NAcids

A- и В- формы ДНК. Структура РНК

Пакет 3DNA

С помощью программы fiber были построены структуры A- и B-ДНК для повтора ACGT, и Z-ДНК (для GC)

	export PATH=${PATH}:/home/preps/golovin/progs/X3DNA/bin
	export X3DNA=/home/preps/golovin/progs/X3DNA
	fiber -a acgt-a.pdb
	fiber -b acgt-b.pdb
	fiber -z z.pdb

Работа с трёхмерной структурой ДНК в Jmol

Рис.1 А-форма ДНК - поли-ACGT, wireframe-cpk (шаростержневая модель).

Сахарофосфатный остов показан более толстым wireframe

Все нуклеотиды - всё, представленное на рисунке

Аденины покрашены чёрным (только основания)

Атом N7 во всех гуанинах показан более крупным шариком, в первом по последовательности - крупным зелёным шариком.
Для просмотра изображения в лучшем разрешении нажмите на картинку

Свойства A,B и Z-форм ДНК

Рис.2 A-форма ДНК (вид сверху) В центре есть полость.	Рис.4 B-форма ДНК вид сверху В центре спирали нет полости.	Рис.6 Z-форма ДНК вид сверху В центре есть небольшая полость.
Рис.3 A-форма ДНК вид сбоку Правозакрученная спираль	Рис.5 B-форма ДНК вид сбоку Правозакрученная спираль. Плоскости оснований параллельны.	Рис.7 Z-форма ДНК вид сбоку Левозакрученная спираль.

	A-форма	B-форма	Z-форма
Тип спирали (правая или левая)	Правая	Правая	Левая
Шаг спирали (A)	28.03	33.75	43.5
Число оснований на виток	11	10 (11)	12
Ширина большой бороздки (нм)	1.681	1.729	1.517
Ширина малой бороздки (нм)	0.798	1.169	0.987

Измерения

Рис. 8 Измерения длины шага спирали и ширины бороздок: модель дуплекса A-ДНК

Рис. 9 Измерения длины шага спирали и ширины бороздок: модель дуплекса B-ДНК

Рис. 10 Измерения длины шага спирали и ширины бороздок: модель дуплекса Z-ДНК

Бороздки

Узнаем, какие атомы цитозина обращены в малую, а какие в большую бороздку (Рис. 12). Для этого отметим их в структуре (те, что экспонированы в большую бороздку - красным, в малую - синим) - рис.11.

Рис. 11 Структура В-формы дуплекса ДНК. Цитозин отмечен зелёным, атомы, смотрящие в большую бороздку отмечены красным, в малую - синим

Рис. 12 Цитозин 6 - структурная формула, расположение атомов относительно бороздок В-формы дуплекса ДНК

Наиболее ярко отличие между тремя структурами можно увидеть, сравнив, куда же обращены в A- и Z-формах те атомы основания, что смотрят в большую и малую бороздки у B-формы: в обоих случаях один из типов "желобковых" атомов образует центральную полость.

А-форма

B-форма

Z-форма

Рис. 13 Атомы цитозина, отмеченные на рис. 12 в разных формах ДНК

Торсионные углы в A и B-формах ДНК

Средствами Jmol были измерены торсионные углы в моделях А- и В-ДНК (рис.14, рис.15), результаты приведены ниже в таблице:

Угол	α	β	γ	δ	ε	ζ	χ
A-форма (презентация)	62	173	52	88 или 3	178	-50	-160
A-форма (Jmol)	51.7	174.8	41.7	79.1	-147.8	-75.1	-157.2
B-форма (презентация)	63	171	54	123 или 131	155	-90	-117
B-форма (Jmol)	-29.9	136.3	31.2	143.3	-140.8	-160.5	-98.0

Рис. 14 Торсионные углы в A-ДНК. Раскраска cpk, углерод - зелёным.

Рис. 15 Торсионные углы в B-ДНК. Раскраска cpk, углерод - зелёным.

Разрывы

Нуклеиновые кислоты в выданных структурах ДНК-белкового комплекса (1DSZ) и тРНК (1O0C) не имеют разрывов (Рис 16, 17):

Рис. 16 Стержневая модель структуры 1DSZ (только сахарофосфатный остов)

Рис. 17 Стержневая модель структуры 1O0C (только сахарофосфатный остов)

Торсионные углы в реальных структурах

Определим торсионные углы (рис.18) в заданном фрагменте ДНК:

	remediator --old 1DSZ.pdb > 1DSZ_old.pdb 
	find_pair -s 1DSZ_old.pdb stdout | analyze

Смотрим 1DSZ_old.out

Рис. 18 Торсионные углы во фрагменте ДНК из структуры 1DSZ.
Для крайних нуклеотидов (показаны зелёным) невозможно определить некоторые углы.
Для рассчёта средних крайние нуклеотиды не использовались.

Самые деформированные нуклеотиды - 2 и 14 (соседствуют с крайними) и 9. Торсионные углы в РНК оказались схожи с таковыми в А-форме.

Вторичная структура тРНК

find_pair -t 1O0C_old.pdb stdout | analyze

Смотрим 1O0C_old.out.
Таким образом, были определены номера нуклеотидов, образующих стебли во вторичной структуре заданной тРНК:
Стебли:

	Акцепторный стебель (902-907) и (966-971):
   1   (0.006) B:.902_:[..G]G-----C[..C]:.971_:B (0.006)
   2   (0.007) B:.903_:[..G]G-----C[..C]:.970_:B (0.007)  
   3   (0.013) B:.904_:[..G]G-----C[..C]:.969_:B (0.005)  
   4   (0.006) B:.905_:[..G]G-----C[..C]:.968_:B (0.002)  
   5   (0.009) B:.906_:[..U]U-----A[..A]:.967_:B (0.007)  
   6   (0.013) B:.907_:[..A]Ax----U[..U]:.966_:B (0.005)  
 
	Т-стебель (949-953) и (961-965):
	(0.003) B:.949_:[..C]C-----G[..G]:.965_:B (0.006)     
   8   (0.006) B:.950_:[..G]G-----C[..C]:.964_:B (0.003)  
   9   (0.004) B:.951_:[..A]A-----U[..U]:.963_:B (0.003)  
  10   (0.009) B:.952_:[..G]G-----C[..C]:.962_:B (0.005)     
  11   (0.008) B:.953_:[..G]G----xC[..C]:.961_:B (0.009)     
	D-стебель(910-912) и (923-925):
  22   (0.010) B:.910_:[..G]G-----C[..C]:.925_:B (0.006)   
  23   (0.007) B:.911_:[..C]C-----G[..G]:.924_:B (0.008)     
  24   (0.003) B:.912_:[..C]C----xG[..G]:.923_:B (0.005)     
    
  
	Антикодоновый стебель (937-944) и (926-933):
  14   (0.005) B:.937_:[..A]A-*---U[..U]:.933_:B (0.004)   
  15   (0.013) B:.938_:[..U]U-*---U[..U]:.932_:B (0.003)     
  16   (0.010) B:.939_:[..U]U-----A[..A]:.931_:B (0.002)     
  17   (0.002) B:.940_:[..C]C-----G[..G]:.930_:B (0.010)     
  18   (0.005) B:.941_:[..C]C-----G[..G]:.929_:B (0.008)     
  19   (0.009) B:.942_:[..G]G-----C[..C]:.928_:B (0.004)     
  20   (0.006) B:.943_:[..G]G-----C[..C]:.927_:B (0.003)     
  21   (0.005) B:.944_:[..C]Cx*---A[..A]:.926_:B (0.007)   
    Отдельные изолированные водородные связи:  
   12   (0.002) B:.954_:[..U]U-*--xA[..A]:.958_:B (0.010)    
   13   (0.004) B:.955_:[..U]Ux**+xG[..G]:.918_:B (0.011)    
   25   (0.005) B:.913_:[..A]A-**+xA[..A]:.945_:B (0.010)    
   26   (0.004) B:.914_:[..A]A-**-xU[..U]:.908_:B (0.004)     
   27   (0.008) B:.915_:[..G]Gx**+xC[..C]:.948_:B (0.016)     
   28   (0.027) B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.005)

Среди изолированных связей только одна каноническая пара (показана чёрным):

Неканонические пары в структуре:

	 7:     7   13 B:.908_:[..U]U-**--A[..A]:.914_:B  
	11:    12   43 B:.913_:[..A]A-**+-A[..A]:.945_:B  
	12:    14   46 B:.915_:[..G]G-**+-C[..C]:.948_:B  
	13:    16   53 B:.918_:[..G]G-**+-U[..U]:.955_:B  
        15:    24   42 B:.926_:[..A]A-*---C[..C]:.944_:B  
	21:    30   36 B:.932_:[..U]U-*---U[..U]:.938_:B  
	22:    31   35 B:.933_:[..U]U-*---A[..A]:.937_:B  
	28:    52   56 B:.954_:[..U]U-*---A[..A]:.958_:B

Стекинг

Были найдены две пары с наибольшем перекрыванием (11,35 квадратных ангстрем):

11 GU/AC  6.83( 4.02)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.52( 1.80) 11.35( 5.81)

Получим графическое изображение их перекрывания (рис.19):

ex_str -2 stacking.pdb step11.pdb 
stack2img -cdolt step2.pdb step11.ps 
convert step11.ps 11.png

Рис. 19 Визуализация stack2img для этой пары.

Рис. 20 Подтвердение по структуре