti?

  • Punteggio totale = Σ somiglianze + Σ penalità gap. (correct)
  • Punteggio totale = Σ somiglianze - Σ gap.
  • Punteggio totale = Σ penalità - Σ somiglianze.
  • Punteggio totale = Σ penalità + Σ somiglianze gap.

Come si calcola il numero delle operazioni dell'algoritmo dinamico utilizzato?

  • N = ∼ 2n3 = ∼ n3.
  • N = ∼ 4n2 = ∼ n2. (correct)
  • N = ∼ n log n.
  • N = ∼ n2 + n = ∼ n2.

Cosa rappresentano i segmenti orizzontali e verticali nel calcolo del punteggio?

<p>I segmenti orizzontali rappresentano inserzioni nella sequenza in colonna. (A)</p> Signup and view all the answers

In che modo il punteggio più alto viene utilizzato per determinare gli allineamenti?

<p>Viene utilizzato per ricostruire un percorso che torna verso il punteggio zero. (D)</p> Signup and view all the answers

Che cosa permette di analizzare FSSP?

<p>L'allineamento delle proteine di struttura simili. (B)</p> Signup and view all the answers

Qual è l'obiettivo principale di Gene Ontology?

<p>Unificare la nomenclatura e gli attributi dei prodotti genici. (D)</p> Signup and view all the answers

Cosa indica una regione 'conservata' nelle sequenze di DNA?

<p>Una regione che mostra notevole condivisione dei residui. (B)</p> Signup and view all the answers

In quale modo SCOP organizza le strutture proteiche?

<p>Gerarchicamente secondo criteri evolutivi e di similarità strutturale. (B)</p> Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni è vera riguardo a CATH?

<p>CATH offre una classificazione strutturale simile a SCOP basata su confronti di strutture. (B)</p> Signup and view all the answers

Quale meccanismo non è implicato nella speciazione molecolare?

<p>Rappresentazione tridimensionale delle proteine. (C)</p> Signup and view all the answers

Che cosa è PDBsum?

<p>Un'analisi sintesi delle informazioni correlate alle proteine. (D)</p> Signup and view all the answers

Cosa si intende per 'scorrimento a finestra' nel confronto delle sequenze?

<p>Un approccio per confrontare regioni specifiche di sequenze su un intervallo. (D)</p> Signup and view all the answers

Qual è la principale caratteristica delle reti di tipo peer-to-peer?

<p>Ogni computer agisce sia come client che come server. (B)</p> Signup and view all the answers

Quale protocollo di comunicazione è utilizzato su Internet?

<p>Commutazione di pacchetto. (C)</p> Signup and view all the answers

In che modo i protocolli sono organizzati per garantire comunicazioni efficaci?

<p>Esiste una gerarchia dove i protocolli di alto livello si appoggiano a quelli di basso livello. (C)</p> Signup and view all the answers

Qual è il livello più basso del modello OSI?

<p>Fisico. (C)</p> Signup and view all the answers

Cosa rappresenta il livello di applicazione nel modello OSI?

<p>Il software di comunicazione che l'utente utilizza. (C)</p> Signup and view all the answers

Quale aspetto è fondamentale nelle reti senza nodi di controllo?

<p>L'intelligenza distribuita ai singoli nodi. (D)</p> Signup and view all the answers

A cosa serve il protocollo di trasporto?

<p>Determinare come devono essere traslocati i dati. (D)</p> Signup and view all the answers

Qual è il compito principale della presentazione nel modello OSI?

<p>Tradurre e formattare i dati per l'applicazione. (D)</p> Signup and view all the answers

Cosa accade quando un'e-mail viene inviata secondo la pila OSI?

<p>Il processo è inverso rispetto a quello di invio. (D)</p> Signup and view all the answers

Quale matrice assegna un punteggio positivo per le identità e negativo per le discrepanze?

<p>Matrice BLAST (B)</p> Signup and view all the answers

Cosa rappresenta la matrice di transizione - trasversione?

<p>Probabilità relative ai cambiamenti tra specifiche basi (D)</p> Signup and view all the answers

Qual è lo score minimo associato a una transizione nella matrice di transizione - trasversione?

<p>-1 (C)</p> Signup and view all the answers

Quale affermazione è vera riguardo alla matrice identità?

<p>Assegna un punteggio di 1 per identità (B)</p> Signup and view all the answers

Cosa implica l'uso di una metrica biochimica per il confronto delle proteine?

<p>Raggruppare gli amminoacidi in categorie di similarità (A)</p> Signup and view all the answers

Quale matrice è progettata per gli allineamenti locali?

<p>Matrice BLAST (D)</p> Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni descrive meglio la funzione della matrice di score di mismatch?

<p>Assegna punteggi negativi per discrepanze tra sequenze (C)</p> Signup and view all the answers

Nella matrice di transizione - trasversione, quale è considerato uno score negativo maggiore?

<p>-5 (A)</p> Signup and view all the answers

Nel confronto delle proteine, che effetto ha una sostituzione di un amminoacido carico con un amminoacido neutro?

<p>Modifica il microambiente e la fitness (D)</p> Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni sulla risoluzione ottimale dei problemi euristici è corretta?

<p>La risoluzione ottimale è talvolta impossibile o troppo costosa. (C)</p> Signup and view all the answers

Qual è la caratteristica principale delle reti unidirezionali?

<p>Trasmettono informazioni solo in una direzione. (A)</p> Signup and view all the answers

Quale tra le seguenti è una caratteristica delle reti LAN?

<p>Collegano dispositivi a breve distanza tra loro. (C)</p> Signup and view all the answers

Cosa definisce la velocità di trasmissione delle reti?

<p>Il mezzo fisico lungo il quale le informazioni si propagano. (A)</p> Signup and view all the answers

Qual è la principale differenza tra MAN e WAN?

<p>Le WAN coprono aree più ampie rispetto alle MAN. (B)</p> Signup and view all the answers

Qual è un esempio di dispositivo di I/O utilizzato nelle reti di computer?

<p>Modem. (C)</p> Signup and view all the answers

Perché gli algoritmi euristici sono spesso preferiti per la risoluzione di problemi complessi?

<p>Richiedono meno tempo e risorse computazionali. (D)</p> Signup and view all the answers

Qual è una delle principali funzioni dei protocolli nelle reti?

<p>Gestire le comunicazioni tra i nodi. (D)</p> Signup and view all the answers

Cosa rappresentano i nodi in una rete di comunicazione?

<p>I punti di intersezione delle informazioni. (A)</p> Signup and view all the answers

In quale situazione l'utilizzo di metodi euristici è giustificato?

<p>Quando la soluzione ottimale può richiedere troppo tempo. (C)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

FSSP (Fold Classificazione basata sull'Allineamento della Struttura Secondaria delle Proteine)

Un metodo per analizzare e classificare le proteine basato sull'allineamento della loro struttura secondaria. Confronta le proteine con strutture simili ed evidenzia i residui equivalenti.

PDBsum

Un database che raccoglie informazioni da diverse banche dati per ogni proteina, fornendo una panoramica completa.

SCOP (Classificazione Strutturale delle Proteine)

Un sistema di classificazione gerarchica che organizza le strutture proteiche in base a criteri evolutivi e di similarità strutturale.

CATH

Un sistema di classificazione strutturale simile a SCOP, che confronta le strutture delle proteine.

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Ontologia Genica (GO)

Un'iniziativa per standardizzare la nomenclatura e gli attributi dei geni e dei prodotti genici di tutte le specie.

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Confronto di Sequenze

Il confronto tra sequenze di DNA o proteine può rivelare regioni conservate o divergenti, ovvero parti che rimangono simili o cambiano nel tempo.

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Regioni Conservate di DNA

Le regioni di DNA che sono cruciali per la funzione di un gene tendono a rimanere conservate durante l'evoluzione, dimostrando la loro importanza.

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Speciazione Molecolare

L'evoluzione dei viventi è guidata dalla continua evoluzione dei loro geni e proteine, e i cambiamenti nel DNA possono portare a nuove specie.

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Reti a bus

In questo tipo di rete, ogni dispositivo trasmette i propri dati su un bus condiviso, raggiungendo tutti gli altri dispositivi.

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Controllo di flusso e recupero errori nelle reti a bus

I nodi in una rete a bus sono responsabili del controllo del flusso di dati e del recupero in caso di errori, senza la necessità di nodi di gestione centralizzati.

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Modello client-server

Un modello di comunicazione in cui un computer centrale (server) possiede le risorse e gli altri computer (client) possono accedervi.

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Modello peer-to-peer (P2P)

Un modello di comunicazione in cui ogni computer può agire sia come client che come server, condividendo risorse tra loro.

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Protocollo di comunicazione

Un insieme di regole che definiscono come i dispositivi comunicano tra loro in una rete.

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Commutazione di circuito

Un metodo di comunicazione in cui un canale fisico viene dedicato a una singola conversazione per l'intera durata della comunicazione.

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Commutazione di pacchetto

Un metodo di comunicazione in cui i dati vengono suddivisi in pacchetti e trasmessi indipendentemente attraverso la rete.

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Pila OSI

Un modello gerarchico di protocolli di comunicazione che definisce sette livelli di astrazione, ciascuno responsabile di un compito specifico.

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Livello applicazione (Pila OSI)

Un livello della pila OSI che si occupa delle applicazioni che utilizzano la rete, come la posta elettronica, il web e i giochi.

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Gerarchia dei protocolli nella Pila OSI

Ogni livello della Pila OSI si basa sui livelli inferiori per fornire un servizio più complesso. Il livello superiore si affida a quello inferiore per gestire le funzioni di base, creando una gerarchia.

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Euristica

Un metodo di risoluzione dei problemi che, anche se non garantisce una soluzione ottimale, trova spesso soluzioni approssimative in tempi ragionevoli. Utilizzato quando la soluzione ottimale è impossibile o troppo costosa da ottenere.

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Tipi di reti di comunicazione

Le reti di comunicazione possono essere unidirezionali, come la televisione, dove l'informazione scorre solo in una direzione, o bidirezionali, come internet, dove l'informazione può fluire in entrambe le direzioni.

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Componenti di una rete di computer

I componenti chiave di una rete di computer sono: un mezzo fisico per la propagazione delle informazioni, dispositivi di I/O (come modem) per l'invio e la ricezione dei dati, protocolli per disciplinare le comunicazioni e velocità di trasmissione/ricezione.

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Mezzo fisico di una rete

Un mezzo fisico come cavi ethernet o segnali radio per la propagazione delle informazioni in una rete.

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Dispositivi di I/O

Dispositivi come modem, router e schede di rete che permettono ai computer di inviare e ricevere informazioni sulla rete.

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Protocolli di rete

Regole e standard che disciplinano la comunicazione tra i computer in una rete, assicurando compatibilità e ordine.

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Velocità di trasmissione/ricezione

La velocità con cui le informazioni vengono trasmesse in una rete, misurata in bit al secondo (bps).

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Allineamento Dinamico

L'algoritmo di allineamento dinamico confronta due sequenze (ad esempio, di proteine ​​o DNA) calcolando il punteggio migliore per l'allineamento tra di loro, considerando somiglianze, penalità per gap e mismatch. Il punteggio massimo rappresenta l'allineamento ottimale tra le due sequenze.

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Gap nelle Sequenze

I gap nell'allineamento di sequenze indicano inserzioni o delezioni (indel) in una delle due sequenze rispetto all'altra. Possono rappresentare importanti cambiamenti evolutivi nelle proteine, come l'aggiunta o la rimozione di loop tra le alfa-eliche.

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Match nell'Allineamento

In un allineamento di sequenze, un match corrisponde a due residui (amminoacidi o basi nucleotidiche) che si trovano nella stessa posizione in entrambe le sequenze, indicando una somiglianza tra le due sequenze.

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Mismatch nell'Allineamento

Nelle sequenze di proteine, un mismatch indica che due amminoacidi in posizioni corrispondenti nelle due sequenze sono diversi. Questo può suggerire una divergenza evolutiva.

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Complessità dell'Allineamento Dinamico

La complessità computazionale dell'algoritmo di allineamento dinamico è approssimata a N = ∼ 4n2 = ∼ n2, dove 'n' è la lunghezza delle sequenze. Ciò significa che per sequenze lunghe, il tempo di calcolo aumenta in modo significativo.

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Matrice di punteggio

Misura la probabilità di sostituzione di basi azotate nel DNA. Le transizioni (purina con purina, pirimidina con pirimidina) hanno uno score negativo minore rispetto alle trasversioni (purina con pirimidina).

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Matrice BLAST

Si usa per l'allineamento di sequenze locali, assegnando un punteggio positivo alle identità e negativo alle discrepanze tra le basi. Ideale per trovare regioni simili tra sequenze.

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Transizione (DNA)

La sostituzione di una purina con un'altra purina (A ⇌ G) o di una pirimidina con un'altra pirimidina (T ⇌ C).

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Trasversione (DNA)

La sostituzione di una purina con una pirimidina (A ⇌ T/C) o viceversa (G ⇌ T/C).

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Mutazione (DNA)

Il processo di sostituzione di una base azotata con un'altra nel DNA.

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Metrica di confronto proteico

Si basa su caratteristiche biochimiche degli amminoacidi, raggruppandoli in categorie di similarità e generando una scala di “mismatch” basata sulle proprietà chimico-fisiche. Tenere conto di questi aspetti è importante per confrontar proteine.

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Similarità sequenziale (proteine)

Due sequenze sono considerate simili se hanno molti amminoacidi uguali nelle posizioni corrispondenti.

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Study Notes

Bioinformatica - Appunti del Corso

  • Docente: Blasco Morozzo della Rocca
  • Anno accademico: 2019-2020
  • Corso di Laurea: Biotecnologie
  • Autore degli appunti: Simone Dogali e Nunzia Santini
  • Istituzione: Università degli Studi di Roma Tor Vergata
  • Introduzione alla Bioinformatica: La bioinformatica è una scienza multidisciplinare che si colloca all'incrocio tra biologia, chimica, matematica, fisica e informatica. Analizza l'informazione biologica utilizzando metodi computazionali per formulare ipotesi sui processi della vita. Si avvale anche delle scienze dell'informazione per gestire e trattare i dati biologici.

Rapporto tra Biologia e Bioinformatica

  • L'approccio bioinformatico è spesso riduzionistico, partendo dalla riduzione della complessità strutturale per poi analizzare i singoli componenti
  • Questo approccio, pur utile, semplifica e comprime le informazioni, perdendo alcune sfumature cruciali del macro-evento che è la vita.
  • Necessaria une integrazione olistico-riduttiva per uno studio più completo della vita.

Ambiti di Applicazione della Bioinformatica

  • Analisi di sequenze
  • Design di inibitori
  • Analisi di strutture
  • Predizione di strutture
  • Design di molecole proteiche
  • Design di librerie combinatoriali
  • Sviluppo di strumenti (software)
  • Gestione dei dati

Cenni Storici

  • Nasce negli anni '80, in concomitanza con lo sviluppo dei metodi rapidi di sequenziamento degli acidi nucleici.
  • Prima erano necessari grandi calcolatori, in quanto il quantitativo di dati da analizzare era enorme
  • Oggi i database sono accessibili online e contengono più nucleotidi del numero di stelle presenti nella Via Lattea.

Cenni sui Computer

  • I computer sono gli strumenti fondamentali della bioinformatica, in quanto sono gli unici in grado di gestire l'enorme quantità di dati biologici.
  • Hanno soppiantato l'uomo nel ruolo di calcolatore a causa della loro maggiore efficienza, velocità, accuratezza e capacità di immagazzinare dati.

Dati e Informazioni

  • I dati sono input grezzi per i computer.
  • L'informazione è la forma elaborata, significativa e utile dei dati.

Linguaggio dei Computer

  • Utilizzano il linguaggio binario, composto da 0 e 1 (bit).
  • Ogni operazione, dal processamento dei file audio a scrivere testi, viene tradotta in questo linguaggio.

Componenti di un Computer

  • Hardware: componenti fisiche (monitor, scheda madre, processore, RAM, ecc.)
  • Software: programmi e istruzioni che permettono all'hardware di funzionare.
  • Firmware: software proprietario impostato nella ROM, che gestisce le operazioni base durante l'avvio del computer.

Reti di Computer

  • Utilizzano mezzi di trasmissione (cavi, onde radio, fibre ottiche).
  • Diverse tipologie di topologia: stella, anello, bus, peer-to-peer...
  • Utilizzano protocolli di comunicazione per lo scambio di informazioni: TCP/IP, che suddivide le informazioni in pacchetti per una maggiore efficacia
  • Il DNS converte i nomi di dominio in indirizzi IP, necessari per la connessione ad internet.

Protocolli di Comunicazione

  • Un insieme di regole per lo scambio di dati in una rete.
  • Sono strutturati in livelli (OSI) per un maggiore controllo e semplicità di gestione.

Database Biologici

  • HTML: linguaggio per la formattazione di pagine web.
  • XML: linguaggio per descrivere e organizzare i dati in modo strutturato (un'estensione di HTML).
  • Database genomici: GenBank (NCBI), EMBL, DDBJ (contengono dati su sequenze di DNA e proteine).
  • Metodi per interrogare i database biologici: ricerche testuali, ricerche per similarità (Blast, Fasta), ricerche bibliografiche.

Classificazione degli Organismi Viventi

  • Utilizzano una gerarchia tassonomica (Dominio, Regno, Phylum...).
  • Sistema Linneano, riletto alla luce della Teoria dell'Evoluzione.

Algoritmi

  • Procedimento sistematico, con numeri finiti di passi elementari, per risolvere un problema.
  • Algoritmi esatti (complessità elevata) oppure euristici (approssimative, ma più veloci).

Allineamento di Sequenze

  • Allineare sequenze per trovare regioni di similarità, che possono suggerire omologia (origine evolutiva comune).
  • L'omologia è quantitativa, misurabile attraverso un grado di similarità che può essere rilevato mediante matrici di punteggio di sostituzione: simile ad un tipo matrice di correlazione..
  • I tipi diversi di allineamento sono: globale, locale e multipli .
  • Le matrici di punteggio descrivono la similarità tra amminoacidi o nucleotidi.

Matrici di Sostituzione

  • Identificano similarità e differenze tra aminoacidi.
  • PAM: basate su mutazioni osservate in proteine correlate.
  • BLOSUM: basate su blocchi di allineamento di sequenze proteiche.

Database di Strutture Proteiche

  • Struttura tridimensionale delle proteine.
  • PDB (Protein Data Bank)

Predizione Strutturale

  • Predire la struttura proteica tridimensionale (3D) partendo dalla sequenza aminoacidica.
  • Due metodi principali: per omologia e Ab initio .
  • Metodo per omologia: si sfruttano le informazioni di proteine simili (templati) già note per ipotizzare la struttura della proteina.

Dinamica Molecolare (MD)

  • Simulazioni computazionali per studiare il movimento delle molecole nel tempo.
  • Utile per comprendere il ripiegamento proteico e le interazioni proteina-ligando.

Docking Molecolare

  • Predire l'interazione tra due composti (proteina-ligando).
  • Si possono simulare due approcci diversi: interazione della superficie (tra superficie del recettore e ligano), dinamica molecolare.

Ricerca del Miglior Allineamento

  • Usando la matrice di sostituzione (BLOSUM62), si cerca l'allineamento più probabile.

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Description

Questo quiz esplora concetti fondamentali nella bioinformatica come gli allineamenti di sequenze, i punteggi di allineamento e le tecniche per l'analisi delle strutture proteiche. Gli argomenti trattati includono terminologia chiave come Gene Ontology, SCOP e le operazioni degli algoritmi dinamici. Mettiti alla prova e approfondisci le tue conoscenze in questo campo affascinante.

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