Матрица весов аминокислотных замен BLOSUM62
В этой таблице показаны веса наблюдаемых замен аминокислот. Методика расчета таблицы основана на данных широкой выборки локальных выравниваний, в которых нет «гэпов» (так называемых «блоках»). Цифра в названии матрицы BLOSUM указывает на пороговый процент идентичности последовательностей в одном блоке, или порог кластеризации. Например, для составления матрицы BLOSUM62 использовалась выборка блоков из последовательностей, идентичных между собой не меньше, чем на 62%.
Сравнение матриц аминокислотных замен
Табл.3 Сравнение трех матриц замен фенилаланина на другие аминокислоты
Таблица доступна в формате .xlsx
Замена фенилаланина на самого себя. Во всех трех матрицах значение веса замены высоко и не различается, поскольку это гидрофобная аминокислота, наличие на определенных позициях в последовательности которой определяет будет ли функционально активен белок или нет, так как все гидрофобные аминокислоты, особенно ароматические, предопределяют третьичную структуру белка.
Замена на другие ароматические (гидрофобные) аминокислоты. Что касается триптофана, то сдвиг весов в сторону большей консервативности наблюдается у матрицы PHAT_T75_B73, что, в общем-то, характерно для нее. А на примере тирозина такая зависимость не прослеживается. Возможно, это зависит от того, что в цитоплазматических белках, в отличие от мембранных, подобная замена фенилаланина на слабогидрофильную аминокислоту более существенно оказывает влияние на третьичную структуру. Поскольку трансмембранные участки мембранных белков представляют собой альфа-спирали (небольшое изменение полярности отдельно взятой аминокислоты абсолютно не влияет на структуру спирали), а большое множество цитоплазматических белков - глобулы.
Замена на аминокислоты и других функциональных групп. Для начала рассмотрим замены на положительно заряженные аминокилоты на примере аргинина. В матрице PHAT_T75_B73 эта замена намного более отрицательная из-за свойств аргинина. Он, во-первых, сильно гидрофилен, а во-вторых, сильно оттягивает на себя водородные связи, из-за чего трансмембранный участок белка теряет устойчивость в гидрофильной прослойке липидного бислоя. И рассмотрим замены на алифатические аминокислоты на примере изолейцина. Здесь из-за того, что аминокислота как и фенилаланин гидрофобная вес имеет значение 0, означающий, что частота замен укладывается в предел статистической погрешности. Значения между собой не различаюся, поскольку как в мембранных так и в цитоплазматических белках эти гидрофобгые аминоксилоты одинаково отвечают за сохранение нативной третьичной структуры белка.
Сравнение выравниваний, полученных для коротких мутантов вручную и построенных классическими алгоритмами Нидлмана-Вунша и Смита-Ватермана
Алгоритм Нидлмана-Вунша
Этот алгоритм строит глобальные выравнивания двух последовательностей. Выравнивание задается путем, который выстраивается с помощью специальной таблицы. Наиболее походящий путь - тот, который имеет наибольший вес. В данной работе величина штрафа за вставку гэпа ранялась 4.0 и величина штрафа за продолжение гэпа - 0.5.
Рис.5 Выравнивание участка белка с мутантом №1
Рис.6 Выравнивание участка белка с мутантом №2
Рис.7 Выравнивание участка белка с мутантом №3
Парамаетры выравнивания по алгоритму Нидлмана-Вунша
| № | Change | Replace | Identity | Similarity | Gaps | Score |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.6 | 0.6 | 10/364 ( 2.7%) | 13/364 ( 3.6%) | 346/364 (95.1%) | 37 |
| 2 | 0.6 | 0.8 | 9/367 ( 2.5%) | 11/367 ( 3.0%) | 352/367 (95.9%) | 45 |
| 3 | 0.4 | 0.8 | 15/362 ( 4.1%) | 15/362 ( 4.1%) | 342/362 (94.5%) | 65 |
Параметры выранивания вручную
| № | Change | Replace | Identity | Similarity | Gaps | Score |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.6 | 0.6 | 11/366 (3.0%) | 12/366 (3.3%) | 350/366 (95.6%) | 30 |
| 2 | 0.6 | 0.8 | 9/365 (2.5%) | 10/365 (2.7%) | 346/365 (94.8%) | 39 |
| 3 | 0.4 | 0.8 | 15/364 (4.1%) | 15/364 (4.1%) | 346/364 (95.1%) | 65 |
Алгоритм Смита-Ватермана
Этот алгоритм предназначен для построения локальных выравниваний. Алгоритм находит наиболее схожи участки последовательностей и выравнивает их.
Рис.8 Локальные выравнивания 1-го, 2-го и 3-го мутантов соответственно