氨基酸替換矩陣

2021-09-11 08:47:16 字數 1488 閱讀 4615

對於蛋白質序列,計分矩陣主要用於記錄在做序列比對時兩個相對應的殘基的相似度,一旦這個矩陣定義好了以後,比對程式就可以利用這個矩陣,盡量將相似的殘基排在一起,以達到最好的比對。

得分矩陣主要有兩種,第一種就是pam(point accepted multation),另一種就是blosum。

1、pam矩陣(point accepted mutation)

基於進化的點突變模型,如果兩種氨基酸替換頻繁,說明自然界接受這種替換,那麼這對氨基酸替換得分就高。乙個pam就是乙個進化的變異單位, 即1%的氨基酸改變,但這並不意味100次pam後,每個氨基酸都發生變化,因為其中一些位置可能會經過多次突變,甚至可能會變回到原來的氨基酸。

pam矩陣的製作步驟:

構建序列相似(大於85%)的比對

計算氨基酸 j 的相對突變率mj(j被其它氨基酸替換的次數)

針對每個氨基酸對 i 和 j , 計算 j 被 i 替換次數

替換次數除以相對突變率(mj)

利用每個氨基酸出現的頻度對j 進行標準化

取常用對數,得到pam-1(i, j)

將pam-1自乘n次,可以得到pam-n。

這種矩陣的缺點是一旦pam1的矩陣有效地誤 差,那麼自乘250後得到的pam250矩陣的誤差就會變得很大。如,pam120矩陣用於比較相距120個pam單位的序列。

乙個pam-n矩陣元素(i,j)的值:

反應兩個相距n個pam單位的序列中第i種氨基酸替換第j種氨基酸的頻率。

針對不同的進化距離採用pam 矩陣

序列相似度 = 40%       50%       60% 

|              |              |

打分矩陣 = pam120 pam80 pam60

pam250 → 14% – 27% 

2、blosum 矩陣

此矩陣與pam矩陣的不同之處在於:

(1)用於產生矩陣的蛋白質家族及多肽鏈數目,blosum比pam大約多20倍。  

(2)pam:家族內成員相比,然後把所有家族中對某種氨基酸的比較結果加和在一起,產生「取代」資料(pam-1 );pam-1自乘n次,得pam-n。

blosum:首先尋找氨基酸模式,即有意義的一段氨基酸片斷(如乙個結構域及其相鄰的兩小段氨基酸序列) 

,分別比較相同的氨基酸模式之間氨基酸的保守性(某種氨基酸對另一種氨基酸的取代資料),然後,以所有 60%保守性的氨基酸模式之間的比較資料為根據,產生blosum60;以所有80%保守性的氨基酸模式之間的比 較資料為根據,產生blosum80。 

(3)pam-n中,n 越小,表示氨基酸變異的可能性越小;相似的序列之間比較應該選用n值小的矩陣,不太相似 的序列之間比較應該選用n值大的矩陣。pam-250用於約20%相同序列之間的比較。blosum-n中,n越小,表示氨基酸相似的可能性越小;相似的序列之間比較應該選用 n 值大的矩陣,不太相似的序列之間比較應該選 用n值小的矩陣。blosum-62用來比較62%相似度的序列,blosum-80用來比較80%左右的序列。

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