Zobrazení zdroje stránky BLOSUM

[[Soubor:BLOSUM62.png|náhled|BLOSUM 62]]
'''BLOSUM''' (BLOcks SUbstitution Matrix) je druh substituční [[matice]] používaný pro [[Alignment (biologie)|alignment]] [[Bílkovina|proteinů]]. Slouží k porovnání evolučně rozdílných sekvencí. Matice BLOSUM není extrapolována a je založena pouze na pozorovaných alignmentech. Metodu BLOSUM vyvinuli v roce 1992 Steven Henikoff a Jorja Henikoff, kteří ji založili na základě lokálního alignmentu<ref name=":0">{{Citace periodika
| příjmení = Henikoff
| jméno = S
| příjmení2 = Henikoff
| jméno2 = J G
| titul = Amino acid substitution matrices from protein blocks.
| periodikum = Proceedings of the National Academy of Sciences
| datum vydání = 1992-11-15
| ročník = 89
| číslo = 22
| strany = 10915–10919
| issn = 0027-8424
| pmid = 1438297
| doi = 10.1073/pnas.89.22.10915
| jazyk = en
| url = https://pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.89.22.10915
| datum přístupu = 2024-06-16
}}</ref>. Manželé Henikoff hledali v databázi [[BLOCKS]] konzervované oblasti proteinových rodin a zjišťovali relativní frekvenci jednotlivých [[Aminokyselina|aminokyselin]] a pravděpodobnost jejich substituce. Poté vypočítali skóre logaritmické šance pro každou z 210 možných substitučních párů 20 aminokyselin. 

== Skórování v matici BLOSUM ==
Pro vyhodnocení významnosti alignmentu sekvencí je nutná [[skórovací tabulka]]. Proteinová skórovací tabulka musí brát v potaz nejen shodu či neshodu, ale i pravděpodobnost, s jakou je některá aminokyselina nahrazena jinou. Znamená to, že pokud jsou si aminokyseliny blízké svými vlastnostmi a strukturou, skóre bude typicky vyšší. Naopak pokud mají aminokyseliny odlišné vlastnosti a strukturu, skóre bude nižší. Cílem je poskytnout relativně velkou penalizaci za alignment dvou zbytků u nichž je nízká pravděpodobnost, že se jedná o [[Homologie (biologie)|homology]]. 

Skóre v BLOSUM je logaritmické skóre, které měří poměr pravděpodobnosti výskytu dvou aminokyselin s biologickým významem a pravděpodobnosti výskytu stejných dvou aminokyselin náhodně. Každé aminokyselině v sekvenci je přiřazeno skóre na základě její pozorované četnosti v alignmentu příbuzných proteinů. 

K výpočtu matice BLOSUM se používá následující rovnice: 

<math>S_{i,j} = \frac{1}{\lambda}\log\frac{p_{ij}}{q_iq_j}</math>

kde <math>p_{ij}</math> odpovídá dvěma aminokyselinám <math>i</math> a <math>j</math> nahrazujících jedna druhou, <math>q_i</math> a <math>q_j</math> jsou pravděpodobnosti výskytu jedné nebo druhé aminokyseliny v libovolném proteinu a <math>\lambda</math> je faktor nastavený tak, aby matice obsahovala snadno vypočitatelné celočíselné hodnoty <ref>{{Citace elektronického periodika
| titul = 9.5: BLOSUM62 scoring matrix for amino acid substitutions
| periodikum = Biology LibreTexts
| url = https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Cell_and_Molecular_Biology/Book%3A_Investigations_in_Molecular_Cell_Biology_(O'Connor)/09%3A_Protein_Conservation/9.05%3A_BLOSUM62_scoring_matrix_for_amino_acid_substitutions
| datum vydání = 2018-12-28
| jazyk = en
| datum přístupu = 2024-06-16
}}</ref>. 

== Příklady BLOSUM matic ==
Matice BLOSUM byly vytvořeny sloučením všech sekvencí, které si byly podobnější než určitá procentuální hodnota a následným porovnáním pouze těchto sekvencí, čímž se snížil příspěvek blízce příbuzných sekvencí<ref>{{Citace monografie
| titul = Handbook of nature-inspired and innovative computing: integrating classical models with emerging technologies
| rok = 2006
| url = https://archive.org/details/handbookofnature0000unse
| editoři = Albert Y. Zomaya
| vydavatel = Springer Science+Business Media
| místo = New York
| počet stran = 736
| isbn = 978-0-387-40532-2
}}</ref>. Použité procento značí číslo v názvu matice. Matice s vyšším číslem (BLOSUM80) se používají pro alignment evolučně blízkých sekvencí, naopak matice s nižším číslem (BLOSUM45) se používají pro sekvence evolučně vzdálené. 

=== BLOSUM62 ===
Matice BLOSUM62 je sestavená s použitím sekvencí s alespoň 62% identitou. V této matici jsou pozitivní skóre méně častá než negativní skóre, což naznačuje, že většina substitucí negativně ovlivňuje funkci proteinu. Nejvíce konzervovanými aminokyselinami jsou [[cystein]], [[tryptofan]] a [[histidin]], které mají nejvyšší skóre<ref>{{Citace elektronického periodika
| titul = 9.5: BLOSUM62 scoring matrix for amino acid substitutions
| periodikum = Biology LibreTexts
| url = https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Cell_and_Molecular_Biology/Book%3A_Investigations_in_Molecular_Cell_Biology_(O'Connor)/09%3A_Protein_Conservation/9.05%3A_BLOSUM62_scoring_matrix_for_amino_acid_substitutions
| datum vydání = 2018-12-28
| jazyk = en
| datum přístupu = 2024-06-16
}}</ref>.

BLOSUM62 je všeobecně považovaná za univerzální skórovací BLOSUM matici a je proto používána jako výchozí skórovací matice pro [[BLAST]]<ref>{{Citace periodika
| příjmení = Henikoff
| jméno = S
| příjmení2 = Henikoff
| jméno2 = J G
| titul = Amino acid substitution matrices from protein blocks.
| periodikum = Proceedings of the National Academy of Sciences
| datum vydání = 1992-11-15
| ročník = 89
| číslo = 22
| strany = 10915–10919
| issn = 0027-8424
| pmid = 1438297
| doi = 10.1073/pnas.89.22.10915
| jazyk = en
| url = https://pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.89.22.10915
| datum přístupu = 2024-06-16
}}</ref>.

== Srovnání BLOSUM s maticí PAM ==
'''PAM''' (Point Accepted Mutations) matice jsou založeny na globálním alignmentu blízce příbuzných proteinů <ref>{{Citace monografie
| titul = Atlas of protein sequence and structure. Vol. 5, Suppl. 3
| editoři = Margaret O. Dayhoff, National Biomedical Research Foundation
| vydavatel = National Biomedical Research Foundation
| místo = Washington, D.C
| počet stran = 414
| svazek = 5
| isbn = 978-0-912466-07-1
}}</ref><ref>{{Citace monografie
| příjmení = Pevsner
| jméno = Jonathan
| titul = Bioinformatics and functional genomics
| url = https://www.worldcat.org/title/253189041
| vydání = 2nd ed
| vydavatel = Wiley-Blackwell
| místo = Hoboken, N.J
| počet stran = 951
| isbn = 978-0-470-08585-1
| oclc = 253189041
| poznámka = OCLC: ocn253189041
}}</ref>.  Tyto matice předpokládají, že je změna aminokyseliny v daném místě nezávislá na předchozích změnách v tomto místě. Pro vzdáleně příbuzné proteiny jsou matice odvozeny extrapolací z krátkodobých změn na základě předpokladu, že vzdálenější změny vycházejí z opakovaných krátkodobých změn . V případě BLOSUM nejsou tyto hodnoty výsledkem extrapolace, ale skutečných alignmentů. Číselné hodnoty u PAM udávají podíl zaměněných aminokyselin proto nelze srovávat matice PAM a BLOSUM značené stejnými čísly <ref>{{Citace periodika
| příjmení = Mount
| jméno = David W.
| titul = Comparison of the PAM and BLOSUM Amino Acid Substitution Matrices
| periodikum = Cold Spring Harbor Protocols
| datum vydání = 2008-06
| ročník = 2008
| číslo = 6
| strany = pdb.ip59
| issn = 1940-3402
| doi = 10.1101/pdb.ip59
| jazyk = en
| url = http://www.cshprotocols.org/lookup/doi/10.1101/pdb.ip59
| datum přístupu = 2024-06-16
}}</ref>. 
{| class="wikitable"
|+srovnatelné matice PAM a BLOSUM<ref name=":0" />
!PAM
!BLOSUM
|-
|PAM250
|BLOSUM45
|-
|PAM160
|BLOSUM62
|-
|PAM120
|BLOSUM80
|}

== Reference ==
<references />
[[Kategorie:Bioinformatika]]
[[Kategorie:Biochemické metody]]
[[Kategorie:Matice]]