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Point Accepted Mutation Matrix
Eine Point Accepted Mutation Matrix (kurz: PAM-Matrix) ist eine mit PAM-Werten gefüllte Substitutionsmatrix, die in der Bioinformatik dazu verwendet wird, …
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Bedeutung und Einsatz
Eine Point Accepted Mutation Matrix (PAM-Matrix) ist eine Substitutionsmatrix der Bioinformatik. Sie enthält PAM-Werte und dient dazu, die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, mit der sich Aminosäuren in einer Aminosäuresequenz verändern. Ihre Grundlage sind statistisch erfasste Unterschiede zwischen Sequenzen.
Besonders häufig wird die PAM250-Matrix verwendet. Sie entspricht einer Sequenzübereinstimmung von etwa 20 %. Damit kann bei einer reinen Sequenzanalyse noch mit einem richtigen Alignment gerechnet werden. Ein Alignment ist die Gegenüberstellung von Sequenzen, bei der gleiche oder verwandte Positionen einander zugeordnet werden.
Die PAM-Matrix wurde erstmals von Margaret Oakley Dayhoff beschrieben und 1978 im „Atlas of Protein Sequence and Structure“ veröffentlicht.
Mutationen, Abstände und Matrixwerte
Je weiter sich Sequenzen auseinanderentwickeln, desto mehr Mutationen sammeln sie an. Dayhoff untersuchte, welche Aminosäuren mit welcher Wahrscheinlichkeit in andere Aminosäuren mutieren. Dabei bleiben die chemischen Eigenschaften eines Aminosäurerestes meist erhalten: Eine saure Aminosäure wird daher vergleichsweise häufig durch eine andere saure Aminosäure ersetzt.
Für die Auswahl einer PAM-Matrix ist entscheidend, wie stark sich die verglichenen Sequenzen unterscheiden. Bei den Sequenzen „AGSTVAVREA“ und „ATSTVAVRSA“ beträgt der Abstand 2; der Unterschied liegt damit bei 20 %. Eine 1-PAM-Matrix entspricht 1 % akzeptierten Mutationen, eine 250-PAM-Matrix etwa 80 % akzeptierten Mutationen.
Die Einträge einer PAM-Matrix sind Log-Odds-Werte, also Werte für das Verhältnis einer beobachteten Mutationswahrscheinlichkeit zu einer erwarteten Wahrscheinlichkeit. Sie werden meist mit dem Faktor 10 multipliziert, damit keine Kommazahlen auftreten. Um aus einem Matrix-Score wieder auf das Verhältnis der Mutationswahrscheinlichkeit zu schließen, wird der Wert durch 10 geteilt und anschließend zur Basis 10 potenziert. Ein Wert von +2 bedeutet: Aminosäure A mutiert 1,6-mal häufiger zu Aminosäure B als erwartet, denn 2/10 = 0,2 und 10^(0,2) = 1,6.
Für Sequenzen mit sehr geringer Ähnlichkeit entwickelten S. Henikoff und J. G. Henikoff die Familie der BLOSUM-Matrizen.