A-, В- и Z- формы ДНК. Структура РНК

Сравнение структур 3-х форм ДНК с помощью средств JMol

С помощью программы fiber из пакета 3DNA были построены три формы дуплекса ДНК: А, В и Z. Последовательность одной нити А-ДНК и В-ДНК С помощью программы fiber пакета 3DNA были построены A-, B- и Z-формы дуплекса ДНК, последовательность одной из нитей которого представляет собой несколько раз повторенную последовательность "gatc". Полученные структуры были проанализированы с помощью средств JMol. На следующем рисунке представлено изображение трех форм ДНК, полученных в JMol.

Большие и малые бороздки. Файлы со структурами разных форм ДНК были открыты в JMol. Затем в каждой из структур был выбран цитозин. Сравнительная характеристика атомов выбранных оснований и основные спиральные параметры разных форм ДНК приведены в табл.1 и табл.2 соответственно. По полученным в первом задании файлам с формами ДНК в программе Jmol изучались особенности расположения остатков цитозина относительной большой и малой бороздок. В программе MarvinScetch был нарисован цитозин из В-формы ДНК, в котором атомы смотрящие в сторону большой бородки покрашены красным, в сторону малой - синим, а остальные - черным. Для анализа был выбран остаток цитозина №24 и В цепи ДНК. Ниже в таблице представлены номера атомов того же самого цитозина №28, смотрящие в стороны большой и малой бороздок, во всех трех формах ДНК.

Таблица 1. Сравнение цитозина 3-х форм ДНК

Направление атомов А-ДНК B-ДНК Z-ДНК
В сторону большой бороздки O2, C2, N3, N1 C5, C6 C5, C6, C4, N4
В сторону малой бороздки C5, C6 O2, C2, N3 O2, C2, N1
Остальные C4, N4 N1, C4, N4 N3

С помощью измерений в Jmol были выяснены представленные в таблице №2 параметры различных форм ДНК:

А-ДНК B-ДНК Z-ДНК
Тип спирали правая правая левая
Шаг спирали (Å) 28,03Å 33,75Å 43,5Å
Число оснований на виток 11 10 12
Ширина большой бороздки(Å) 16,81 17,21 16,08
Ширина малой бороздки(Å) 7,98 11,69 9,87

С помощью программы Jmol (Measurements>Click for torsion (dihedral) measurement) были получены значения для торсионных углов цитозина из А- и В-форм ДНК. После полученные значения были соотнесены с теоретическими значениями данных углов. Как можно заметить, они в основном совпадают. Торсионный угол - угол между двумя связями, расположенными в разных плоскостях (т.е. это двугранный угол)

Измерения для А- и В-форм:

Торсионные углы А-формы:

Торсионные углы B-формы:

α β γ δ ε ζ χ
A-форма (Jmol)-51,78 174,8 41,7 79,1 -147,8 -75,1 -157,2
A-форма (теоретичесое значение)621735288/3178-50-160
B-форма (Jmol)-29,9136,431,1143,4-140,8-160,5-98
B-форма (теоретичесое значение)6317154123/131155-90-117

Определение параметров структур нуклеиновых кислот с помощью программ пакета 3DNA

С помощью программ find_pair и analyze из пакета 3DNA (find_pair -t XXXX.pdb stdout | analyze ) были определены торсионные углы всех нуклеотидов из тРНК (2dxi). Для анализа структур нуклеиновых кислот были использованы программы find_pair и analyze. Программа find_pair определяет спаренные основания и положения спиралей в структуре. Полученные данные необходимы для работы analyze. В результате были получены файлы для каждой структуры, в которых можно найти описание водородных связей, значения всех торсионных углов, ширину малой и большой бороздки и т.д.

Полученные результаты приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2. Среднее значение (tRNA)

α β γ δ ε ζ χ

C

-48,8

51,5

66,0

87,8

-146,6

-52,4

-160,3

U

-59,4

173,5

45,7

83,7

-151,3

-78,9

-155,8

A

30,5

35,4

-55,4

90,9

-32,3

6,0

-148,4

G

-46,0

136,8

38,3

83,1

-129,8

-58,5

-162,0

Таблица 3. Среднее значение (DNA)

α β γ δ ε ζ χ

C

-5,1

-54,7

-41,9

143,1

-53,8

-115,0

-114,0

T

-0,9

33,1

-9,0

146,5

-60,9

-91,7

-104,3

A

-51,9

145,3

41,3

148,5

-128,3

-91,7

-100,4

G

-37,0

81,6

15,0

156,2

-119,8

1,4

-94,9

Согласно полученным данным торсионные углы для цитозина тРНК больше всего похожи на торсионные углы в А-ДНК (за исключением угла β, который сильно отличается). При этом нужно отметить, что для ДНК значения торсионных углов практически не менялись вне зависимости от выбранного нуклеотида, в то время как для тРНК значения для разных типов нуклеотидов (А, U, С, G) разнились.

Самыми "деформированными" нуклеотидами (с наиболее отклоняющимися значениями нескольких углов) можно назвать: A13, G14, C27, C29, A41, G42, C55 для тРНК C3, T8, C10, C11, A18, C26, G28 для ДНК

С помощью программы find_pair для тРНК (find_pair -t 2dxi.pdb stdout > tRNA_pairs) были найдены нуклеотиды, образующие водородные связи. В таблице приведены разные полученные таким образом данные:


Стебли тРНК

Неканонические пары

Неканонические пары

Нуклеотиды, образующие
водородные связи

C:501[G]---[C]572:C
C:502[G]---[U]571:C
C:503[C]---[G]570:C
C:504[C]---[G]569:C
C:505[C]---[G]568:C
C:506[C]---[G]567:C
C:507[A]---[U]566:C
________________

C:549[G]---[C]565:C
C:550[G]---[C]564:C
C:551[G]---[C]563:C
C:552[G]---[C]562:C
C:553[G]---[C]561:C
________________

C:538[A]---[C]532:C
C:539[G]---[C]531:C
C:540[G]---[C]530:C
C:541[C]---[G]529:C
C:542[C]---[G]528:C
C:543[G]---[C]527:C
C:544[A]---[G]526:C
________________

C:510[G]---[C]525:C
C:511[U]---[A]524:C
C:512[C]---[G]523:C
C:513[U]---[G]522:C

C:502[G]---[U]571:C
C:538[A]---[C]532:C
C:544[A]---[G]526:C
C:513[U]---[G]522:C
C:555[U]---[G]518:C

C:514[A]---[U]508:C
C:515[G]---[C]548:C
C:519[G]---[C]556:C
C:554[U]---[A]558:C
C:555[U]---[G]518:C

Можно заметить, что часть дополнительных водородных связей как раз образована неканоническими парами.

Нахождение возможных стекинг-взаимодействий

После запуска программы analyze в полученном файле записаны преобразованные координаты всех динуклеотидных пар, которые можно использовать для получения общепринятого изображения стекинг-взаимодействий.

Было обнаружено, что самое большое значение площади перекрывани 13.74( 8.48) у двух последовательно идущих пар GC/GU Section #0002, тогда как самое маленькое значение площади перекрывания 0.00( 0.00) у Section #0021 (была приведена в качестве примера) и еще нескольких. Для пар с наибольшими и наименьшими значениями были получены стандартные изображения стекинг-взаимодействий.

Для этого для них сначала были найдены номера структур (Section#000n - это структура №n), описывающих координаты искомых нуклеотидных остатков. Затем эти структуры были вырезаны каждая в отдельный файл с помощью команды "ex_str -n stacking.pdb stepn.pdb". Потом для каждой из них было создано изображение с помощью команды "stack2img -cdolt stepn.pdb stepn.ps". Получившиеся ps-файлы были открыты и переконвертированы.

Пара с наибольшим перекрыванием

Пара с наименьшим перекрыванием

К семестрам

© Енькова Анна, 2017