|
Карань Анна
студентка факультета биоинженерии и бионформатики
|
A- и В- формы ДНК. Структура РНК
Задание 1
C использованием инструментов пакета 3DNA построим A-, B- и Z-форму
дуплекса ДНК, последовательность одной из нитей которого представляет собой
повторенную последовательность GATC. Структуры дуплексов сохраним соответственно
в файлах gatc-a.pdb, gatc-b.pdb и gatc-z.pdb с помощью следующих команд:
|
fiber -a gatc-a.pdb
fiber -b gatc-b.pdb
fiber -z gatc-z.pdb
|
Полученные файлы:
gatc-a.pdb, gatc-b.pdb,
gatc-z.pdb.
Созданные структуры показаны на изображении ниже (Рис.1.)
Рис.1. 3 формы дуплекса ДНК: A-, B- и Z- формы
Задание 2.Сравнение структур 3-х форм ДНК с помощью средств JMol. Упражнение 1
Рис.2. Изображение остатка цитозина
DC64 в B-форме ДНК, красные атомы - атомы, обращенные в сторону большой бороздки, синие - в сторону малой
Рис.3. Изображение остатка цитозина
DC64 в А-форме, красные атомы - атомы, обращенные в сторону большой бороздки, синие - в сторону малой
Рис.4. Изображение остатка цитозина
DC32 в Z-форме, красные атомы - атомы, обращенные в сторону большой бороздки, синие - в сторону малой
На таблице 1 представлены номера атомов, обращенных в сторону малой и большой бороздки у разных форм ДНК
| Таблица 1. Число и процент абсолютно консервативных позиций;
абсолютно функционально консервативных для второго блока |
| Форма ДНК | В стороны большой бороздки обращены атомы | В сторону малой
бороздки обращены атомы | Остальные атомы основания |
| A-форма | DC64:B.N3,DC64:B.C2, DC64:B.O2, DC64:B.N1 | DC64:B.N4, DC64:B.C4, DC64:B.C5 | DC64:B.C6 |
| B-форма | DC64:B.N4, DC64:B.C4, DC64:B.C5 | DC64:B.N1, DC64:B.C2, DC64:B.O2 | DC64:B.N3, DC64:B.C6 |
| Z-форма | DC32:B.N4, DC32:N3, DC32:B.C4 | DC32:B.C6, DC32:B.N1 | DC32:B.O2, DC:B.C2, DC32:B.C5 |
Задание 2.Упражнение 2. Сравнение основных спиральных параметров ДНК
| Таблица 2. Основные спиральные параметры разных форм ДНК |
| А-форма | В-форма | Z-форма |
| Тип спирали (правая или левая) | Правая | Правая | Левая |
| Шаг спирали | 28,03 | 33,75 | 43,50 |
| Число оснований на виток | 11 | 10 | 12 |
| Ширина большой бороздки | 18,5 (DT63:B.P - DA22:A.P) | 20,58 (DA18:A.P - DA58:B.P) | 18,3 (DC12:A.P - DC26:B.P) |
| Ширина малой бороздки | 7,98 (DG17:A.P - DA58:B.P) | 13,2 (DA62:B.P - DC24:A.P) | 14,18 (DC30:B.P - DC16:B.P) |
Задание 2. Упражнение 3. Сравнение торсионных углов.
С помощью команды Settings->Torsion JMol были измерены торсионные углы DC64 в А- и В- формах ДНК.
Результаты приведены в Таблице 3.
| Таблица 3. Торсионные углы разных форм ДНК |
| Измеренные значения углов |
| Форма | α | β | γ | δ | ε | ζ | χ |
| А-форма | -51,7 | 174,8 | 41,7 | 79,1 | -147,8 | -75,1 | -157,2 |
| В-форма | -29,9 | 136,3 | 31,2 | 143,3 | -140,8 | -160,5 | -98,0 |
| Значения углов из презентации |
| А-форма | 62 | 173 | 52 | 88/3 | 178 | -50 | -160 |
| В-форма | 63 | 171 | 54 | 123/131 | 175 | -90 | -117 |
Задание 3. Определение параметров структур нуклеиновых кислот с помощью программ пакета 3DNA. Упражнение 1. Сравнение торсионных углов.
Так как программа 3DNA работает только со старым форматом pdb, поэтому были выполнены следующие команды"
|
find_pair -t gatc-x.pdb stdout | analyze
|
В результате для каждой структуры создан ряд файлов с описанием разных её параметров.
Основные полученные файлы:
gatc-a.out,
gatc-b.out,
gatc-z.out.
| Таблица 4. Торсионные углы разных форм ДНК |
| Измеренные с помощью 3DNA значения углов |
| Форма | α | β | γ | δ | ε | ζ | χ |
| А-форма | -51,7 | 174,8 | 41,702 | 79,07895 | -147,789 | -75,0865 | -157,2 |
| В-форма | -29,9 | 136,3395 | 31,13947 | 143,3395 | -140,8 | -160,5 | -97,9895 |
| Z-форма | -139,5/51,9 | 179,0/-136,8 | -173,8/50,9 | 94,9/137,6 | -103,6/-96,5 | -64,8/81,9 | 58,7/-154,3 |
| Значения углов из презентации |
| А-форма | 62 | 173 | 52 | 88/3 | 178 | -50 | -160 |
| В-форма | 63 | 171 | 54 | 123/131 | 175 | -90 | -117 |
Если сравнить таблицы 1 и 3, видно, что измеренные с помошью Jmol и с помощью 3DNA торсионные углы
не отличаются.
Между формами A и B сильнее всего отличаются углы δ, ζ и χ, между A и Z - ζ и χ,
между B и Z - ε. (Впрочем, сравнения с торсионными углами Z-формы ДНК довольно условны.)
Рис.5.
Вычисление среднего значения торсионных углов для первой цепи A-формы
В А-спирали, В-спирали и Z-спирали нет нуклеотидов, выделяющихся по значению торсионных углов
Файлы с расчетами в Excel:
торсионные углы для всех форм ДНК, торсионные углы для тРНК 1h4s.
Рис.6.
Вычисление среднего значения торсионных углов для тРНК 1h4s
Основной полученный файл для тРНК:
1h4s_onlyrna.out
| Таблица 5. Средние значения торсионных углов в ТРНК |
| | α | β | γ | δ | ε | ζ | χ |
| Цепь 1 | -10,9 | 45,296 | 44,5125 | 85,9417 | -145,067 | -62,3167 | -102,479 |
| Цепь 2 | -58,721 | 58,7 | 57,792 | 88,2292 | -149,346 | -69,8 | -157,217 |
| вся ТРНК | -34,8104 | 51,998 | 51,1521 | 87,0854 | -147,206 | -66,0583 | -29,848 |
Разброс значений торсионных углов у тРНК намного больше, чем у ДНК, так что искать наиболее выпадающие по значениям
углов нуклеотиды мы будем искать, сранивая со средними значениями для каждой цепи отдельно.
По углам α,β и γ сильнее всего выделяются нуклеотиды 2G, 4G, 8G, 17G и 22С, по ζ
сильно отличается 25G.
Во второй цепи почти для угла β сильно отличаются от среднего из-за большого разброса. По
γ выделяется 11G, по ζ 10G.
Задание 3. Упражнение 2. Определение структуры водородных связей.
С помощью программы find_pair были найдены нуклеотиды, образующие водородные связи:
|
find_pair 1h4s_onlyrna.pdb stdout > trna_pair
|
Рис.7.
Структура типичной тРНК
На Рис.7 представлено типичное строение стеблей тРНК. На основе этого изображения запишем, какие
нуклеотиды лежат в каком стебле.
| Таблица 6. Распределение нуклеотидов по стеблям |
| Акцепторный стебель |
4:[..G]G---C[..C]:69
5:[..G]G---C[..C]:68
6:[..A]A---U[..U]:67
7:[..G]G---C[..C]:66
|
| Т-шпилька |
49:[..G]G---U[..U]:65
50:[..C]C---G[..G]:64
51:[..U]U---A[..A]:63
52:[..G]G---C[..C]:62
53:[..G]G---C[..C]:61
|
| Антикодоновый стебель |
38:[..A]A---U[..U]:32
39:[..C]C---G[..G]:31
40:[..G]G---C[..C]:30
41:[..A]A---U[..U]:29
42:[..G]G---C[..C]:28
43:[..G]G---C[..C]:27
44:[..G]G---A[..A]:26
|
| D-стебель |
10:[..G]G---C[..C]:25
11:[..C]C---G[..G]:24
12:[..G]G---C[..C]:23
13:[..C]C---G[..G]:22
|
| Таблица 7. Неканонические пары оснований и дополнительные водородные связи |
| Неканонические пары оснований |
49:[..G]G---U[..U]:65
44:[..G]G---A[..A]:26
|
| Дополнительные водородные связи |
54:[5MU]t---G[..G]:58
55:[PSU]P---G[..G]:18
14:[..A]A---U[..U]:8
15:[..G]G---C[..C]:48
19:[..G]G---C[..C]:56
|
Задание 3. Упражнение 3. Нахождение возможных стекинг-взаимодействий
После запуска программы analyze в прошлых заданиях также был получен файлы 1h4s_onlyrna.out,
где есть значения перекрываний всех соседних нуклеотидов, и stacking.pdb, где
записаны координаты атомов всех динуклеотидных пар, возможно образующих стекинг-взаимодействие.
Для пар с наибольшей (GC/GU) и с наименьшей (GG/CA и GG/CC, у обоих пар площадь перекрывания равна 0)
площадью перекрывания были построены изображения стекинг-взаимдействия. С помощью онлайн конвертеров
были получены изображения формата png.
 Рис.8.
Изображение стекинг-взаимодействия GC/GU
|
 Рис.9.
Изображение стекинг-взаимодействия GG/CA
|
 Рис.10.
Изображение стекинг-взаимодействия GG/CC
|
 Рис.11.
Изображение стекинг-взаимодействия GC/GU в jmol
|
 Рис.12.
Изображение стекинг-взаимодействия GG/CA в jmol
|
 Рис.13.
Изображение стекинг-взаимодействия GG/CC в jmol
|
При построении стекинг-взаимодействий было взято 1 взаимодействие с максимальным покрытием и 2 с минимальным (0),
это подтверждается изображениями, полученными в jmol (Рис. 11 - 13). На Рис.12 и 13 перекрытия вообще не видно, т.е.
стекинг-взаимодействия нет. На Рис.11. видно перекрытие, значит, стекинг-взаимодействие скорей всего есть.