Наиболее распостраненная форма вторичной структуры ДНК является двойная спираль. В зависимости от условий параметры спирали могут изменяться. Наиболее из часто встречаемых форм являются A-, B- и Z-формы.
При помощи программы Putty я установила пакет 3DNA, позволяющий моделировать и анализировать структуры нуклеиновых кислот. Введя команду
и выбирая опции, для того чтобы одна из цепей содержала повторенную 5 раз последоватьность "gatc",я построила A-форму спирали ДНК. Полученный файл можно скачать здесь. Аналогично используя команды
fiber -z gatc-z.pdb
и выбирая нужные параметры (для Z- формы количество повторов равно 10), я смоделировала B- и Z-формы ДНК. Полученный файл для B-формы можно скачать здесь, для Z-формы здесь.
Следующее задание было с уже знакомой мне программой Jmol. Для А-формы цепочки ДНК на Рис.1 представлен сахарофосфатный остов ДНК, на Рис.2 в различные цвета покрашены азотистые основания. Так же программа помогает выделять отдельные нуклеотиды, так например на Рис.3 изображены все аденин-нуклеотиды. Более того, мы можем рассмотреть расположение отдельных атомов. Например азота с порядковым номером 7 в гуанине (Рис.4).
Рис.1. А-форма ДНК. Зеленым изображен сахарофосфатный остов ДНК. Красным азотистые основания.
Рис.2. А-форма ДНК. Зеленым изображен сахарофосфатный остов ДНК. Различными цветами изображены азотистые основания: красным - G, желтым - A, синим - C, фиолетовым - T.
Рис.3. A-форма ДНК. Желтым изображен аденин.
Рис.4. А-форма ДНК. Красным изображен гуанин. Желтыми шариками N7.
Далее я проверяла заданные структуры ДНК и РНК на разрывы. PDB-файлы структур можно скачать здесь: 1R4O.pdb и 1FFY.pdb.
Внимательно рассмотрев структуру (Рис.5 и Рис.6), я ни нашла ни одного разрыва.
Рис.5. ДНК. Выполнено в ленточной и шариковой модели. Цвет cpk (в соответствии с химической природой).
Рис.6. РНК. Выполнено в ленточной и шариковой модели. Цвет cpk (в соответствии с химической природой).
Сравнение трехструктур ДНК с помощью Jmol. Каждая молекула имеет большую (более глубокую и широкую) и малую (более узкую и не столь глубокую) бороздки (Рис.7). Во всех трех типах цепей A-, B-, Z-форме я рассмотрела нуклеотид цитозин с номером 32 и определила куда направены атомы соответствующено азотистого основания. Результаты и комментарии к ним на Рис.8.
Рис.7. B-форма ДНК. Красным изображен цитозин.
Рис.8. Цитозин. Красным атомы, направленные в большую бороздку, синим - в малую. Рисунок получен с помощью программы ChemSketch.
Сравнительный анализ структур для данных трех форм ДНК представлен в Таблице 1.
Таблица 1. Сравнение структур различных форм спирали ДНК.
| A-форма | B-форма | Z-форма | |
| Тип спирали (правая или левая) | правая | правая | левая |
| Шаг спирали(Å) | 28,03 | 33,75 | 43,5 |
| Число оснований на виток | 11 | 10 | 12 |
| Ширина большой бороздки(Å) | 16,81 (13-30) | 17,21 (5-33) | 29,25 (6-29) |
| Ширина малой бороздки(Å) | 7,98 (5-30) | 13,1 (11-33) | 14,37 (18-29) |
Далее я сравнила торсионные углы для нуклеотида из предыдущего задания (цитозин с порядковым номером 32). Углы я искала в A-, B-форме спирали и сравнивала значения с приведенными в презентации. Результаты представлены в Таблице 2.
Таблица 2. Торсионные углы для цитозина в A- и B-форме спирали.
| Торсионный угол | α | β | γ | δ | ε | ζ | χ |
| В A-форме | 64,1 (62) | 174,8 (173) | 41,7 (52) | 79,1 (88/3) | -147,8 (178) | -75,1 (-50) | -157,2 (-160) |
| В B-форме | -29,9 (63) | 136,3 (171) | 31,1 (54) | 143,3 (123/131) | -140,8 (155) | -165,5 (-90) | 145,6 (-117) |
Для анализа структур нуклеиновых кислот я использовала программы find_pair и analyze, которые принадлежат пакету 3DNA. Используя информацию из полученных этими программи файла (формат .out) и Excel, я сделала таблицу значений торсионных углов для всех нуклеотидов. Посчитала среднее значение углов для каждого типа нуклеотидов (краевые нуклеотиды не рассматривала). Далее я рассчитала среднеквадратичное отклонение каждого нуклеотида и на основе этого определила номер самого "деформированного" (в таблице выделен красным цветом). Файлы с таблицей можно скачать здесь: тРНК и ДНК.
Все из того же файла формата .out я нашла информацию о структуре водородных связей в тРНК. На Рис.9 в разноцветные рамки обведены стебли РНК. Так же на рисунке мы можем увидеть всевозможные неканонические пары нуклеотидов - они помецены звездочкой (*), т.е. это пары под номерами 5, 8, 13-16, 22, 27-29. Всего 10 неканонический пар.
Рис.9. Стебли во вторичной структуре РНК.
В Jmol я изобразила тРНК (Рис.10). Различными цветами окрашены стебли (цвета соответствуют цветам рамок на предыдущем рисунке). Малиновым цветом изображена та часть молекула, которая не принимает участия в образовании стеблей.
Рис.10. Изображение тРНК. Разными цветами раскрашены стебли. Малиновым цветом - нуклеотиды, необразующие стебли.
Все из того же файла формата .out я получила информацию о перекрывании пар. Данные представлены на Рис.11. Область с наименьшим перекрыванием (=0) я отметила голубой рамкой, область с наибольшим перекрыванием оранжевой.
Рис.11. Данные о перекрывании пар нуклеотидов.
Для 3 пары (с наибольшим перекрыванием) и для 14 пары (с наименьшим) я получила изображение стекинг-взаимодействия (Рис.12 и Рис.13). Действительно на первой картинке пары не перекрываются и находятся на далеком расстоянии друг от друга, а на второй заслоняют друг друга.
Рис.12. Стекинг-взаимодействие с наименьшим перекрытием.
Рис.13. Стекинг-взаимодействие с наибольшим перекрытием.
Вернуться к 3 семестру