МОДЕЛИ СТРУКТУР ДНК

На данной страничке представлены структуры различных форм ДНК, построенных с помощью инструментов пакета 3DNA, одного из популярных пакетов программ для анализа и простейшего моделирования структур нуклеиновых кислот, работающего под операционной системой LINUX. С помощью программы fiber пакета 3DNA были построены A-, B- и Z-форму дуплекса ДНК, последовательность одной из нитей которого представляет собой 5 раз повторенную последовательность "gatc" Результат работы программы приложен в файлах ниже, а также отображен с помощью Jmol-апплетов.

СРАВНЕНИЕ ФОРМ ДНК С ПОМОЩЬЮ JMOL

C помощью программы Jmol удалось определить, какая из бороздок является малой и большой. Для аденина ([DA]10:A), входящего в состав структуры В-формы ДНК, полученной с помощью программы fiber (см. выше), было выявленно, какие из атомов этого азотистого основания смотрят в сторону большой бороздки (отмечены красным на Рис.1), а какие в сторону малой (отмечены синем на Рис.1). В результате получилось:

1. В сторону большой бороздки обращены следующие атомы аденина: a10.c5, a10.c6, a10.n7, a10.c8, a10.n6.
2. В сторону малой бороздки обращены следующие атомы аденина: a.10.n1, a10.c2, a10.n3, a10.c4, a10.n9.

Рис.1 Изображение азотистого основания аденина (справа). Синим цветом обозначены атомы, обращенные в сторону малой бороздки, красным цветом обозначены атомы, обращенные в сторону большой бороздки.

Также с помощью программы Jmol, было проведено сравнение 3-х полученных форм ДНК по основным параметрам. Результаты сравнения предствлены в Таблице 1.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

С помощью пакеты 3DNA были определены различные параметры заданных нуклеиновых кислот (торсионные углы, структура водородных связей, стекинг взаимодейтвия). Были рассмотрены структура тРНК, взятой из комплекса аспартил-тРНК синтетазы (PDB ID:1IL2) и ДНК, из комплекса домена GCM, связанного с ДНК (PDB ID: 1ODH). Апплеты с данными комплексами представлены ниже. Cинем цветом окрашены нуклеиновые кислоты, черным белковая часть комплекса.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОРИОННЫХ УГЛОВ НУКЛЕОТИДОВ

С помощью программ пакета 3DNA find_pair и analyze, были определены значения торсионных углов для данных тРНК и ДНК, а также структур А-, В-, Z-форм ДНК, полученных выше. С помощью функций СРЗНАЧ и ОКРУГЛ Мicrosoft Excel были посчитаны средние значения для каждого из углов, значения которых преведены в Таблице 2.

Как видно из Таблицы 2, усредненные значения торсионных углов обеих тРНК ближе по значению к А-форме ДНК, ДНК (1ODH) наоборот больше походит на В-форму.

Также были определены нуклеотиды с наиболее отклоняющимися от среднего значениями торсионных углов. С помощтю Excel для каждого из нуклеотидов удалось посчитать отклонения от среднего значения угла для каждого из семи углов. Нуклеотиды с наибольшими значениями суммы отклонений от каждого угла были признаны самыми "деформированными".

Cамые деформированные нуклеотиды тРНК:

1. STRAND 1 - 59G
2. STRAND 2 - 17G

Самые деформированныq нуклеотид ДНК: 2G

СТРУКТУРА ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ

                             Strand I                    Strand II          Helix
                     1   (0.003) ....>C:.901_:[..U]U-----A[..A]:.972_:C<.... (0.005)     |
                     2   (0.004) ....>C:.902_:[..C]C-----G[..G]:.971_:C<.... (0.009)     |
                     3   (0.004) ....>C:.903_:[..C]C-----G[..G]:.970_:C<.... (0.011)     |
      STEM1          4   (0.012) ....>C:.904_:[..G]G-----C[..C]:.969_:C<.... (0.004)     |
                     5   (0.008) ....>C:.905_:[..U]U-*---G[..G]:.968_:C<.... (0.010)     |
                     6   (0.006) ....>C:.906_:[..G]G-----C[..C]:.967_:C<.... (0.008)     |
                      7   (0.006) ....>C:.907_:[..A]A-----U[..U]:.966_:C<.... (0.004)     | 


                     8   (0.017) ....>C:.949_:[5MC]c-----G[..G]:.965_:C<.... (0.008)     |
                     9   (0.005) ....>C:.950_:[..G]G-----C[..C]:.964_:C<.... (0.005)     |
      STEM2         10   (0.006) ....>C:.951_:[..G]G-----C[..C]:.963_:C<.... (0.006)     |
                    11   (0.012) ....>C:.952_:[..G]G-----C[..C]:.962_:C<.... (0.005)     |
                    12   (0.009) ....>C:.953_:[..G]G-----C[..C]:.961_:C<.... (0.008)     |


                    15   (0.005) ....>C:.938_:[..C]C-**--P[PSU]:.932_:C<.... (0.044)     |
                    16   (0.006) ....>C:.939_:[..G]G-----C[..C]:.931_:C<.... (0.006)     |
                    17   (0.003) ....>C:.940_:[..U]U-*---G[..G]:.930_:C<.... (0.009)     |
      STEM3         18   (0.010) ....>C:.941_:[..G]G-----C[..C]:.929_:C<.... (0.004)     |
                    19   (0.010) ....>C:.942_:[..C]C-----G[..G]:.928_:C<.... (0.004)     |
                    20   (0.003) ....>C:.943_:[..C]C-----G[..G]:.927_:C<.... (0.005)     |
                    21   (0.005) ....>C:.944_:[..A]A-**--G[..G]:.926_:C<.... (0.005)     |


                    22   (0.009) ....>C:.910_:[..G]G-*---U[..U]:.925_:C<.... (0.004)     |
      STEM4         23   (0.003) ....>C:.911_:[..U]U-----A[..A]:.924_:C<.... (0.009)     |
                    24   (0.007) ....>C:.912_:[..U]U-----A[..A]:.923_:C<.... (0.007)     |
                    25   (0.044) ....>C:.913_:[PSU]P-*---G[..G]:.922_:C<.... (0.005)     |

  

Рис.1 Стебли тРНК.

В состав структуры данной тРНК входят также неканонические пары оснований. Ниже предствлены 9 из 30 существующих пар, являющихся неканоческими (U-G, P-G, C-P, A-G, A-A, U-u).

   5   (0.008) ....>C:.905_:[..U]U-*---G[..G]:.968_:C<.... (0.010)     |
  14   (0.043) ....>C:.955_:[PSU]P-**+-G[..G]:.917_:C<.... (0.005)     x
  15   (0.005) ....>C:.938_:[..C]C-**--P[PSU]:.932_:C<.... (0.044)     |
  17   (0.003) ....>C:.940_:[..U]U-*---G[..G]:.930_:C<.... (0.009)     |
  21   (0.005) ....>C:.944_:[..A]A-**--G[..G]:.926_:C<.... (0.005)     |
  22   (0.009) ....>C:.910_:[..G]G-*---U[..U]:.925_:C<.... (0.004)     |
  25   (0.044) ....>C:.913_:[PSU]P-*---G[..G]:.922_:C<.... (0.005)     |
  27   (0.003) ....>C:.914_:[..A]A-**--A[..A]:.921_:C<.... (0.008)     |
  29   (0.115) ....>C:.916_:[H2U]u-**+-U[..U]:.959_:C<.... (0.006)     x
  

Помимо этого в состав данной структуры входят также пары оснований, поддурживающие третичную структуру молекулы и не учавствующие в образовании стеблей.

  14   (0.043) ....>C:.955_:[PSU]P-**+-G[..G]:.917_:C<.... (0.005)     x
  26   (0.003) ....>C:.908_:[..U]U-**--A[..A]:.946_:C<.... (0.005)     |
  29   (0.115) ....>C:.916_:[H2U]u-**+-U[..U]:.959_:C<.... (0.006)     x
  30   (0.021) ....>C:.918_:[..G]G-----C[..C]:.956_:C<.... (0.007)     +

Стеккинг-взаимодейтвия

В том же документе, выход программ find_pair и analyze были выявлены пары с наибольшей и наименьшей площадью перекрывания 2-х последовательных пар азотистых оснований (данные приведены ниже). С помощью программ ex_str и stack2img , были получены изображения стеккинг-взаимодействия для этих двух пар (Рис.2 и Рис.3).

    41 Gt/AC  8.53( 3.99)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.60( 2.62) 14.13( 6.61)
    50 AG/UG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)