Комплексы ДНК-белок.

задание №1. Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре.

Упр.1.

Вспомнить, как с помощью команды define RasMol задавать множества атомов.
Пример команды:

define o_in_phosphate *.O?P

Определим множество атомов кислорода 2'-дезоксирибозы (set1), множество атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты (set2), а множество атомов азота в азотистых основаниях (set3). Используем эти множества в скрипте.
Создадим скрипт-файл, вызов которого в RasMol даст последовательное изображение всей структуры, только ДНК в проволочной модели, той же модели, но с выделенными шариками множеством атомов set1, затем set2 и set3 (картинки ниже).

вся структура	Рис.1	только ДНК в проволочной модели	Рис.2
множество атомов set1	Рис.3	множество атомов set2	Рис.3
множеством атомов set3	Рис.3

Упр.2.

Описать ДНК-белковые контакты в заданной структуре. Сравнить количество контактов разной природы.

Будем считать полярными атомы кислорода и азота, а неполярными атомы углерода, фосфора и серы.
Назовем полярным контактом ситуацию, в которой расстояние между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5A.
Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5A.

Для личного пользования был составлен скрипт: rasmol_pr3_2
С его помощью заполним таблицу ниже.

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	7	65	72
остатками фосфорной кислоты	7	30	37
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	0	2	2
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	5	8	13

Как мы видим, неполярных контактов больше, так как расчетное расстояние больше, чем для полярных контактов.
Связывание в большой бороздке практически отсутствует, в отличие от малой.

Упр.3.

Получить популярную схему ДНК-белковых контактов с помощью программы nucplot.
Программа nucplot, предназначенная для визуализации контактов между ДНК и белком, запускается на сервере kodomo. Программа работает только со старым форматом PDB. Схема контактов будет представлена в формате Postscript (ps).

nucplot 1DFM_old.pdb

Упр.4.

На полученной схеме выбрать

аминокислотный остаток с наибольшим числом указанных на схеме контактов с ДНК;
аминокислотный остаток, по-вашему мнению, наиболее важный для распознавания последовательности ДНК.

В отчете привести обоснование выбора, а также 2 картинки, полученные с помощью RasMol.
Картинки должны иллюстрировать контакты выбранных аминокислотных остатков с ДНК.
Под картинками приведите подписи, поясняющие изображение.

Рассмотрим а/к остатки, помеченные "*". С учетом взаимодействия через воду больше всего с молекулой ДНК взаимодействует Tyr190(A), образующий 5 связей. Однако ясно, что эти связи не помогают распознаванию ДНК белком.
На мой взгляд, узнаванию ДНК способствуют связи а/к остатков непосредственно с азотистыми основаниями и фосфатным остовом, поэтому в этом смысле нам интересен Ser141(B), связывающийся дважды и обладающий коротким радикалом.

	Остаток большой (зеленый), много молекул воды (розовые). Другие а/к остатки окрашены в черный.
Остаток меньше, воды мало, связи короче.

задание №2. Предсказание вторичной структуры заданной тРНК.

Упр.1. Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов

Программа einverted из пакета EMBOSS позволяет найти инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях. Найnти возможные комплементарные участки в последовательности исследуемой тРНК.

>2CV0:C|PDBID|CHAIN|SEQUENCE                                               
GGCCCCAUCGUCUAGCGGUUAGGACGCGGCCCUCUCAAGGCCGAAACGGGGGUUCGAUUCCCCCUGGGGUCACCA

Сравнить с их описанием, полученным ранее с помощью find_pair. Результаты сравнения занесите в таблицу, приведенную ниже.
Постараться подобрать параметры для получения предсказания, наиболее близкого к реальной структуре.

einverted 2CV0.fasta

Чтобы избавиться от пустых файлов при параметрах по умолчанию понизим Minimum score threshold с 50 до 15 (иначе не получалось). В этом случае удалось найти единственный стебель (акцепторный).

 SEQUENCE: Score 15: 5/5 (100%) matches, 0 gaps
        3 cccca 7                              
          |||||                                
       69 ggggt 65

При дальнейшем снижении порога (до 1 и даже до -30) новых пар программой обнаружено не было.
Для сравнения приведу данные из прошлого задания...
T_RNA

В соответствии с полученными данными:

акцепторный стебель состоит из участка 501 - 507 и комплементарного ему участка 566 - 572 (на рисунке окрашен в красный);
Т-стебель состоит из участка 549 - 553 и комплементарного ему участка 561 - 565 (зеленый);
D-стебель состоит из участка 510 - 513 и комплементарного ему участка 522 - 525 (синий);
антикодоновый стебель состоит из участка 526 - 532 и комплементарного ему участка 538 - 544 (оранжевый).

Упр.2. Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера.

Программа mfold из пакета EMBOSS реализует алгоритм Зукера.
Постараться подобрать параметры для получения предсказания, наиболее близкого к реальной структуре. Результаты внести в таблицу, приведенную ниже.
Сохранить и внести в отчет картинку с лучшим предсказанием, а также указать, каким по счету оно было.

Воспользуемся web версией программы mobyle и получим следующее изображение.

Как мы видим, алгоритм Зукера сразу нашел правильное решение, при отклонении P=0. Если увеличить P, то появятся дополнительные варианты построения, но это уже не нужно.

Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5'-501-507-3' 5'-566-572-3' Всего 7 пар	предсказано 5 пар из 7 реальных	7 из 7
D-стебель	5'-510-513-3' 5'-522-525-3' Всего 4 пары	предсказано 0 пар из 4 реальных	5 из 4
T-стебель	5'-549-553-3' 5'-561-565-3' Всего 5 пар	предсказано 0 пар из 5 реальных	5 из 5
Антикодоновый стебель	5'-526-532-3' 5'-538-544-3' Всего 7 пар	предсказано 0 пар из 7 реальных	7 из 7
Общее число канонических пар нуклеотидов	21	5	22

На страницу 3 семестра