Eiwitmatrices

Eiwitmatrices zijn numerieke tabellen die relaties tussen aminozuren uitdrukken en worden gebruikt in biologie en bioinformatica. Ze komen in twee hoofdvormen voor: substitutiematrices die scores geven aan het vervangen van een aminozuur door een ander tijdens een sequentiealignering, en matrices die eigenschappen van aminozuren kwantificeren op basis van fysisch‑chemische kenmerken.

Substitutiematrices worden meestal uitgedrukt als log-odds scores: positieve waarden geven aan dat een substitutie vaker voorkomt dan bij random kans, negatieve waarden juist minder vaak. Veelgebruikte voorbeelden zijn de BLOSUM- en PAM-series. BLOSUM-matrices worden afgeleid uit geconserveerde blokken van eiwitsequenties; BLOSUM62 is een standaardkeuze. PAM-matrices zijn gebaseerd op verwachte substituties per 100 residuen. Verder worden naast BLOSUM/PAM ook matrices zoals JTT, WAG en LG toegepast bij fylogenetische analyses van eiwitsequenties.

PSSM’s (position-specific scoring matrices) geven per positie in een alignering scores voor elk aminozuur en worden veel ingezet bij homologiensuche en motivatie van motifs, bijvoorbeeld in PSI-BLAST. Ze worden ook gebruikt in structure‑functievoorspellingen en in profilering van eiwitten.

Daarnaast bestaan er matrices die eigenschappen zoals hydrophobiciteit, volume of elektronische structuur representeren, of statische contactpotentiaalmatrices die inschattingen geven over eiwitvouwingsstabiliteit en residue-residue interacties. Een belangrijke beperking is dat de samenstelling en aannames van de gebruikte dataset de matrix sterk kan beïnvloeden en daardoor bias kan introduceren voor bepaalde eiwitfamilies of organismen.

Samengevat vormen eiwitmatrices een fundamenteel hulpmiddel voor het interpreteren van eiwitsequenties en het voorspellen van evolutie, structuur en functie.