Сравнение матриц аминокислотных замен

Данный раздел посвящен матрицам весов аминокислотных замен в выравниваниях.

Они используются чтобы оценить насколько хорошо то или иное выравнивание.
Наиболее известная из них, - матрица весов BLOSUM62,построенная по данным базы BLOCKS и содержащая эталонные выравнивания для определения веса выравнивания цитоплазматических белков. Цифра 62 в названии обозначает процент идентичности последовательностей-порог кластеризации, выше которого последовательности признают идентичными и считают одинаковыми.
Матрица весов PHAT была разработана для мембранных белков, учитывая их специфику.
Мной была построена матрица BLOSUM62* по таблице встречаемости пар аминокислот, рассчитанной из последней версии базы данных BLOCKS. Проведем сравнение моей матрицы с матрицами BLOSUM62 и PHAT_T75_B73.Для этого возьмем аминокислоту- метионин.Результаты приведены в таблице1.

ert ert
Таблица1.Сравнение весов замен аминокислот для метионина.

Комментария к таблице:
Замена метионина на самого себя:
Величины замены аминокислоты Met на саму себя для матриц BLOSUM62 - 5, а для матрицы PHAT - 6.Эти значения отличаются, т.к матрица PHAT применяется для трансмембранных участков, а BLOSSUM62-для цитоплазматических белков. Мембранные белки консервативны расположением гидрофобных аминокислот и в выравниваниях встречаются друг против друга чаще. Поэтому вес их замен на самих себя в матрице PHAT больше.
Замена метионина на аминокислоты, близкие по химическим свойствам:
Метионин, так же как изолейцин, лейцин, валин, аланин- гидрофобная алифатическая аминокислота. Судя по таблице, вес в матрице BLOSUM62 всегда меньше либо равен весу в матрице PHAT( объяснение такое же, как с заменой метионина на самого себя) и схож с BLOSSUM62*(my table)(исключением является валин.возможно это связано с использованием новой версии BLOCKS).
Замена метионина на аминокислоты из других функциональных групп:
Для таких замен характерны отрицательные значения во всех матрицах, в основном к ним относятся положительно и отрицательно заряженные аминокислоты. Это связано с малочисленностью заряженных аминокислот в мембранных белках (для PHAT) и различиями свойств в цитоплазматических(для BLOSUM62)

Сравнение выравниваний мутантов, полученных вручную и с помощью программ needle и water.

Программа needle представляет собой часть пакета EMBOSS и использует алгоритм Нидлмана-Вунша для глобального выравнивания, а программа water- алгоритм Смита-Ватермана для локального выравнивания последовательностей.
При локальном оптимальном выравнивании любое удлинение или укорочение фрагментов приводит только к уменьшению веса и главным отличием от алгоритма глобального выравнивания является штраф за открытие начального пропуска.
Данные программы использует для проведения выравнивания следующие параметры:
-gapopen штраф за открытие пропуска (по умолчанию равен 10)
-gapextendштраф за удлинение пропуска на одну позицию (по умолчанию равен 0.5)
-endopen штраф за открытие конечного пропуска (по умолчанию 10)
-endextendштраф за удлинение конечного пропуска на одну позицию (по умолчанию равен 0.5)
-datafileматрица, которая используется (по умолчанию EDNAFULL для нуклеотидных и BLOSUM62 для белковых)

Мутант 1

Способ выравнивания Вручную needle water
% идентичности 13/21 = 62% ( или 13/88=14.7 в целом 13/89 ( 14.6%) 13/20 (65.0%)
% сходства 14/21 = 67%(или 14/88=15.9% в целом) 13/89 = 14.6% 13/20 (65.0%)
вес по матрице BLOSUM62 51.0 39.0 41.0 
Needle
Length: 89

PTHP_BACSU         1 MAQKTFKVTADSGIHARPATVLVQTASKYDADVNLEYN-GKTVNLKSIMG     49
                                         .|..||.|||.| |.||| ||         
generations=1      1 --------------------KLQYTAVKYDND-NGEYNVGK---------     20

PTHP_BACSU        50 VMSLGIAKGAEITISASGADENDALNALEETMKSEGLGE     88
                                                            
generations=1     20 ---------------------------------------     20

Water
Length: 20
PTHP_BACSU        22 LVQTASKYDADVNLEYN-GK     40
                     |..||.|||.| |.||| ||
generations=1      2 LQYTAVKYDND-NGEYNVGK     20
Мутант 2
Способ выравнивания Вручную needle water
% идентичности 10/72 = 13.9% ( или 10/88=11.4 в целом 9/89 ( 10.1%) 5/5 (100.0%)
% сходства 17/72 = 23.6%(или 17/88=19.3% в целом) 9/89 = (10.1%) 5/5 (100.0%)
вес по матрице BLOSUM62 -169.0 18.0 22.0 
Needle
Length: 89
PTHP_BACSU         1 MAQKTFKVTADSGIHARPATVLVQTASKYDADVNLEYNGKTVNLKSIMGV     50
                                                                       
generations=1      0 --------------------------------------------------      0

PTHP_BACSU        51 MSLGIAKGAEITISAS-GADENDALNALEETMKSEGLGE     88
                             ....|||. |.....|||||           
generations=1      1 --------KRFDISAKPGTWIMTALNAL-----------     20

Water
Length: 5
PTHP_BACSU        73 ALNAL     77
                     |||||
generations=1     16 ALNAL     20

Мутант 3
Способ выравнивания Вручную needle water
% идентичности 5/24 = 20.8% ( или 5/88=5.7% в целом 6/99 ( 6.1%) 4/7 (57.1%)
% сходства 9/24 = 37.5%(или 9/88=10.2% в целом) 7/99 = (7.1%) 5/7 (71.4%)
вес по матрице BLOSUM62 -5.0 18.0 15.0 
Needle
Length: 99
PTHP_BACSU         1 MAQKTFKVTADSGIHARPATVLVQTASKYDADVNLEYNGKTVNLKSIMGV     50
                                                                       
generations=1      0 --------------------------------------------------      0

PTHP_BACSU        51 MSLGIAKGAEITISASGADENDALNALEETMKSEGLGE-----------     88
                                        .||         ||| :|.           
generations=1      1 -------------------CND---------KSE-VGNKWQFHQITPCT     20

Water
Length: 7
PTHP_BACSU        43 NLKSIMG     49
                     |.||.:|
generations=1      2 NDKSEVG      8

Описание полученных различными методами выравниваний:
© Boskhomdzhieva Baina, 2012