FILOGENETYKA

Bioinformatyka, wyk

Bioinformatyka, wyk

ł

ł

ad 7 

ad 7 

(2

(2

4

4

.XI.200

.XI.200

8

8

)

)

 

krzysztof_pawlowski@sggw.pl

krzysztof_pawlowski@sggw.pl

Filogenetyka

Cel

 

–

 

rekonstrukcja historii ewolucji wszystkich 

organizmów.

Klasyczne podejście: 
historia ewolucji jest odtwarzana na podstawie 
porównań

 

cech morfologicznych i fizjologicznych 

badanych organizmów. 

•

 

zadaniem 

filogenetyki molekularnej

 

jest 

zrekonstruowanie związków filogenetycznych 
między badanymi sekwencjami 

ƒ

ƒ

sekwencje przodka mutuj

sekwencje przodka mutuj

ą

ą

w sekwencje potomk

w sekwencje potomk

ó

ó

w

w

ƒ

ƒ

podobne gatunki s

podobne gatunki s

ą

ą

genetycznie blisko spokrewnione

genetycznie blisko spokrewnione

•

•

 

podstawowe za

podstawowe za

ł

ł

o

o

ż

ż

enia w filogenetyce molekularnej:

enia w filogenetyce molekularnej:

•

 

wyrazem analiz filogenetycznych są

 

drzewa filogenetyczne

Tree

 

of

 

life

 

(Darwin)

eukarionty

archea

bakterie

Tree

 

of

 

life

 

(dziś)

kręgowce

 

grzyby

 

rośliny

Taksony mono-

 

i polifiletyczne

gatunek A

gatunek A

gatunek B

gatunek B

gatunek C

gatunek C

gatunek D

gatunek D

gatunek E

gatunek E

ga

ga

łąź

łąź

w

w

ę

ę

ze

ze

ł

ł

korze

korze

ń

ń

przykładowe 

nieukorzenione

 

drzewo filogenetyczne

przykładowe 

ukorzenione

 

drzewo filogenetyczne

d

d

ł

ł

ugo

ugo

ść

ść

 

ga

ga

łę

łę

zi

zi

gatunek A

gatunek A

gatunek B

gatunek B

gatunek C

gatunek C

w

w

ę

ę

ze

ze

ł

ł

ga

ga

łąź

łąź

d

d

ł

ł

ugo

ugo

ść

ść

 

ga

ga

łę

łę

zi

zi

li

li

ść

ść

li

li

ść

ść

Ga

Ga

łąź

łąź

 

-

-

 

obrazuje związki ewolucyjne między porównywanymi 

jednostkami taksonomicznymi.

D

D

ł

ł

ugo

ugo

ść

ść

 

ga

ga

łę

łę

zi 

zi 

-

-

 

zazwyczaj reprezentuje liczbę

 

zmian, które się

 

zdarzyły 

w danej linii ewolucyjnej.

Korze

Korze

ń

ń

 

-

-

 

wspólny przodek dla wszystkich taksonów.

Li

Li

ść

ść

 

-

-

 

reprezentuje aktualnie analizowaną

 

jednostkę

 

taksonomiczną. 

W

W

ę

ę

ze

ze

ł

ł

 

-

-

 

reprezentuje jednostkę

 

taksonomiczną

 

(populację, organizm, gen). 

Może przedstawiać

 

współcześnie istniejący takson, jak i jego przodka.

Mechanizmy ewolucji

-

 

Mutacje w genach. 
Mutacje są

 

rozprzestrzeniane w populacji 

poprzez dryf genetyczny

 

lub/i

 

selekcję

 

naturalną

-

 

Duplikacja i rekombinacja genów. 

Etapy analizy filogenetycznej

Dobór i dopasowane sekwencji 

Wybór modelu substytucji

Wybór metody oceny odległości ewolucyjnej

Konstrukcja drzewka

Ocena i analiza skonstruowanego drzewka

16S 

16S 

rRNA

rRNA

Dopasowanie wielu sekwencji 

Dopasowanie wielu sekwencji 

–

–

M

Multiple

 

sequence alignment (MSA)

E.coli 

UCAGAUGU-GAAAUC-CCCGGG=CUCAA=CCUGGG=AACU=GCAUCUGA

Th. thermophilus UCCCAUGU-GAAAGA-CCACGG=CUCAA=CCGUGG=GGGA=GCGUGGGA

B.subtilis 

UCUGAUGU-GAAAGC-CCCCGG=CUCAA=CCGGGG=AGGG=UCAUUGGA

Ancyst.nidulans  UCUGUUGU-CAAAGC-GUGGGG=CUCAA=CCUCAU=ACAG=GCAAUGGA

Chl.aurantiacus  UCGGCGCU-GAAAGC-GCCCCG=CUUAA=CGGGGC=GAGG=CGCGCCGA
match 

**        ***        * ** ** *                 **

Thermus ruber 

UCCGAUGC-UAAAGA-CCGAAG=CUCAA=CUUCGG=GGGU=GCGUUGGA

Grupa sekwencji 

homologicznych

Dopasowanie 

wielu sekwencji

Silne 

podobieństwo 

sekwencji?

Metoda 

maksymalnej 

parsymoni

 

-

 

MP

Rozpoznawalne 

podobieństwo 

sekwencji?

Metody oparte 

na 

odległościach 

(dystansowe)

Metoda 

maksymalnej 

wiarygodności 

-ML

Sprawdzanie 

poprawności 

rekonstrukcji

tak

tak

nie

nie

tak

tak

nie

nie

Metody tworzenia drzewek filogenetycznych

Metoda maksymalnej 

Metoda maksymalnej 

parsymonii

parsymonii

 

-

-

 

MP

MP

Drzewko filogenetyczne skonstruowane

 

 

metodą

 

MP

 

to takie, które wymaga 

najmniejszej liczby zmian aby wyjaśnić

 

obserwowane różnice w analizowanych 

sekwencjach

Metoda 

Metoda 

MP

MP

Seq1

Seq1 

A

A 

A G A G 

A G A G 

T

T 

G 

G 

C

C 

A

A

Seq2

Seq2 

A

A 

G C C G 

G C C G 

T

T 

G 

G 

C

C 

G

G

Seq3

Seq3 

A

A 

G A T A 

G A T A 

T

T 

C 

C 

C

C 

A

A

Seq4

Seq4 

A

A 

G A G A 

G A G A 

T

T 

C 

C 

C

C 

G

G

1

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

2

3

3

3

3

3

3

4

4

4

4

4

4

Miejsce „informatywne”

 

dla 

sekwencji nukleotydowych to 

takie, w którym obserwuje się

 

przynajmniej dwa różne 

nukleotydy i są

 

one 

prezentowane przynajmniej

 

w dwóch sekwencjach. 

1       2

1       2

3       4

3       4

1       3

1       3

2       4 

2       4 

1       2

1       2

4       3 

4       3 

Position 2

Position 2

Position 3

Position 3

Position 4

Position 4

Position 5

Position 5

Position 7

Position 7

Position 8

Position 8

Seq1

Seq1 

A

A 

A G A G 

A G A G 

T

T 

G 

G 

C

C 

A

A

Seq2

Seq2 

A

A 

G C C G 

G C C G 

T

T 

G 

G 

C

C 

G

G

Seq3

Seq3 

A

A 

G A T A 

G A T A 

T

T 

C 

C 

C

C 

A

A

Seq4

Seq4 

A

A 

G A G A 

G A G A 

T

T 

C 

C 

C

C 

G

G

Sum         

Sum         

11             

11             

10       

10       

12

12

Position of 

Position of 

sequences on the 

sequences on the 

tree

tree

mutacja

Metoda maksymalnej wiarygodności 

–

 

Maksimum likelihood

 

(ML)

Drzewko filogenetyczne 

skonstruowane metodą

 

ML

 

to takie, 

które z największym 

prawdopodobieńswtem

 

odtwarza 

obserwowane dane

Maximum

 

likelihood

 

method

 

(ML)

1. Wyliczana jest 
wiarygodność

 

(prawdopodobieństwo -

 

L) 

dla każdego 
informatywnego

 

miejsca 

2. Następnie sumowane są

 

wszystkie wartości L dla 
każdego możliwego drzewa

3.  Porównywane są

 

ze 

sobą

 

wartości L dla 

każdego możliwego drzewa 
i wybierane jest to, które 
ma najwyższą

 

wartość

 

L -

 

całościowe
czyli
Wybierane jest to drzewo, 
które przy danym modelu 
najbardziej pasuje do 
analizowanych danych

Sekwencja 1: ACGCGTTGGG

Sekwencja 2: ACGCGTTGGG

Sekwencja 3: ACGCAATGAA

Sekwencja 4: AGACAGGGAA

1

2

3

4

T

T

A

G

? 

ATGC

? 

ATGC

? 

ATGC

T

T

A

G

T

G

T

Rekonstrukcja drzewa metod

Rekonstrukcja drzewa metod

ą

ą

 

ML

ML

Analizujemy kolumnę

Proponujemy układ drzewa 

Proponujemy układ nukleotydów  

Przydzielenie 
nukleotydów

Prawd = P(T) * P(T

 

G) * P(G

 

A) = 0.25*10

-6

*10

-6

Likelihood

 

konkretnej pozycji jest sumą

 

prawdopodobieństw wszystkich możliwych 

rekonstrukcji przodków dla wybranego modelu .

Czyli różnice między sekwencjami dwóch  gatunków są

 

proporcjonalne do czasu jaki upłynął

 

od momentu gdy oba 

gatunki miały wspólnego przodka. 

Hipoteza zegara molekularnego (MC)

Hipoteza zegara molekularnego (MC)

Zaproponowana przez 
Zuckerkandla

 

i Paulinga

 

w 

roku 1962.

Opiera się

 

na założeniu, że 

tempo ewolucji (akumulacja 
mutacji)  sekwencji 
nukleotydowej czy 
aminokwasowej

 

jest w 

przybliżeniu stałe.

•

•

mo

mo

ż

ż

liwo

liwo

ść

ść

 

wyst

wyst

ą

ą

pienia wielokrotnych podstawie

pienia wielokrotnych podstawie

ń

ń

•

•

rewersja

rewersja

•

•

 

rzadko obserwuje si

rzadko obserwuje si

ę

ę

 

podstawienia mi

podstawienia mi

ę

ę

dzy a

dzy a

minokwasami pe

minokwasami pe

ł

ł

ni

ni

ą

ą

cymi 

cymi 

wa

wa

ż

ż

ne role w bia

ne role w bia

ł

ł

kach, jak

kach, jak

: 

: 

cysteina

cysteina

 

(C)

(C)

 

czy 

czy 

tryptofan

tryptofan

 

(W)

(W)

•

•

 

cz

cz

ęś

ęś

ciej obserwuje si

ciej obserwuje si

ę

ę

 

podstawienia mi

podstawienia mi

ę

ę

dzy a

dzy a

minokwasami podobnymi do 

minokwasami podobnymi do 

siebie, ze wzgl

siebie, ze wzgl

ę

ę

du na swoje w

du na swoje w

ł

ł

a

a

ś

ś

ciwo

ciwo

ś

ś

ci biochemiczne, 

ci biochemiczne, 

biofizyczne 

biofizyczne 

np

np

.

.

:

:

ƒ

ƒ

izoleucyna 

izoleucyna 

(I)

(I)

leucyna 

leucyna 

(L),

(L),

ƒ

ƒ

valina

valina

(V)

(V)

izoleucyna 

izoleucyna 

(I),

(I),

ƒ

ƒ

kwas asparaginowy 

kwas asparaginowy 

(D)

(D)

kwas glutaminowy 

kwas glutaminowy 

(

(

E),

E),

•

•

 

rzadko obserwuje si

rzadko obserwuje si

ę

ę

 

podstawienia mi

podstawienia mi

ę

ę

dzy aminokwasami bardzo 

dzy aminokwasami bardzo 

r

r

ó

ó

ż

ż

ni

ni

ą

ą

cymi si

cymi si

ę

ę

 

swoimi w

swoimi w

ł

ł

asno

asno

ś

ś

ciami

ciami

ƒ

ƒ

tryptofan 

tryptofan 

(W)

(W)

izoleucyna 

izoleucyna 

(I)

(I)

•

•

 

niekt

niekt

ó

ó

re aminokwasy, takie jak: 

re aminokwasy, takie jak: 

asparagina 

asparagina 

(N)

(N)

, kwas asparaginowy 

, kwas asparaginowy 

(D)

(D)

, 

, 

seryna 

seryna 

(S)

(S)

 

mutuj

mutuj

ą

ą

 

cz

cz

ęś

ęś

ciej ni

ciej ni

ż

ż

 

inne

inne

•

•

cz

cz

ęś

ęś

ciej obserwuje si

ciej obserwuje si

ę

ę

 

podstawienia typu 

podstawienia typu 

tranzycji

tranzycji

 

ni

ni

ż

ż

 

transwersji

transwersji

•

•

cz

cz

ęś

ęś

ciej obserwuje si

ciej obserwuje si

ę

ę

 

podstawienia w III pozycjach kodon

podstawienia w III pozycjach kodon

ó

ó

w

w

•

•

tempo mutacji zale

tempo mutacji zale

ż

ż

y od regionu w genomie, genie, rodzaju genu, 

y od regionu w genomie, genie, rodzaju genu, 

Protein

Rate (mean replacements per site

per 10

9 

years)

Fibrinopeptides

8.3

Insulin C

2.4

Ribonuclease

2.1

Haemoglobins

1.0

Cytochrome C

0.3

Histone H4

0.01

przodek

rzeczywista liczba podstawie

rzeczywista liczba podstawie

ń

ń

zaobserwowana 

zaobserwowana 

liczba r

liczba r

ó

ó

ż

ż

nic

nic

MELSK

L

TGDPAR

Q

KEL

S

ML

WK

LSKLTGD

R

APFVYRV

L

KRL

MELSK

L

TGDPAR

Q

KEL

S

MLM

K

LSKLTGDPAPF

V

YRV

G

KRL

MELSK

T

TGDPAR

Q

KEL

S

MLM

K

LSKLTGDPAPF

Y

YRV

G

KRL

MELSK

T

TGDPAR

R

KEL

S

MLM

K

LSKLTGDPAPFVYRV

G

KRL

MELSK

T

TGDPAR

R

KELKMLMELSKLTGDPAPFVYRVLKRL

MELSKLTGDPAREKELKMLMELSKLTGDPAPFVYRVLKRL

potomek

3 zmiany

3 zmiany

2 zmiany

2 zmiana

2 zmiany

= 12 zmian

2 zmiany w stosunku do przodka

5 zmian w stosunku do przodka

6 zmian w stosunku do przodka

4 zmian w stosunku do przodka

5 zmian w stosunku do przodka

czas ewolucji

czas ewolucji

r

r

ó

ó

ż

ż

nice mi

nice mi

ę

ę

dz

y sek

w

encjami

dz

y sek

w

encjami

niedoszacowanie

niedoszacowanie

tranzycje

 

i transwersje

Juckes-Cantor

K80

 

–

 

(Kimura)

TN93 –

 

rozróżnia 

tranzycje

 

i transwersje, 

oraz typ tranzycji:

 

czy 

zaszła ona między 
purynami czy 
pirymidynami

TN93

 

(Tamura-Nei, 93)

Macierze 

Macierze 

substutucji

substutucji

 

nukleotyd

nukleotyd

ó

ó

w

w

Ala Arg Asn Asp Cys Gln Glu Gly His Ile Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val

A

R

N

D

C

Q

E

G

H

I

L

K

M

F

P

S

T

W

Y

V

Ala A 9867

2

9

10

3

8

17

21

2

6

4

2

6

2

22

35

32

0

2

18

Arg R

1

9913

1

0

1

10

0

0

10

3

1

19

4

1

4

6

1

8

0

1

Asn N

4

1

9822

36

0

4

6

6

21

3

1

13

0

1

2

20

9

1

4

1

Asp D

6

0

42

9859

0

6

53

6

4

1

0

3

0

0

1

5

3

0

0

1

Cys C

1

1

0

0

9973

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

5

1

0

3

2

Gln Q

3

9

4

5

0

9876

27

1

23

1

3

6

4

0

6

2

2

0

0

1

Glu E

10

0

7

56

0

35

9865

4

2

3

1

4

1

0

3

4

2

0

1

2

Gly G

21

1

12

11

1

3

7

9935

1

0

1

2

1

1

3

21

3

0

0

5

His H

1

8

18

3

1

20

1

0

9912

0

1

1

0

2

3

1

1

1

4

1

Ile I

2

2

3

1

2

1

2

0

0

9872

9

2

12

7

0

1

7

0

1

33

Leu L

3

1

3

0

0

6

1

1

4

22

9947

2

45

13

3

1

3

4

2

15

Lys K

2

37

25

6

0

12

7

2

2

4

1

9926

20

0

3

8

11

0

1

1

Met M

1

1

0

0

0

2

0

0

0

5

8

4

9874

1

0

1

2

0

0

4

Phe F

1

1

1

0

0

0

0

1

2

8

6

0

4

9946

0

2

1

3

28

0

Pro P

13

5

2

1

1

8

3

2

5

1

2

2

1

1

9926

12

4

0

0

2

Ser S

28

11

34

7

11

4

6

16

2

2

1

7

4

3

17

9840

38

5

2

2

Thr T

22

2

13

4

1

3

2

2

1

11

2

8

6

1

5

32

9871

0

2

9

Trp W

0

2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

9976

1

0

Tyr T

1

0

3

0

3

0

1

0

4

1

1

0

0

21

0

1

1

2

9945

1

Val V

13

2

1

1

3

2

2

3

3

57

11

1

17

1

3

2

10

0

2

9901

Elementy pomnożone zostały przez 10 000

P

ercent

 

A

ccepted

 

M

utation

 

PAM1 -

 

M. 

M. 

Dayhoff

Dayhoff

 

1978r.

1978r.

element 

M

IJ

 

tej macierzy reprezentuje  

prawdopodobieństwo z jakim aminokwas 
w kolumnie

 

j

 

zostanie podstawiony przez 

aminokwas z wiersza

 

i

 

w czasie 

ewolucyjnym 1 PAM

element diagonalny 

M

ii  

określa 

prawdopodobieństwo, że dany 

aminokwas nie ulegnie 

substytucji w tym czasie 

JEDNOSTKA  PAM

JEDNOSTKA  PAM

 

(

(

P

P

ercent

ercent

 

A

A

ccepted

ccepted

 

M

M

utation

utation

) 

) 

–

–

 

miara odleg

miara odleg

ł

ł

o

o

ś

ś

ci ewolucyjnej mi

ci ewolucyjnej mi

ę

ę

dzy sekwencjami

dzy sekwencjami

.

.

M. 

M. 

Dayhoff

Dayhoff

 

i wsp

i wsp

ó

ó

ł

ł

pracownicy 

pracownicy 

–

–

 

1978r.

1978r.

1 PAM

1 PAM

 

–

–

 

odpowiada takiemu czasowi ewolucyjnemu, 

odpowiada takiemu czasowi ewolucyjnemu, 

podczas kt

podczas kt

ó

ó

rego, w por

rego, w por

ó

ó

wnywanych sekwencjach, 

wnywanych sekwencjach, 

zmianie ulegnie 1 aminokwas na 100  (ok. 1 

zmianie ulegnie 1 aminokwas na 100  (ok. 1 

mln

mln

 

lat)

lat)

MELSKLT

G

DPAPFVYR

V

LKR ..... SKLT

G

DPAP ..... KVVFRIS

E

SP

M

IFKA

Y

PLDI ..... MELSK

L

TGDPA ... REKEL

K

MLMELSKLTGDPAPFVYRV

L

KRL ..... LDIVLSSLIHER

E

KELKML

MELSKLT

D

DPAPFVYR

Y

LKR ..... SKLT

Q

DPAP ..... KVVFRIS

R

SP

W

IFKA

V

PLDI ..... MELSK

T

TGDPA ... REKEL

D

MLMELSKLTGDPAPFVYRV

F

KRL ..... LDIVLSSLIHER

R

KELKML

1000 aminokwasów

10

 

zmienionych aminokwasów

Zmianie uległo 10/1000 = 1/100 aminokwasów, czyli 1%

Ewolucyjna macierz PAM

Ewolucyjna macierz PAM

Macierz PAM 

Macierz PAM 

-

-

 

Percent

Percent

 

Accepted

Accepted

 

Mutations

Mutations

 

(

(

Dayhoff

Dayhoff

 

i 

i 

wsp

wsp

ó

ó

ł

ł

pr

pr

. 1978)

. 1978)

Utworzona przez por

Utworzona przez por

ó

ó

wnanie blisko spokrewnionych sekwencji bia

wnanie blisko spokrewnionych sekwencji bia

ł

ł

ek (ponad 

ek (ponad 

85% identyczno

85% identyczno

ś

ś

ci) o znanych powi

ci) o znanych powi

ą

ą

zaniach filogenetycznych; naliczenie 1572 

zaniach filogenetycznych; naliczenie 1572 

zmian zaakceptowanych (przez selekcj

zmian zaakceptowanych (przez selekcj

ę

ę

) w 71 grupach bia

) w 71 grupach bia

ł

ł

ek.

ek.

Uwzgl

Uwzgl

ę

ę

dnia 

dnia 

mutabilno

mutabilno

ś

ś

ci

ci

 

poszczeg

poszczeg

ó

ó

lnych aminokwas

lnych aminokwas

ó

ó

w

w

MWT

MWT

V

V

SALV

SALV

G

G

Q

Q

MWT

MWT

A

A

SALV

SALV

G

G

Q

Q

MWT

MWT

V

V

SALV

SALV

L

L

Q

Q

MWT

MWT

V

V

SALV

SALV

G

G

Q

Q

MWT

MWT

A

A

SALV

SALV

G

G

Q

Q

MWT

MWT

V

V

SALV

SALV

L

L

Q

Q

V

V 

-

-

> 

> 

A

A

G

G 

-

-

> 

> 

L

L

Macierz PAM 

Macierz PAM 

–

–

 

log 

log 

odds

odds

je

je

ż

ż

eli

eli

 

log 

log 

odds

odds 

<

< 

0

0

:

:

 

dana substytucja zachodzi rzadziej ni

dana substytucja zachodzi rzadziej ni

ż

ż

 

nale

nale

ż

ż

a

a

ł

ł

o si

o si

ę

ę

 

spodziewa

spodziewa

ć

ć

je

je

ż

ż

eli

eli

 

log 

log 

odds

odds 

>

> 

0

0

:

:

 

dana substytucja zachodzi cz

dana substytucja zachodzi cz

ęś

ęś

ciej ni

ciej ni

ż

ż

 

nale

nale

ż

ż

a

a

ł

ł

o si

o si

ę

ę

 

spodziewa

spodziewa

ć

ć

(

(

np

np

. +1 oznacza, 

. +1 oznacza, 

ż

ż

e dana substytucja jest obserwowana 10 razy cz

e dana substytucja jest obserwowana 10 razy cz

ęś

ęś

ciej ni

ciej ni

ż

ż

 

nale

nale

ż

ż

a

a

ł

ł

o si

o si

ę

ę

 

spodziewa

spodziewa

ć

ć

)

)

je

je

ż

ż

eli

eli

 

log 

log 

odds

odds 

=

= 

0

0

:

:

 

dana substytucja zachodzi z tak

dana substytucja zachodzi z tak

ą

ą

 

sam

sam

ą

ą

 

cz

cz

ę

ę

sto

sto

ś

ś

ci

ci

ą

ą

 

jak w sekwencji 

jak w sekwencji 

losowej

losowej

Wyliczenie warto

Wyliczenie warto

ś

ś

ci log 

ci log 

odds

odds

:

:

P

P

o

o 

–

–

 

obserwowana cz

obserwowana cz

ę

ę

stotliwo

stotliwo

ść

ść

 

wyst

wyst

ę

ę

powania mutacji  

powania mutacji  

P

P

e

e 

–

–

 

oczekiwana cz

oczekiwana cz

ę

ę

stotliwo

stotliwo

ść

ść

 

wyst

wyst

ę

ę

powania mutacji 

powania mutacji 

(losow

(losow

a

a

)

)

log 

log 

odds

odds 

= log (P

= log (P

o/

o/

P

P

e

e

)

)

A  R  N  D  C  Q  E  G  H  I  L  K  M  F  P  S  T  W  Y  V

A  R  N  D  C  Q  E  G  H  I  L  K  M  F  P  S  T  W  Y  V

A   

A   

2 

2 

R  

R  

-

-

2  6 

2  6 

N   0  0  2 

N   0  0  2 

D   0 

D   0 

-

-

1  2  4 

1  2  4 

C  

C  

-

-

2 

2 

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

5 12 

5 12 

Q   0  1  1  2 

Q   0  1  1  2 

-

-

5  4 

5  4 

E   0 

E   0 

-

-

1  1  3 

1  1  3 

-

-

5  2  4 

5  2  4 

G   1 

G   1 

-

-

3  0  1 

3  0  1 

-

-

3 

3 

-

-

1  0  5 

1  0  5 

H  

H  

-

-

1  2  2  1 

1  2  2  1 

-

-

3  3  1 

3  3  1 

-

-

2  6 

2  6 

I  

I  

-

-

1 

1 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

2  5 

2  5 

L  

L  

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

3 

3 

-

-

4 

4 

-

-

6 

6 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

4 

4 

-

-

2  2  6

2  2  6

K  

K  

-

-

1  3  1  0 

1  3  1  0 

-

-

5  1  0 

5  1  0 

-

-

2  0 

2  0 

-

-

2 

2 

-

-

3  5

3  5

M  

M  

-

-

1  0 

1  0 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

5 

5 

-

-

1 

1 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

2  2  4  0  6

2  2  4  0  6

F  

F  

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

6 

6 

-

-

4 

4 

-

-

5 

5 

-

-

5 

5 

-

-

5 

5 

-

-

2  1  2 

2  1  2 

-

-

5  0  9

5  0  9

P   1  0 

P   1  0 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

3  0 

3  0 

-

-

1 

1 

-

-

1  0 

1  0 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

1 

1 

-

-

2 

2 

-

-

5  6

5  6

S   1  0  1  0  0 

S   1  0  1  0  0 

-

-

1  0  1 

1  0  1 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

3  0 

3  0 

-

-

2 

2 

-

-

3  1  2

3  1  2

T   1 

T   1 

-

-

1  0  0 

1  0  0 

-

-

2 

2 

-

-

1  0  0 

1  0  0 

-

-

1  0 

1  0 

-

-

2  0 

2  0 

-

-

1 

1 

-

-

3  0  1  3 

3  0  1  3 

W  

W  

-

-

6  2 

6  2 

-

-

4 

4 

-

-

7 

7 

-

-

8 

8 

-

-

5 

5 

-

-

7 

7 

-

-

7 

7 

-

-

3 

3 

-

-

5 

5 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

4  0 

4  0 

-

-

6 

6 

-

-

2 

2 

-

-

5 17 

5 17 

Y  

Y  

-

-

3 

3 

-

-

4 

4 

-

-

2 

2 

-

-

4  0 

4  0 

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

5  0 

5  0 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

4 

4 

-

-

2  7 

2  7 

-

-

5 

5 

-

-

3 

3 

-

-

3  0 10 

3  0 10 

V   0 

V   0 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

1 

1 

-

-

2  4  2 

2  4  2 

-

-

2  2 

2  2 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

1  0 

1  0 

-

-

6

6 

-

-

2  4 

2  4 

Rzadkie aminokwasy maj

Rzadkie aminokwasy maj

ą

ą

 

du

du

ż

ż

e wagi

e wagi

Pospolite

Pospolite

 

aminokwasy maj

aminokwasy maj

ą

ą

 

ma

ma

ł

ł

e wagi

e wagi

A  R  N  D  C  Q  E  G  H  I  L  K  M  F  P  S  T  W  Y  V

A  R  N  D  C  Q  E  G  H  I  L  K  M  F  P  S  T  W  Y  V

A   

A   

2 

2 

R  

R  

-

-

2  6 

2  6 

N   0  0  2 

N   0  0  2 

D   0 

D   0 

-

-

1  2  4 

1  2  4 

C  

C  

-

-

2 

2 

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

5 12 

5 12 

Q   0  1  1  2 

Q   0  1  1  2 

-

-

5  4 

5  4 

E   0 

E   0 

-

-

1  1  3 

1  1  3 

-

-

5  2  4 

5  2  4 

G   1 

G   1 

-

-

3  0  1 

3  0  1 

-

-

3 

3 

-

-

1  0  5 

1  0  5 

H  

H  

-

-

1  2  2  1 

1  2  2  1 

-

-

3  3  1 

3  3  1 

-

-

2  6 

2  6 

I  

I  

-

-

1 

1 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

2  5 

2  5 

L  

L  

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

3 

3 

-

-

4 

4 

-

-

6 

6 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

4 

4 

-

-

2  2  6

2  2  6

K  

K  

-

-

1  3  1  0 

1  3  1  0 

-

-

5  1  0 

5  1  0 

-

-

2  0 

2  0 

-

-

2 

2 

-

-

3  5

3  5

M  

M  

-

-

1  0 

1  0 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

5 

5 

-

-

1 

1 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

2  2  4  0  6

2  2  4  0  6

F  

F  

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

6 

6 

-

-

4 

4 

-

-

5 

5 

-

-

5 

5 

-

-

5 

5 

-

-

2  1  2 

2  1  2 

-

-

5  0  9

5  0  9

P   1  0 

P   1  0 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

3  0 

3  0 

-

-

1 

1 

-

-

1  0 

1  0 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

1 

1 

-

-

2 

2 

-

-

5  6

5  6

S   1  0  1  0  0 

S   1  0  1  0  0 

-

-

1  0  1 

1  0  1 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

3  0 

3  0 

-

-

2 

2 

-

-

3  1  2

3  1  2

T   1 

T   1 

-

-

1  0  0 

1  0  0 

-

-

2 

2 

-

-

1  0  0 

1  0  0 

-

-

1  0 

1  0 

-

-

2  0 

2  0 

-

-

1 

1 

-

-

3  0  1  3 

3  0  1  3 

W  

W  

-

-

6  2 

6  2 

-

-

4 

4 

-

-

7 

7 

-

-

8 

8 

-

-

5 

5 

-

-

7 

7 

-

-

7 

7 

-

-

3 

3 

-

-

5 

5 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

4  0 

4  0 

-

-

6 

6 

-

-

2 

2 

-

-

5 17 

5 17 

Y  

Y  

-

-

3 

3 

-

-

4 

4 

-

-

2 

2 

-

-

4  0 

4  0 

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

5  0 

5  0 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

4 

4 

-

-

2  7 

2  7 

-

-

5 

5 

-

-

3 

3 

-

-

3  0 10 

3  0 10 

V   0 

V   0 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

1 

1 

-

-

2  4  2 

2  4  2 

-

-

2  2 

2  2 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

1  0 

1  0 

-

-

6

6 

-

-

2  4 

2  4 

Dodatnie warto

Dodatnie warto

ś

ś

ci dla cz

ci dla cz

ę

ę

stszych 

stszych 

podstawie

podstawie

ń

ń

A  R  N  D  C  Q  E  G  H  I  L  K  M  F  P  S  T  W  Y  V

A  R  N  D  C  Q  E  G  H  I  L  K  M  F  P  S  T  W  Y  V

A   

A   

2 

2 

R  

R  

-

-

2  6 

2  6 

N   0  0  2 

N   0  0  2 

D   0 

D   0 

-

-

1  2  4 

1  2  4 

C  

C  

-

-

2 

2 

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

5 12 

5 12 

Q   0  1  1  2 

Q   0  1  1  2 

-

-

5  4 

5  4 

E   0 

E   0 

-

-

1  1  3 

1  1  3 

-

-

5  2  4 

5  2  4 

G   1 

G   1 

-

-

3  0  1 

3  0  1 

-

-

3 

3 

-

-

1  0  5 

1  0  5 

H  

H  

-

-

1  2  2  1 

1  2  2  1 

-

-

3  3  1 

3  3  1 

-

-

2  6 

2  6 

I  

I  

-

-

1 

1 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

2  5 

2  5 

L  

L  

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

3 

3 

-

-

4 

4 

-

-

6 

6 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

4 

4 

-

-

2  2  6

2  2  6

K  

K  

-

-

1  3  1  0 

1  3  1  0 

-

-

5  1  0 

5  1  0 

-

-

2  0 

2  0 

-

-

2 

2 

-

-

3  5

3  5

M  

M  

-

-

1  0 

1  0 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

5 

5 

-

-

1 

1 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

2  2  4  0  6

2  2  4  0  6

F  

F  

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

6 

6 

-

-

4 

4 

-

-

5 

5 

-

-

5 

5 

-

-

5 

5 

-

-

2  1  2 

2  1  2 

-

-

5  0  9

5  0  9

P   1  0 

P   1  0 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

3  0 

3  0 

-

-

1 

1 

-

-

1  0 

1  0 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

1 

1 

-

-

2 

2 

-

-

5  6

5  6

S   1  0  1  0  0 

S   1  0  1  0  0 

-

-

1  0  1 

1  0  1 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

3  0 

3  0 

-

-

2 

2 

-

-

3  1  2

3  1  2

T   1 

T   1 

-

-

1  0  0 

1  0  0 

-

-

2 

2 

-

-

1  0  0 

1  0  0 

-

-

1  0 

1  0 

-

-

2  0 

2  0 

-

-

1 

1 

-

-

3  0  1  3 

3  0  1  3 

W  

W  

-

-

6  2 

6  2 

-

-

4 

4 

-

-

7 

7 

-

-

8 

8 

-

-

5 

5 

-

-

7 

7 

-

-

7 

7 

-

-

3 

3 

-

-

5 

5 

-

-

2 

2 

-

-

3 

3 

-

-

4  0 

4  0 

-

-

6 

6 

-

-

2 

2 

-

-

5 17 

5 17 

Y  

Y  

-

-

3 

3 

-

-

4 

4 

-

-

2 

2 

-

-

4  0 

4  0 

-

-

4 

4 

-

-

4 

4 

-

-

5  0 

5  0 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

4 

4 

-

-

2  7 

2  7 

-

-

5 

5 

-

-

3 

3 

-

-

3  0 10 

3  0 10 

V   0 

V   0 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

2 

2 

-

-

1 

1 

-

-

2  4  2 

2  4  2 

-

-

2  2 

2  2 

-

-

1 

1 

-

-

1 

1 

-

-

1  0 

1  0 

-

-

6

6 

-

-

2  4 

2  4 

Ujemne warto

Ujemne warto

ś

ś

ci dla rzadkich 

ci dla rzadkich 

podstawie

podstawie

ń

ń

Ewolucyjna macierz PAM

Ewolucyjna macierz PAM

Ekstrapolowanie cz

Ekstrapolowanie cz

ę

ę

sto

sto

ś

ś

ci 

ci 

podstawie

podstawie

ń

ń

 

zaobserwowanych na kr

zaobserwowanych na kr

ó

ó

tkich 

tkich 

dystansach na d

dystansach na d

ł

ł

u

u

ż

ż

sze 

sze 

dystansy

dystansy

 

ewolucyjne 

ewolucyjne 

–

–

 

mno

mno

ż

ż

enie macierzy przez siebie 

enie macierzy przez siebie 

–

–

 

uzyskanie serii tablic PAM:

uzyskanie serii tablic PAM:

PAM1 

PAM1 

-

-

> PAM60, PAM80, PAM120, 

> PAM60, PAM80, PAM120, 

PAM250

PAM250

Podobie

Podobie

ń

ń

stwo: 

stwo: 

99%

99%

 

60%

60%

 

50%

50%

 

40%

40%

 

20%

20%

Liczba podstawie

Liczba podstawie

ń

ń

na miejsce:

na miejsce:

 

0.01

0.01

 

0.6

0.6

 

0.8

0.8

 

1.2

1.2

 

2.5

2.5

Macierz PAM 

Macierz PAM 

–

–

 

wady z powodu za

wady z powodu za

ł

ł

o

o

ż

ż

e

e

ń

ń

:

:

Podstawienia

Podstawienia

 

aminokwas

aminokwas

ó

ó

w zachodz

w zachodz

ą

ą

 

niezale

niezale

ż

ż

nie od 

nie od 

siebie. W rzeczywisto

siebie. W rzeczywisto

ś

ś

ci zmiany w r

ci zmiany w r

ó

ó

ż

ż

nych regionach 

nych regionach 

sekwencji s

sekwencji s

ą

ą

 

ze sob

ze sob

ą

ą

 

skorelowane.

skorelowane.

Te same tempo podstawie

Te same tempo podstawie

ń

ń

 

w r

w r

ó

ó

ż

ż

nych regionach 

nych regionach 

sekwencji. W rzeczywisto

sekwencji. W rzeczywisto

ś

ś

ci r

ci r

ó

ó

ż

ż

ne regiony wykazuj

ne regiony wykazuj

ą

ą

 

r

r

ó

ó

ż

ż

ny 

ny 

stopie

stopie

ń

ń

 

konserwatywno

konserwatywno

ś

ś

ci i ewoluuj

ci i ewoluuj

ą

ą

 

z r

z r

ó

ó

ż

ż

n

n

ą

ą

 

pr

pr

ę

ę

dko

dko

ś

ś

ci

ci

ą

ą

. 

. 

W r

W r

ó

ó

ż

ż

nych regionach r

nych regionach r

ó

ó

ż

ż

ne 

ne 

podstawienia

podstawienia

 

zdarzaj

zdarzaj

ą

ą

 

si

si

ę

ę

 

z r

z r

ó

ó

ż

ż

n

n

ą

ą

 

cz

cz

ę

ę

sto

sto

ś

ś

ci

ci

ą

ą

.

.

Cz

Cz

ę

ę

sto

sto

ść

ść

 

poszczeg

poszczeg

ó

ó

lnych podstawie

lnych podstawie

ń

ń

 

nie zmieniaj

nie zmieniaj

ą

ą

 

si

si

ę

ę

 

w czasie. W rzeczywisto

w czasie. W rzeczywisto

ś

ś

ci cz

ci cz

ę

ę

sto

sto

ś

ś

ci podstawie

ci podstawie

ń

ń

 

mog

mog

ą

ą

 

si

si

ę

ę

 

zmienia

zmienia

ć

ć

 

w czasie.

w czasie.

Macierz BLOSUM

Macierz BLOSUM

Macierz BLOSUM 

Macierz BLOSUM 

–

–

 

BLOcks

BLOcks

 

Substitution

Substitution

 

Matrix

Matrix

 

(

(

Henikoff

Henikoff

 

i 

i 

Henikoff

Henikoff

 

1992)

1992)

Utworzona przez por

Utworzona przez por

ó

ó

wnanie oko

wnanie oko

ł

ł

o 2000 

o 2000 

zachowanych 

zachowanych 

blok

blok

ó

ó

w (region

w (region

ó

ó

w 

w 

sekwencji) w ponad 500 rodzinach bia

sekwencji) w ponad 500 rodzinach bia

ł

ł

ek o r

ek o r

ó

ó

ż

ż

nej odleg

nej odleg

ł

ł

o

o

ś

ś

ci ewolucyjnej. Bloki s

ci ewolucyjnej. Bloki s

ą

ą

 

regionami sekwencji odpowiedzialnymi za podobn

regionami sekwencji odpowiedzialnymi za podobn

ą

ą

 

funkcj

funkcj

ę

ę

 

biochemiczn

biochemiczn

ą

ą

 

lub 

lub 

struktur

struktur

ę

ę

.

.

Macierze dla r

Macierze dla r

ó

ó

ż

ż

nych odleg

nych odleg

ł

ł

o

o

ś

ś

ci ewolucyjnych zosta

ci ewolucyjnych zosta

ł

ł

y wyliczone z por

y wyliczone z por

ó

ó

wnania 

wnania 

sekwencji odpowiednio odleg

sekwencji odpowiednio odleg

ł

ł

ych:

ych:

BLOSUM30 

BLOSUM30 

–

–

 

bloki sekwencji o co najmniej 30% identyczno

bloki sekwencji o co najmniej 30% identyczno

ś

ś

ci reszt aminokwasowych

ci reszt aminokwasowych

BLOSUM62

BLOSUM62

 

–

–

 

bloki sekwencji o co najmniej 62% identyczno

bloki sekwencji o co najmniej 62% identyczno

ś

ś

ci reszt aminokwasowych

ci reszt aminokwasowych

BLOSUM80 

BLOSUM80 

–

–

 

bloki sekwencji o co najmniej 80% identyczno

bloki sekwencji o co najmniej 80% identyczno

ś

ś

ci reszt aminokwasowych

ci reszt aminokwasowych