назад

Краткое описание структуры в файле 1asz.pdb

Файл 1asz получен с сайта PDB

Молекулы выделены из организма дрожжей Saccharomyces cerevisiae

В файле приведены координаты атомов комплекса аспартил-тРНК-синтетазы и ее субстрата - тРНК:

транспортаня РНК (75-MER), 75 азотистых оснований, цепи не содержат разрывов, цепи R, S
аспартил-тРНК-синтетаза, 490 аминокислотных остатков, цепи A, B

В структуре также содержится лиганд - 2 молекулы АТФ. АТФ участвует в реакции ацетилирования, в кристалле расположены около 3'-концов тРНК.

В последовательности РНК содердаться модифицированные азотистые основания

Идентификатор	Название	Позиция в молекулах РНК
PSU	Псевдоуридин-5'-монофосфат	613, 632, 655
H2U	5,6-дигидроуридин-5'-монофосфат	616, 619
1MG	1N-метилгуанозин-5'-монофосфат	637
5MC	5-метилцитозин-5'-монофосфат	649
5MU	5-метилуридин-5'-монофосфат	654

Для исследования выбрана цепь R, представляющая тРНК со следующей последовательностью:

 
[601]  5'-  U   C   C   G   U   G   A   U   A   G   U   U PSU          
          A   A H2U   G   G H2U   C   A   G   A   A   U   G          
          G   G   C   G   C PSU   U   G   U   C 1MG   C   G          
          U   G   C   C   A   G   A   U 5MC   G   G   G   G          
          5MU PSU   C   A   A   U   U   C   C   C   C   G   U          
          C   G   C   G   G   A   G   C   C   A  -3'  [676] 
    

В последовательности на 3'-конце есть триплет CCA, к которому присоединяется аспарагиновая аминокислота, в файле приведены координаты атомов триплета.

Исследование вторичной структуры

С помощью программ find_pair и analyze пакета 3DNA определены возможные водородные связи между азотистыми основаниями: файл 1ASZ_old.out

Рассмотри участок этого файла:

RMSD of the bases (----- for WC bp, + for isolated bp, x for helix change) 1 (0.014) R:.601_:[..U]U-----A[..A]:.672_:R (0.011) | 2 (0.014) R:.602_:[..C]C-----G[..G]:.671_:R (0.012) | 3 (0.015) R:.603_:[..C]C-----G[..G]:.670_:R (0.014) | 4 (0.011) R:.604_:[..G]G-----C[..C]:.669_:R (0.016) | 5 (0.016) R:.605_:[..U]U-*---G[..G]:.668_:R (0.011) | 6 (0.013) R:.606_:[..G]G-----C[..C]:.667_:R (0.014) | 7 (0.012) R:.607_:[..A]Ax----U[..U]:.666_:R (0.018) | 8 (0.012) R:.649_:[5MC]c-----G[..G]:.665_:R (0.014) | 9 (0.010) R:.650_:[..G]G-----C[..C]:.664_:R (0.009) | 10 (0.011) R:.651_:[..G]G-----C[..C]:.663_:R (0.014) | 11 (0.014) R:.652_:[..G]G-----C[..C]:.662_:R (0.014) | 12 (0.016) R:.653_:[..G]G----xC[..C]:.661_:R (0.014) | 13 (0.008) R:.654_:[5MU]u-**-xA[..A]:.658_:R (0.011) | 14 (0.011) R:.655_:[PSU]Px**+xG[..G]:.617_:R (0.013) x 15 (0.013) R:.639_:[..G]G-----C[..C]:.631_:R (0.012) | 16 (0.022) R:.640_:[..U]U-*---G[..G]:.630_:R (0.013) | 17 (0.013) R:.641_:[..G]G-----C[..C]:.629_:R (0.014) | 18 (0.016) R:.642_:[..C]C-----G[..G]:.628_:R (0.013) | 19 (0.016) R:.643_:[..C]C-----G[..G]:.627_:R (0.012) | 20 (0.010) R:.644_:[..A]Ax*---G[..G]:.626_:R (0.020) | 21 (0.014) R:.610_:[..G]G-*---U[..U]:.625_:R (0.019) | 22 (0.013) R:.611_:[..U]U-----A[..A]:.624_:R (0.014) | 23 (0.015) R:.612_:[..U]U-----A[..A]:.623_:R (0.013) | 24 (0.014) R:.613_:[PSU]P-*--xG[..G]:.622_:R (0.012) | 25 (0.014) R:.614_:[..A]A-**-xU[..U]:.608_:R (0.018) | 26 (0.008) R:.615_:[..A]Ax**+xU[..U]:.648_:R (0.014) x 27 (0.009) R:.618_:[..G]Gx---xC[..C]:.656_:R (0.017) + Strand I Strand II Helix Note: This structure contains 20[9] non-Watson-Crick base-pairs.

На основании статьи сделаны выводы, что: строки таблицы 1..7 соответсвуют акцепторному стеблю , 21...24 - D-стеблю , 15...19 - антикодоновому стеблю , 8...11 - T-стеблю .

С помощью RasMol получено изображение остова R цепи РНК, где акцепторный стебель выделен красным, Т-стебель - зеленым, D-стебель - синим, антикодоновый - оранжевым.

Текст скрипта: restrict none background white restrict *R backbone 100 color [55, 203, 206] define ac_st *R and (601-607, 666-672) define D_st *R and (610-613, 622-625) define anti_st *R and (639-643, 627-631) define T_st *R and (649-652, 662-665) select ac_st color red select T_st color green select D_st color blue select anti_st color [255, 165, 0] echo red ac_st - is acceptor stem, green T_st - is T-stem, blue D_st - is D-stem, orange anti_st - is anticodon stem

Структуру стеблевых дуплексов поддерживают 16 канонических и 4 неканоничексих пар оснваний, вот одна из них (U-*---G):

В последовательности РНК нет тимидина, нет его и в Т-петле.

В D-петеле есть дигидроуридины (на позициях 616, 619).

Вариабельная петля может находится на 644-648 нуклеотидах, думаю такое количество нуклеотидов недостаточно для образования петли.

* Изучаемая тРНК связывается с аспарагиновой кислотой, кодонами которой являются GAU, GAC. Антикодоновая петля состоит из 7 нуклеотидов

 [32] 5'-  PSU   U   G   U   C 1MG   C -3' [38] 

Исследование третичной структуры

С помощью программы analyze была выявлена возможность стекинг-взаимодействия между основаниями тРНК: stacking.pdb

В файле 1ASZ_old.out представлены данные о площади перекрывания 2-х последовательных пар азотистых оснований: фрагмент файла 1ASZ_old.out

Исследуем возможность стекинг-взаимодействия между основаниями конца акцепторно стебля и начала Т-стебля: 665 U - конец T-стебля, 666 G - конец акцепторного стебля, исходя из записи 1ASZ_old.out :

 
   7   (0.012) R:.607_:[..A]Ax----U[..U]:.666_:R (0.018)     |
   8   (0.012) R:.649_:[5MC]c-----G[..G]:.665_:R (0.014)     |
       

взаимодествуют Ac/GU с нормерами 607,649/665,666, в файле stacking.pdb взаимодействующие нкулеотиды соответсвуют Section #0007 Ac/GU

Наложение оснований:

Инфрмацию о площади перекрывания представленных пар азотистых оснваний найдем в файле 1ASZ_old.out (step 7):

 
      step      i1-i2        i1-j2        j1-i2        j1-j2        sum
   
    7 Ac/GU  4.44( 1.20)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.48( 3.76) 10.92( 4.95) 

Как видно из рисунка, нуклеотиды перекрываются хорошо, велика площадь перекрытия 10.92 ( при максимальной 13.82 и минимальной 0.00).

Те же нуклеотдиты в RasMol:

Есть ли дополнительные водородные связи между основаниями D- и Т-петель? Есть. D-петля (614-621 основания) и T-петля (653-664 основания), как видно из файла 1ASZ_old.out , соединяются водородными связями взаимодействия 1 канонической пары (G618 - C656):

зеленым отмечена T-петля, синим D-петля

Предсказание вторичной структуры тРНК

Сравнение вторичной структуры тРНК на основании PDB файла 1ASZ и предсказанных структур

Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5'- 601-607 - 3' 5'- 666-672 - 3' всего 7 пар нуклеотидов	0	5'- 601-608 -3' 5'- 665-672 -3' всего 8 пар
D-стебель	5'- 610-613 -3' 5'- 622-625 -3' всего 4 пары	0	5'- 610-613 -3' 5'- 622-625 -3' всего 4 пары
T-стебель	5'- 649-652 -3' 5'- 662-665 -3' всего 4 пары	5'- 645-652 -3' 5'- 660-666 -3' всего 6 пар	5'- 649-652 -3' 5'- 659-662 -3' всего 4 пары
Антикодоновый стебель	5'- 627-631 -3' 5'- 639-643 -3' всего 5 пары	0	5'- 627-631 -3' 5'- 639-643 -3' всего 5 пар
Общее число канонических пар нуклеотидов	16	6	15

При работе с einverted , программа спросила назачаемый штраф за геп (gap penalty): снизил стандартный 12 до 6, минимальный вес выравнивания: стандартный 50. А также match score и mismatch score, чьи параметры я не менял ([3], [-4]). Если минимальный вес оставить стандартным = 50 - выравнивание вовсе не получается, при снижении до 30, 20 - тоже ничего не выходит. Первое выранивание появилось при минимльном весе 15, результатом его был T-стебель, но немного расширенный: 645_652 и 660_666

    : Score 15: 7/7 (100%) matches, 1 gaps
      45 gatcgggg 52      
         || |||||
      66 ct-gcccc 60      
   

К тому же такой стебель содержит 1 геп (ему соответсвует выпетливание длиной в 1 нуклеотид).

Результаты программы mfold :

Это предсказание наиболее близко к реальной структуре (получено при значении параметра P=10)

Предсказанная структура схожа с реальной, но между ними есть различия: предсказанный акцепторный стебель длинее на 1 нкклеотид; в реальной T-петле содержится 9 нуклеотидов, в предсказаной же 6, причем в обоих случаях T-петля начинается с 661 нуклеотида.

Из рисунка видно расположение вариабельной петли на предсказанной структуре: 5'- 644-648 -3'.