Пространственные структуры нуклеиновых кислот
Структура РНК
GO TO:
Общие данные.
Выданная мне структура 1h4q (PDB code) включает в себя белок класса E.C.6.1.1.15 - пролил-тРНК синтазу (Prolyl-tRNA synthetase) - (chains A and B)и пролиновую тРНК(cgg) (Trnapro(cgg)) (chain T). Обе макромолекулы относятся к Thermus Thermophilus штамма HB8. В структуре так же присутсвуют молекула ATP и молекула пролинола.
Данные о структуре моей tRNA
Ниже приведены изображение структуры и последовательность моей пролиновой тРНК с указанием спиралей и номеров остатков, а так же участков между ними: 
4  7               22 25           38    44            58      66 69
|  |               |  |            |     |             |       |  |
GGAGUAGCGCAGCCCGGUAGCGCACCUCGUUCGGGACGAGGGGGGCGCUGGUUCAGAUCCAGUCUCC
      |  |             |     |                |    |      |   |
      10 13            26    32               49   54     61  65
Основываясь на результатах работы программы FIND_PAIR, в моей тРНК можно выделить четыре спирали(=стебля), три петли, одно выпетливание, и одну мультипетлю. Программа так же выдала несколько одиночных связей: 8-14, 48-15, 55-18, 56-19 - которые "завязывают" значительную часть тРНК в псевдоузел, который я не стал отображать.

Для сравнения: если искать возможные двуспиральные участки в подобной структуре, анализируя её нуклеотидную последовательность, опираясь только на Уотсон-Криковскую теорию спаривания комплементарных оснований - то есть, просто ища взаимно комплементарные (или почти комплементарные) инвертированные кусочки в этой структуре, то получается следующий результат: 
: Score 19: 9/11 ( 81%) matches, 0 gaps
      22 gcgcacctcgt 32      
         || | ||||||
      48 cggggggagca 38      

: Score 17: 7/8 ( 87%) matches, 0 gaps
      21 agcgcacc 28      
         ||||| ||
      51 tcgcgggg 44     

: Score 14: 6/7 ( 85%) matches, 0 gaps
      50 ctggttc 56      
         |||| ||
      64 gacctag 58
Поиск осуществлялся программой EINVERTED при пороге 0 (при пороге 10 исчезала третья находка, при большем пороге оставалась только первая находка, при пороге большем 20 находки исчезают). Как видно, программа дала несколько противоречивый результат - она смогла предсказать оранжевый стебель(третья находка), однако, она включила в спираль и петлю и выпетливаение, и не включила по одному нуклеотиду с концов - из- за их некомплементарности. Вторая находка смысла вообще не имеет. Первая же находка включает в себя зелёный стебель, однако в него входит одна из цепей синего стержня, которая по случайности оказалась почти комплементарна 45-48 нуклеотидам. Сам же синий стебель, а так же красный стебель - в предсказание не попали. Полученный результат имеет, похоже, простое объяснение: программа при своей работе, по сути, проводит своеобразное выравнивание с определенными значениями gap penalty, match и mismatch, основываясь на которых она подсчитывает суммарный вес выравнивания. И если оно видит хорошее выравнивание - оно его заносит в список, если она может удлинить это выравнивание, не понижая score, то она это естественно сделает (- так произошло в случае первой и третей находки). А вот неполученный результат - непредсказанные красный и синий стебли, объяснить сложно. Обе спирали "чисты" с точки зрения внутренней комплементарности, их вес был бы 12 в обоих случаях, так что единственное разумное объяснение - наличие у алгоритма порога минимальной длинны выравнивания - своеобразного якоря, после которой он решает, что возможно это интересующее нас выравнивание, и начинает его обрабатывать.
FIND_PAIR же работает исключительно с PDB-структурами и предсказывает спирали, основываясь на расстояниях между основаниями, не обращая внимания на их (не)комплементарность, что судя по картинке даёт более жизненный результат. (NOTE: из 26 пар, выделенных FIND_PAIR в спирали, только 7 были неканоническими).

Так же стоит отметить два модифицированных основания в моей тРНК: 54-ое - обозначенное как 5MU - видимо "М"утировавший в "5"-ом положении "У"ридин - по существу же просто Тимин; и 55-ое - псевдоуридин.

Здесь лежит скрипт, по которому строились продемонстрированные выше картинки, за исключением вращения и загрузки файла.

В моей тРНК мной были так же найденны внеспиральное стекинг-взаимодействие между основаниями, и внутриспиральные не Уотсон-Криковские взаимодейтвия, как изображено ниже

Стекинговое взаимодействие

Не Уотсон-Криковские взаимодействия.
Сравнение структур тРНК и спирализованной ДНК
Сравнивать каждую их 4-ех спиралей с той или иной формой ДНК мне показалось несостоятельным, ибо, с одной стороны, "по виду" они все напоминают А-форму: - они "толстые", большая бороздка уже маленькой, и т.д., а с другой стороны, каждый стебель слишком мал, что бы делать обоснованные выводы. А поэтому для более определенного доказательства я объединил красную и оранжевую спирали в "первую спираль", а синюю и зелёную спирали - во "вторую спираль". Это логично - из общего вида моей тРНК, и согласуется с данными, выдаваемыми программами FIND_PAIR и ANALYZE, которые выделяют как раз именно эти спирали - как две основные (эти программы, как уже было сказано выше, работают в основном с расстояниями в трёхмерной структуре, а потому понимают под спиралями нечто иное, нежели просто "стебли"). Для сравнения так определённых спиралей мною была измерена ширина бороздок, а так же померены торсионные углы остатков 1-ой и 2-ой спиралей с помошью программы ANALYZE:
1) Для превой спирали:
Минимальная ширина большой бороздки - померена от нуклеотида C61 - составила 12.42 ангстрема, максимальная - от того же нуклеотида - 14.605 ангстрема.
Средняя ширина малой бороздки составила 15.201 ангстрема. - Видно что малая бороздка шире, что свойственно A-форме.
2) Для второй спирали:
Ширина второй бороздки составила 8.68 ангстрема
Ширина малой бороздки составила 16.85 ангсрема. - Соотношение ширин бороздок так же больше свойственное A-форме.
3) Диаграмма торсионных углов:

Данная диаграмма демонстрирует, что на самом деле ни одна из спиралей не представляет из себя чистой A- или Б- формы. Однако для воторой спирали хорошо видно, что по углам α, γ, δ, ζ, χ, - основным определяющим углам этих форм (как уж отмечалось в предыдущем практикуме, угол β в "живых" структурах, похоже, очень варьируется, а угол ε в обоих формах очень близок) - она заметно ближе к A-форме. Тоже можно сказать и про первую спираль, но только в случае углов α, δ и ζ - что затрудняет её определение как той или иной формы НК.

Опеределение конкретной формы для всей тРНК невозможно, ибо она имеет нерегулярную, изломанную структуру, и включает, как было показано выше, несколько стеблей, в той или иной похожих друг на друга, формирующих и более сложные спирали. Подобная нерегулярность структуры так же может объясняться и тем, что мы имеем дело со структурой не чистой тРНК, а находящейся во взаимодействии с белком - пролин-тРНК синтазой, основной функцией которой, судя по описанию, является присоединения к тРНК аминокислоты. В ходе это реакции тРНК возможно деформируется под воздействием связывающих доменов белка.
Предсказание вторичной структуры тРНК с помошью программы MFOLD
С помощью программы MFOLD мной было полученно несколько структур. Предсказание проводилось c параметрами P=15, P=20, P=30. Наилучшей, но далеко не идеальной оказалась вторая структура при P=15:


Достоинством это структуры является почти совпадающие с найденными мною красным и оранжевым стеблями нижний и правый стебли этой конструкции, наличие мультипетли в центре структуры и более или менее похожие на обозначенные ранее синие и зелёные стебли - соотвественно верхний и левый стебли предсказанной mfold-ом структуры. Получить лучшего предсказание не удалось.
© designed by Alex Makarov