Комплексы ДНК-белок

В этом задании проводилось сравнение вторичной структуры тРНК, полученное с помощью разных программ: программы einverted из пакета EMBOSS, программ find_pair и analyze из пакета 3DNA и программы RNAfold из пакета Viena Rna Package

Задание 1

Упражнение 1

В этом упражнении использовалась программа einverted использовалась для построения структуры вторичной РНК. Информация о том, какие нуклеотиды соответствуют каким стеблям, была получена сопоставлением имеющийся структуры тРНК (PDB ID: 2DLC, см рисунок 2) и общей структуры тРНК.

Комманда einverted выдавала нулевой результат при работе с параметрами, установленными по умолчанию. Поэтому я понижала пороговое значение счета (mininmum score treshold), а также штраф за гэпы и очки за совпадение.Однако понижение штрафа за гэпы и очков за совпадения хоть и позволило программе найти целых три "двухцепочечных" участка, однако два из них не имели никакого отношения к реальной структуре. А тот, что соответствовал структуре, находился и без понижения тех параметров. Поэтому имеет значение только понижение порогового значения. Оно было равно 1.

Рисунок 1. Рисунок 2.
Оранжевым обозначен акцепторный стебель, розовым - D-cтебель, зеленым - T-стебель, желтым - антикодоновый.

Упражнение 2

Здесь для предсказания вторичной структуры использовалась программа RNAfold.

Программа RNAfold из пакета Viena Rna Package, которая реализует алгоритм Зукера, выдала реальные пары только для акцепторного стебля. Все остальные предсказанные ей пары находятся между стеблями. Эта программа меняет выходную структуру в зависимости от заданной температуры. С помощью цикла я получила все структуры, получающиеся при 1 - 100 С. Больше всего реальности соответствовала структура, полученная при 79 - 82 С.
С помощью утилиты ps2pdf выходной файл программы RNAfold был визуализирован - см рисунок 3.

Пары, предсказанные по алгоритму Зукера:
акцепторный стебель:
U[2 71]A
C[3 70]G
U[4 69]G
C[5 68]G
G[6 67]C
G[7 66]C
D-стебель:
G[10 25]C
C[11 24]G
C[12 23]G
T-стебель:
G[49 65]C
G[50 64]C
G[51 63]C
C[52 62]G
Рисунок 3. Структура РНК, предсказанная алгоритмом Зукера

Некоторые данные, полученыый с использованием всех этих программ, были систематизированы и записаны в таблицу 1.

Участок структурыПозиции в структуре
(по результатам find_pair)		Результаты предсказания с помощью einvertedРезультаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель5'-501-507-3'
5'-566-572-3'
7 пар		предсказано 0 пар из 7 реальныхпредсказано 6 пар из 7 реальных
D-стебель5'-510-515-3'
5'-522-525-3'
4 пары		предсказано 0 пар из 4 реальныхпредсказано 3 пары из 4 реальных
T-стебель5'-549-554-3'
5'-558,561-565-3'
6 пар		предсказано 5 пар из 6 реальныхпредсказано 4 пары из 6 реальных
Антикодоновый стебель5'-542-543-3'
5'-527-528-3'
2 пары		предсказано 0 пар из 2 реальныхпредсказано 0 пар из 2 реальных
Общее число канонических пар нуклеотидов
(включая межстеблевые)		16512

Таблица 1. Предсказания структуры РНК

Задание 2

Упражнение 1

    В этом упражнении надо было задать следующие множества:
  • Множество атомов кислорода 2'-дезоксирибозы (set1) - я выделяла кислороды в ДНК с соответствующими обозначениями (O4',O3' и O5' обоих цепей).
  • Множество атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты (set2) - здесь я тоже действовала согласно обозначениями (т. е. выделяла кислороды OP1 и OP2).
  • Множество атомов азота в азотистых основаниях (set3).
Далее был создан скрипт (скрипт 1). Чтобы просмотреть его - нажмите кнопку Упр. 1.

Упражнение 2

Здесь надо было описать ДНК-белковые контакты в заданной структуре и сравнить количество контактов разной природы. Полярным контактом считалась пара полярных атомов (азота или кислороды) ДНк-белок, в которой расстояние между атомами меньше 3.5А. Неполярным контактом - пара неполярных атомов (углерод, фосфор, сера) на расстоянии меньше 4.5A. Для выявления контактов также был написан скрипт (скрипт 2).
  • При выявлении полярных контактов были использованы следующие цветовые выделения атомов: белок - красный; ДНК -зеленый.
  • При выявлении неполярных контактов: белок - желтый; ДНК - фиолетовый.
Полученные данные были занесены в таблицу 2.
Скрипт 1
Скрипт 2
Контакты атомов белка с:ПолярныеНеполярныеВсего
остатками 2'-дезоксирибозы
    4 контакта:
  • 4 атома белка
  • 4 атома ДНК
    18 контактов:
  • 12 атомаов белка
  • 18 атомов ДНК
22
остатками фосфорной кислоты
    7 контактов:
  • 7 атомов белка
  • 6 атомов ДНК
    8 контактов:
  • 8 атомов белка
  • 4 атома ДНК
15
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки
    2 контакта:
  • 2 атома белка
  • 2 атома ДНК
    8 контактов:
  • 8 атомов белка
  • 6 атомов ДНК
10
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки
    2 контакта:
  • 1 атом белка
  • 2 атома ДНК
    1 контакт:
  • 1 атом белка
  • 1 атом ДНК
3

Таблица 2. Контакты ДНК-белок


Рисунок 4. Схема контактов ДНК-белок

Упражнение 3

В этом упражнении надо было с помощью программы nucplot получить схему контактов ДНК-белок. Результат представлен на рисунке 4. Файл (полученный с помощью утилиты ps2pdf): nucplot.pdf

Упражнение 4

Полученная схема дает возможность определить аминокислотный остаток с наибольшим числом контактов с ДНК - в моем случае это Arg3(C). Он соединен с ДНК в двух местах двумя водородными связями: с фосфатом цитозина 34 и дезоксирибозой аденина 33 (см рисунок 5).

Рисунок 5. Arg3

Далее ставился вопрос о наиболее важном для распознавания последовательности ДНК аминокислотном остатке. Им, как мне кажется, может быть и все тот же аргенин 3 (потому что возмодность образования двух связей зависит от последовательности ДНК) , однако им может быть и аргенин 5, поскольку он связан водородной связью непосредственно с азотистым основанием - тимином 11 (см рисунок 6).

Рисунок 6. Arg5


НАЗАД ➜
© <Рюмина Екатерина>, 2016