BLOSUM

La matriu BLOSUM 62.

BLOSUM (BLOcks of Amino Acid SUbstitution Matrix, o matriu de substitució de blocs d'aminoàcits) és una matriu de substitució utilisada per al allineament de seqüències de proteïnes. BLOSUM s'usa per a puntuar allineaments entre seqüències de proteïnes evolutivamente divergents. Es basa en allineaments locals, i es va introduir en 1992 per primera volta en un artícul de Henikoff i Henikoff. Varen recórrer la base de senyes BLOCKS analisant regions molt conservades de famílies de proteïnes (sense buits en el allineament de seqüències) i varen comprovar les freqüències relatives d'aparició dels aminoàcits i les provabilitats de substitució entre ells. Seguidament varen calcular una puntuació de log-provabilitat para cada una de les 210 possibles substitucions dels 20 aminoàcits estàndar. Totes les BLOSUM es basen en allineaments observats, i no són extrapoladas de comparacions de proteïnes cercanamente relacionades (com és el cas de les matrius PAM, obtingudes en multiplicar per sí mateixa un determinat número de voltes una matriu inicial).

Existixen prou conjunts de matrius BLOSUM que utilisen diferents bases de senyes de allineaments, i que es nomenen en números. Les BLOSUM seguides d'un número alt estan dissenyades per a comparar seqüències cercanamente relacionades, mentres que les BLOSUM en número baix estan dissenyades per a comparar seqüències relacionades de forma distant. Per eixemple, BLOSUM 80 s'usa per a allineaments menys divergents, mentres que BLOSUM 45 s'usa per a allineaments més divergents. Les puntuacions dins d'una matriu BLOSUM corresponen a log-provabilitats que reflectixen, en un allineament, el logaritme de la raó de la provabilitat de l'aparició de dos aminoàcits d'una forma biològicament intencionada o acceptada (residus homológos; este numerador és la provabilitat de l'hipòtesis que volem contrastar) i la provabilitat de la seua aparició per casualitat (el denominador és la provabilitat de l'hipòtesis nula). Les matrius es basen en el mínim percentage d'identitat de les seqüències de proteïnes alineades usades en calcular-les (per eixemple, BLOSUM 45 correspondria a allineaments en un màxim d'un 45% d'identitat). A cada possible identitat o substitució se li assigna una puntuació basada en les freqüències observades en el allineament de proteïnes relacionades. Es dona una puntuació positiva a les substitucions més provables, mentres que correspon una puntuació negativa per a substitucions menys provables.

BLOSUM 62 és la matriu calculada usant les substitucions observades entre proteïnes que tenen, com a màxim, el 62% d'identitat en la seqüència, i s'ha convertit en l'estàndart de la majoria dels programes que utilisen este tipo de matrius.

BLOSUM ha demostrat actuar millor en la puntuació de seqüències distantemente relacionades que les otrora àmpliament usades matrius Point Accepted Mutation (PAM).

Per a calcular una matriu BLOSUM s'usa la següent equació:

$a_{ij}=\left(\frac{1}{\lambda }\right)\log \left(\frac{p_{ij}}{q_i*q_j}\right)$

Ací, $p_{ij}$ és la provabilitat de que dos aminoàcits $i$ i $j$ reemplacen un a l'atre en una seqüència homòloga, mentres que $q_i$ i $q_j$ són les provabilitats últimes de trobar els aminoàcits $i$ i $j$ en qualsevol seqüència de proteïna de forma aleatòria. El factor $\lambda$ és un mer factor d'escala per a assegurar que, despuix de la seua aplicació i la d'un necessari grosseig al sancer més propenc, la matriu continga valors sancers dispersos i fàcilment tractables. D'acort a la definició vista, el logaritme de l'equació (el resultat de l'equació, en definitiva) serà positiu sempre que el cocient siga major d'un. Açò significarà que la provabilitat de allineament entre els dos aminoàcits en una determinada seqüència es donarà en major freqüència que la que podríem esperar per la mera casualitat. En resum: esta substitució és acceptada (en major o menor grau, d'acort als seus resultats estadístics) per l'evolució. Pel contrari, un logaritme nul o negatiu implica que les substitucions es donen al mateix (o menor) ritme que les esperades aleatoriament.