Принятые точечные мутации и PAM-матрицы в биоинформатике.
Point accepted mutation
Точечные мутации, принятые отбором (PAM): замена аминокислот в белках, не вызывающая отторжения. PAM-матрицы в биоинформатике для выравнивания последовательностей.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Точечная принятая мутация, также известная как PAM, — это замена одной аминокислоты в первичной структуре белка на другую аминокислоту, которая поддерживается процессами естественного отбора. Это определение не охватывает все точечные мутации в ДНК организма. В частности, беззвучные (молчаливые) мутации не являются точечно принятыми мутациями, равно как и мутации, которые приводят к летальному исходу или отклоняются естественным отбором иными способами. Матрица PAM — это матрица, в которой каждый столбец и каждая строка представляют одну из двадцати стандартных аминокислот. В биоинформатике матрицы PAM иногда используются как матрицы подстановки для оценки качества выравнивания последовательностей белков. Каждая ячейка в матрице PAM указывает на вероятность замены аминокислоты, соответствующей данной строке, аминокислотой, соответствующей данному столбцу, в результате серии одной или нескольких точечно принятых мутаций за определенный эволюционный период, а не на случайное совпадение этих двух аминокислот при выравнивании. Различные матрицы PAM соответствуют различным временным масштабам эволюции белковой последовательности.
A point accepted mutation — also known as a PAM — is the replacement of a single amino acid in the primary structure of a protein with another single amino acid, which is accepted by the processes of natural selection. This definition does not include all point mutations in the DNA of an organism. In particular, silent mutations are not point accepted mutations, nor are mutations that are lethal or that are rejected by natural selection in other ways. A PAM matrix is a matrix where each column and row represents one of the twenty standard amino acids. In bioinformatics, PAM matrices are sometimes used as substitution matrices to score sequence alignments for proteins. Each entry in a PAM matrix indicates the likelihood of the amino acid of that row being replaced with the amino acid of that column through a series of one or more point accepted mutations during a specified evolutionary interval, rather than these two amino acids being aligned due to chance. Different PAM matrices correspond to different lengths of time in the evolution of the protein sequence.
Биологическая основа
Генетические инструкции каждой реплицирующейся клетки в живом организме содержатся в ее ДНК. Это называется мутацией. На молекулярном уровне существуют регуляторные системы, которые корректируют большинство, но не все, этих изменений в ДНК до репликации. Одной из возможных мутаций является замена одного нуклеотида, известная как точечная мутация. Если точечная мутация происходит в экспрессируемой области гена, в экзоне, это изменит кодон, определяющий конкретную аминокислоту в белке, производимом этим геном. Изменение одной аминокислоты в белке может снизить его способность выполнять эту функцию, или мутация может даже изменить функцию, которую выполняет белок. В противном случае, изменение может позволить клетке продолжать функционировать, хотя и иначе, и мутация может быть передана потомству организма. Если это изменение не приводит к каким-либо значительным физическим недостаткам у потомства, существует вероятность того, что эта мутация сохранится в популяции. Также существует возможность, что изменение функции окажется выгодным. В любом случае, подвергаясь процессам естественного отбора, точечная мутация включается в генетический пул. 20 аминокислот, кодируемых генетическим кодом, значительно различаются по физическим и химическим свойствам их боковых цепей. Поскольку значение в матрице PAMn представляет собой количество мутаций на 100 аминокислот, что можно сравнить с процентом мутаций, иногда используется термин «процент принятых мутаций». Важно различать точечные принятые мутации (PAM), матрицы точечных принятых мутаций (PAM-матрицы) и матрицу PAMn. Термин «точечная принятая мутация» относится к самому событию мутации. Однако «PAM-матрица» относится к одному из семейства матриц, содержащих оценки, представляющие вероятность выравнивания двух аминокислот в результате серии мутационных событий, а не случайным образом. «Матрица PAMn» – это PAM-матрица, соответствующая временному интервалу, достаточному для возникновения определенного количества мутационных событий на 100 аминокислот.
The genetic instructions of every replicating cell in a living organism are contained within its DNA. This is known as a mutation. At the molecular level, there are regulatory systems that correct most — but not all — of these changes to the DNA before it is replicated. One of the possible mutations that occurs is the replacement of a single nucleotide, known as a point mutation. If a point mutation occurs within an expressed region of a gene, an exon, then this will change the codon specifying a particular amino acid in the protein produced by that gene. Changing a single amino acid in a protein may reduce its ability to carry out this function, or the mutation may even change the function that the protein carries out. Conversely, the change may allow the cell to continue functioning albeit differently, and the mutation can be passed on to the organism's offspring. If this change does not result in any significant physical disadvantage to the offspring, the possibility exists that this mutation will persist within the population. The possibility also exists that the change in function becomes advantageous. In either case, while being subjected to the processes of natural selection, the point mutation has been accepted into the genetic pool. The 20 amino acids translated by the genetic code vary greatly by the physical and chemical properties of their side chains. Because the value in the PAMn matrix represents the number of mutations per 100 amino acids, which can be likened to a percentage of mutations, the term percentage accepted mutation is sometimes used. It is important to distinguish between point accepted mutations (PAMs), point accepted mutation matrices (PAM matrices) and the PAMn matrix. The term 'point accepted mutation' refers to the mutation event itself. However, 'PAM matrix' refers to one of a family of matrices which contain scores representing the likelihood of two amino acids being aligned due to a series of mutation events, rather than due to random chance. The 'PAMn matrix' is the PAM matrix corresponding to a time frame long enough for mutation events to occur per 100 amino acids.
Пример - PAM250
PAM250 — это широко используемая матрица оценок для сравнения последовательностей. Вычислять необходимо только нижнюю половину матрицы, поскольку по построению матрицы PAM должны быть симметричными. В верхней и боковой части матрицы представлены 20 аминокислот, а также 3 дополнительных нечётко определённых аминокислоты. Аминокислоты обычно перечисляются в алфавитном порядке или группируются по общим характеристикам. Эти группы отражают свойства, общие для аминокислот.
A PAM250 is a commonly used scoring matrix for sequence comparison. Only the lower half of the matrix needs to be computed, since by their construction, PAM matrices are required to be symmetric. Each of the 20 amino acid are shown down the top and side of the matrix, with 3 additional ambiguous amino acids. The amino acids are most commonly shown listed alphabetically, or listed in groups. These groups are the characteristics shared among the amino acids.