Меню

Сравнение матриц аминокислотных замен

Матрицы типа BLOSUM построены с использованием разработанной авторами (Steven Henikoff & Jorja Henikoff) ранее базы данных BLOCKS, в которой содержатся блоки выравниваний цитоплазматических белков из нескольких сотен семейств. В блоках могут встречаться практически идентичные последовательности, за счет которых частоты пар могут быть ошибочно «сдвинуты», поэтому их кластеризуют (объединяют). Матрицу строят на основе последовательностей, процент идентичности которых меньше заданного заранее значения, указанного в конце названия матрицы. Например, BLOSUM62.

Матрица типа PHAT (predicted hydrophobic and transmembrane regions) - a Transmembrane-Specific Substitution Matrix - матрица для трансмембранных участков белков. Выделение отдельно этой матрицы нужно потому, что у трансмембранных участков белков, по сравнению с цитоплазматическими, сильно изменены частоты аминокислот.


Данные по весам замен матрицы BLOSUM62 и полученной в ходе работы матрицы отличаются всего по нескольким аминокислотам: Ser, Asp, Ala, Met, Lys. Это можно объснить тем, что матрица BLOSUM62 использовала более старую базу данных последовательностей, чем использовалась для построения новой матрицы. Поэтому появились новые выравненные последовательности, которые могли повлиять на количество сопоставлений для всех пар аминокислот в блоках.

Сравнение выравниваний, полученных для коротких мутантов вручную и построенных классическими алгоритмами Нидлмана-Вунша и Смита-Ватермана

В программе needle из пакета EMBOSS реализован алгоритм Нидлмана-Вунша^[2], а в программе water - Смита-Ватермана^[2]. Эти алгоритмы предназначены для выравнивания нескольких последовательностей. Программа needle позволяет посторить глобальное выравнивание, а программа water - локальное. В чем же выражается их отличие?

Ниже представлены параметры, которые использует каждый алгоритм, стандартные значения этих параметров приведены в [].
water:
-gapopen [10.0] (Number from 0.000 to 100.000) - штраф за открытие гэпа.
-gapextend [0.5 - штраф за последующие гэпы после открытия.
-datafile [EBLOSUM62 для белков, EDNAFULL для ДНК] - матрица весов замен
needle:
-endextend [0.5] (Floating point number from 0.0 to 10.0) - штраф за продолжение концевого гэпа
-endopen [10.0] - штраф за начало концевого гэпа
-endweight - штрафы за кончевые гэпы (применять/не применять) [применять]
-gapopen [10.0] (Number from 0.000 to 100.000) - штраф за открытие гэпа.
-gapextend [0.5] - штраф за последующие гэпы после открытия.
-datafile [EBLOSUM62 для белков, EDNAFULL для ДНК] - матрица весов замен.


Теперь сравним выравнивания, полученные для коротких мутантов вручную (см. файл) и построенные классическими алгоритмами Нидлмана-Вунша и Смита-Ватермана. Результаты для каждого из мутантов приведены на рис. 1-3.
Координаты участка выравнивания для полной последовательности YQGN_BACSU для needle - 137 - 158.

Координаты участка выравнивания для полной последовательности YQGN_BACSU для needle - 158 - 177.
Координаты участка выравнивания для полной последовательности YQGN_BACSU для needle - 118 - 137.

Приложения:

1. Непосредственно полученные файлы выравниваний с использованием программ пакета EMBOSS:
   water
   needle
   

Список литературы:

1. Needleman SB, Wunsch CD. A general method applicable to the search for similarities in the amino acid sequence of two proteins. J Mol Biol. 1970 Mar;48(3):443-53. PMID: 5420325. Версия PDF
2. Алгоритм Нидлмана-Вунша, написанный на языке Ruby
3. Описание программ needle, water пакета EMBOSS.