MASTERARBEIT - Fachhochschule Salzburg

3. Grundlagen des Sequenzalignments 34Eine Substitutionsmatrix beschreibt mit einer Menge von Scores s a,b die Wahrscheinlichkeitender Ersetzung der Aminosäure a durch eine andere Aminosäure b (und umgekehrt)in einer bestimmten Sequenz. Dabei wird die Übereinstimmung mit einerselten vorkommenden Aminosäure höher bewertet als die Übereinstimmung mit einerhäufig vorkommenden Aminosäure. Zudem versucht man aufgrund der Eigenschaftender Aminosäuren, den Mismatch zweier funktionell ähnlicher Aminosäuren höher zubewerten als den Mismatch zweier funktionell verschiedener Aminosäuren. [32]Substitutionsmatrizen speichern für jedes Paar bzw. alle möglichen Aminosäurekombinationennicht deren Wahrscheinlichkeiten, sondern deren davon abgeleitete Scores. Umdies zu verdeutlichen wird manchmal auch die Bezeichnung Scoring-Matrizen vorgezogen.Die Zellen der Hauptdiagonale beschreiben jeweils das Zusammentreffen zweiergleicher Aminosäuren (Match), alle anderen Felder eine Fehlpaarung (Mismatch)und die Substitution von einer Aminosäure zu einer anderen. Die einfachsten Scoring-Matrizen sind Identitätsmatrizen, in denen alle Diagonalelemente, jene die einen Matchanzeigen, den gleichen Score enthalten und alle anderen Elemente den gleichen undniedrigeren Score enthalten. Damit wird zum Ausdruck gebracht, dass die Wahrscheinlichkeiteiner Mutation zu einer beliebigen anderen Aminosäure konstant ist [32, 21].Eine Vereinfachung, die in der Praxis kaum noch zur Anwendung kommt.Eine Betrachtung der Gleichungen 3.6 und 3.7 im Zusammenhang mit der Bewertungvon Matches und Mismatches über Substitutionsmatrizen macht deutlich, dass diesezusammen mit der Bewertung von Gaps einen wesentlichen Einfluss auf die Art desAlignments haben. Liegen die Scores der Matches und Mismatches dicht beisammen, sowird ein kompakteres Alignment gebildet. Ist ein Match mit einem deutlich positiverenScore bewertet als ein Mismatch, das heißt ein Match kompensiert mehrere Mismatches,so werden die Alignments in Länge gezogen und schwächer ausgeprägt sein, sofern dasEinfügen von Lücken nicht ausdrücklich negativ bewertet wird (siehe Abschnitt 3.5).Ziel aller Scoring-Matrizen ist eine möglichst reale Abbildung der Evolution. Dies istauch der Grund, dass für die jeweilige Anwendung eine passende Matrix ausgewähltwerden muss. Zwei beim Alignment von Aminosäuren häufig verwendete Matrizen sinddie sog. PAM-Matrizen und die BLOSUM-Matrizen.