- Название исследуемого файла pdb: 1qtq.pdb
- В данной записи описывается структура глутаминовой тРНК (TRNA GLN II) с идентификатором цепи B).
- Данная молекула взята из организма Escherichia coli.
- Кроме нее в записи представлена молекула белка глутаминовой тРНК-синтазы (GLUTAMINYL-TRNA SYNTHETASE) с идентификатором цепи A. При просмотре визуально видно, что эти две молекулы находятся в связанном состоянии.
Нуклеотидная последовательность глутаминовой тРНК:
U G G G G U A U C G C C A A G C G G U A A G G C A C C G G A U U C U G A U U C C G G C A U U C C G A G G U U C G A A U C C U C G U A C C C C A G C C AВ состав данной тРНК не входят модифицированные основания.
Хотя в ассоциации со структурой белка находятся 5 гетеромолекул 2-х видов: одна 5'-O-[N-(L-GLUTAMINYL)-SULFAMOYL]ADENOSINE и 4 сульфат-иона:
QSI 998 SO4 1393 SO4 1394 SO4 1395 SO4 1396 QSI 5'-O-[N-(L-GLUTAMINYL)-SULFAMOYL]ADENOSINE SO4 SULFATE IONНумерация структуры была исследована с помощью файла, полученного командой
grep 'ATOM.*P.*P' 1qtq.pdb > num.txt
Нумерация идет с 902 (у 902 нуклеотида не описан атом P) по 976 нуклеотид, но оснований 75, значит какой-то нуклеотид пропущен, и это 917-й.
find_pair -t 1qtq.pdb stdout | analyze получили несколько различных файлов из которых можно извлечь интересующую нас информацию. В частности файл col_helices.scr является скриптом по раскрашиванию различных спиралей. Всего у нашей структуры тРНК оказалось 3 спирали, причем что интересно, третья спираль состояла только из одной пары нуклеотидов (они по всей видимости имеют структуру взаимодействия спиральной формы). Цветовая дифференцировка спиралей еа последовательности тРНК:
UGGGGU AU CGCCAA GC G G UAA GGCACCGGAUU CUG AUUCCGGCA UU C CGAGG U U CG A AU CCUCGUACCCC AGCCA
Для большей наглядности ниже приведен рисунок, полученный путем подставления в исследуемый файл pdb скрипта col_helices.scr:
 |
Однако же то, что у нас получилось, вызывает некоторое несоответствие с представлением о структуре тРНК. Как хорошо известно тРНК имеет форму клеверного листа, иными словами у нее должно бы быть 4 спирали. На деле же мы получаем 2 взаимно перпендикулярных спирали. Изучив более подробно выход программы find_pair мы приходим к выводу, что 2 взаимноперпендикулярных спирали получаются путем сворачивания "четырехспиральной" структуры в третичную форму.
 |
Оранжевый цвет отображает участки, не состоящие в цепях.
Скрипт, с помощью которого была получена картинка выше.
 |
 |
Информацию по водородным связям между основаниями можно просмотреть в одном из файлов выдачи программы find_pair:
RMSD of the bases (----- for WC bp, + for isolated bp, x for helix change)
Strand I Strand II Helix
1 (0.005) B:.902_:[..G]G-----C[..C]:.971_:B (0.004) |
2 (0.007) B:.903_:[..G]G-----C[..C]:.970_:B (0.005) |
3 (0.009) B:.904_:[..G]G-----C[..C]:.969_:B (0.003) |
4 (0.003) B:.905_:[..G]G-----C[..C]:.968_:B (0.005) |
5 (0.006) B:.906_:[..U]U-----A[..A]:.967_:B (0.004) |
6 (0.004) B:.907_:[..A]Ax----U[..U]:.966_:B (0.002) |
7 (0.002) B:.949_:[..C]C-----G[..G]:.965_:B (0.003) |
8 (0.003) B:.950_:[..G]G-----C[..C]:.964_:B (0.003) |
9 (0.003) B:.951_:[..A]A-----U[..U]:.963_:B (0.002) |
10 (0.008) B:.952_:[..G]G-----C[..C]:.962_:B (0.003) |
11 (0.004) B:.953_:[..G]G----xC[..C]:.961_:B (0.004) |
12 (0.002) B:.954_:[..U]U-**-xA[..A]:.958_:B (0.004) |
13 (0.004) B:.955_:[..U]Ux**+xG[..G]:.918_:B (0.013) x
14 (0.002) B:.937_:[..A]A-*---U[..U]:.933_:B (0.004) |
15 (0.006) B:.938_:[..U]U-*---U[..U]:.932_:B (0.004) |
16 (0.003) B:.939_:[..U]U-----A[..A]:.931_:B (0.004) |
17 (0.006) B:.940_:[..C]C-*---G[..G]:.930_:B (0.010) |
18 (0.006) B:.941_:[..C]C-----G[..G]:.929_:B (0.003) |
19 (0.007) B:.942_:[..G]G-----C[..C]:.928_:B (0.003) |
20 (0.006) B:.943_:[..G]G-----C[..C]:.927_:B (0.004) |
21 (0.005) B:.944_:[..C]Cx*---A[..A]:.926_:B (0.009) |
22 (0.005) B:.910_:[..G]G-----C[..C]:.925_:B (0.003) |
23 (0.006) B:.911_:[..C]C-----G[..G]:.924_:B (0.008) |
24 (0.008) B:.912_:[..C]C----xG[..G]:.923_:B (0.005) |
25 (0.003) B:.913_:[..A]A-**+xA[..A]:.945_:B (0.005) |
26 (0.004) B:.914_:[..A]A-**-xU[..U]:.908_:B (0.009) |
27 (0.020) B:.915_:[..G]Gx**+xC[..C]:.948_:B (0.003) x
28 (0.008) B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.003) +
Там же указано количество неканонических пар оснований: 9. Их можно просто посчитать также в таблице выше - там они обозначаются наличием звездочки <*> между основаниями,
например, U-**-xA. Причем количество звездочек по все видимости обозначает количество водородных связей между парой.
Ниже представлены результаты визуального исследования структуры с помощью программы RasMol (показаны некоторые пары из тех, что помечены звездочкой в таблице выше):
 |
 |
 |
*Таблица значений конформационно важных торсионых углов:
| Угол | α | β | γ | δ | ε | ζ | χ |
| A-форма | -51.7 | 174.8 | 41.7 | 79.1 | -147.8 | -75.1 | -157.2 |
| B-форма | -29.9 | 136.3 | 31.2 | 143.3 | -140.8 | -160.5 | -98.0 |
А теперь сравним их с торсионными углами исследуемой тРНК:
Strand I base alpha beta gamma delta epsilon zeta chi 1 G --- --- -176.7 86.5 -135.0 -75.5 176.3 2 G -80.2 177.0 60.7 82.4 -159.9 -71.4 -167.4 3 G -47.6 172.5 47.1 82.9 -157.8 -61.2 -162.7 4 G 163.0 177.5 174.7 83.7 -143.5 -72.1 -171.5 5 U -59.2 179.0 48.6 82.3 -175.7 -62.0 -158.1 6 A -172.2 -178.4 172.6 145.4 --- --- -143.3 7 C --- 171.9 49.0 86.8 -147.8 -70.9 -169.6 8 G -60.2 -179.7 46.1 81.7 -158.2 -68.3 -156.6 9 A -63.9 -178.5 46.4 83.4 -169.2 -77.6 -150.6 10 G 158.1 -165.5 167.8 82.7 -135.7 -69.0 -176.0 11 G -53.8 174.4 50.0 81.6 -157.8 -66.7 -170.0 12 U -61.8 -175.8 51.6 84.5 -144.5 -66.7 -159.3 13 U -72.5 178.4 51.4 85.5 --- --- -148.9 14 A --- -164.8 48.3 83.3 -148.3 -57.1 -173.6 15 U -62.6 -179.0 52.5 83.7 -140.3 -65.6 -174.8 16 U -60.7 168.5 52.5 86.6 -153.0 -57.4 -155.8 17 C -62.1 171.2 55.1 86.8 -110.9 -147.9 -175.0 18 C 116.1 -118.6 167.3 83.8 -137.2 -72.2 -174.8 19 G -62.4 172.1 44.6 79.5 -148.6 -76.9 -175.6 20 G -54.8 179.5 51.9 82.4 -157.3 -62.5 -156.4 21 C -64.7 -178.5 48.7 83.5 --- --- -143.8 22 G --- 177.5 55.3 89.4 -149.1 -70.1 179.9 23 C -68.8 -172.2 48.7 84.5 -160.2 -68.1 -158.6 24 C 149.6 -173.8 179.0 84.8 -136.7 -59.2 -171.1 25 A -52.3 172.5 49.6 82.9 179.8 -79.0 -155.8 26 A 172.2 -178.1 171.9 88.4 -125.5 -52.4 -174.9 27 G -45.7 169.2 46.0 146.2 --- --- -114.2 28 G --- 159.6 58.3 145.9 --- --- -94.0 Strand II base alpha beta gamma delta epsilon zeta chi 1 C -61.2 177.3 50.1 84.3 --- --- -151.8 2 C -70.3 -176.9 51.7 84.2 -151.7 -77.8 -161.7 3 C -69.2 -179.2 51.8 83.0 -153.5 -75.4 -164.0 4 C -60.7 165.7 56.1 84.1 -159.0 -71.7 -149.0 5 A -60.8 178.4 48.3 84.9 -151.4 -75.2 -150.3 6 U -56.5 167.5 50.2 82.9 -153.1 -80.2 -169.0 7 G 150.7 -162.9 175.3 84.0 -136.3 -78.3 177.8 8 C -48.3 159.5 51.8 84.5 -165.1 -70.1 -155.8 9 U -64.2 -178.5 45.7 83.0 -154.1 -83.7 -159.4 10 C -62.5 -178.1 48.4 85.9 -151.6 -76.6 -166.3 11 C --- -175.3 42.9 81.5 -152.2 -75.0 -171.7 12 A --- -130.5 58.6 149.4 --- --- -76.8 13 G --- -145.1 -53.6 145.9 --- --- -104.0 14 U -63.7 172.2 48.4 83.2 --- --- -156.2 15 U 158.2 -155.3 172.9 84.7 -123.6 -70.2 174.2 16 A -58.3 -169.9 45.8 81.8 -158.3 -82.8 -156.5 17 G -66.9 166.0 50.1 82.1 -164.0 -72.3 -172.9 18 G 164.1 -169.6 167.5 85.2 -124.8 -82.7 176.6 19 C -69.0 -166.8 46.1 82.9 -165.3 -73.1 -155.5 20 C -57.1 169.9 50.3 81.3 -154.5 -69.0 -166.7 21 A -61.6 176.0 51.7 80.3 -150.7 -71.1 -166.5 22 C -59.3 167.9 50.1 81.4 -137.7 -60.7 -163.4 23 G -59.8 175.2 53.2 83.1 -146.1 -77.1 -170.4 24 G --- 161.8 50.5 81.9 -151.6 -75.8 -176.4 25 A --- -160.0 62.0 86.6 --- --- -102.8 26 U --- -152.4 53.6 80.7 --- --- -160.0 27 C --- 142.1 36.4 141.0 --- --- -151.3 28 C --- 150.6 49.7 83.7 --- --- -170.3Видно, что в подавляющем большинстве случаев значения торсионных углов приближаются к значениям т.у. А-формы спирали.
Данное изыскание подтверждается следующей таблицей, также содержащейся в выдаче find_pair:
Classification of each dinucleotide step in a right-handed nucleic acid
structure: A-like; B-like; TA-like; intermediate of A and B, or other cases
step Xp Yp Zp XpH YpH ZpH Form
1 GG/CC -1.28 8.21 2.64 -4.69 7.61 4.08 A
2 GG/CC -1.76 8.01 2.71 -4.98 7.71 3.46 A
3 GG/CC -2.27 8.58 1.95 -7.37 7.13 4.97 A
4 GU/AC -1.75 8.51 1.98 -5.29 7.93 3.66 A
5 UA/UA -1.90 8.49 2.05 -4.77 8.21 2.93 A
6 AC/GU -1.85 7.63 3.33 -4.55 7.55 3.50 A
7 CG/CG -2.11 8.55 2.41 -6.46 7.92 4.02 A
8 GA/UC -1.65 8.42 2.18 -4.32 8.06 3.26 A
9 AG/CU -1.96 8.35 2.32 -7.21 7.42 4.45 A
10 GG/CC -2.02 7.85 2.89 -5.71 7.17 4.29 A
11 GU/AC -0.85 6.92 3.44 -2.08 7.00 3.25
12 UU/GA 3.53 4.49 0.36 0.65 4.40 1.47
13 UA/UG --- --- --- --- --- --- ---
14 AU/UU 0.97 6.99 2.84 -1.35 6.91 3.42
15 UU/AU -0.22 8.37 2.28 -3.12 7.92 3.41
16 UC/GA -2.39 7.96 2.43 -4.44 7.87 2.42
17 CC/GG -2.63 7.93 2.56 -7.02 5.87 5.93
18 CG/CG -2.08 8.34 2.67 -6.84 7.14 5.05 A
19 GG/CC -2.07 8.10 2.48 -7.40 7.12 4.58 A
20 GC/AC -1.50 8.63 2.23 -3.93 8.35 3.15 A
21 CG/CA -3.66 7.08 3.61 -5.59 6.40 4.59
22 GC/GC -1.91 7.97 2.58 -4.26 7.94 2.70 A
23 CC/GG -1.65 8.39 2.65 -6.24 8.04 3.54 A
24 CA/AG -2.79 6.69 2.74 -6.40 7.06 -1.30
25 AA/UA 0.15 7.84 4.18 0.18 8.02 3.76
26 AG/CU 2.26 1.85 1.75 3.31 2.26 1.60
27 GG/CC --- --- --- --- --- --- ---
Здесь комментариев не требуется. Спирали исследуемой тРНК находятся в А-форме.
einverted 1qtq.fasta, где 1qtq.fasta - последовательность тРНК.
Первые результаты появляются у нас при снижении порога до 20 и так и остаются постоянными при дальнейшем снижении.
GLU: Score 21: 7/7 (100%) matches, 0 gaps
1 tggggta 7
|||||||
71 accccat 65
К сожалению, при наборе стандартных параметров и даже с низким порогом поиск
ни к чему не привел: мы получили один из участков нашей тРНК, который
действительно был определен программой find_pair как спиральный, но не более
того.
mfold SEQ='1qtq.fasta' P=15
Итак, при разрешении на отличие выдаваемой структуры по своей вычисленной энергии от оптимального состояния на 15% программа выдает (третье по счету предсказание) классическую структуру "четырехлистника", или "клевера":
 |
Таким образом, здесь мы получили совсем неплохой результат, программа mfold успешно справилась с поставленной задачей, построив каноническую модель вторичной структуры.