Химическое строение нуклеиновых кислот

1.Модели A, B, Z форм ДНК

Исходные файлы доступны по ссылке.

2. Сравнение различных форм ДНК с помощью Jmol

Виток спирали ДНК представляют собой большую и малую бороздки (См. рис.1). На рисунке 2 представлено азотистое основание аденин. Красным отмечены атомы, обращенные к малой бороздке, а синим- к большой (для В-формы ДНК). Из рисунка видно, что в сторону большой бороздки обращены: C5, C6, N6, N7, C8 атомы, а в сторону малой - C2, C4, N3, N9.

В таблице 1 представлены данные о размерах различных форм ДНК.

Таблица 1. Сравнение трех форм ДНК

	A-форма	В-форма	Z-форма
Тип спирали	правая	правая	левая
Шаг спирали (Å)	28	32,47	43,5
Число оснований на виток	11	10	12
Ширина большой бороздки	18,5 (от цитозина)	17,76 (от тимина)	18,3 (от цитозина)
Ширина малой бороздки	15,2 (от аденина)	11,7 (от тимина)	9,9 (от гуанина)

3. Определение параметров структур нуклеиновых кислот с помощью программ пакета 3DNA

С помощью программ find_pair и analyze были проанализированы структуры A,B,Z форм ДНК, а также тРНК (PDB ID:2cv0). В числе прочих были получены данные о значениях торсионных углов нуклеотидов (внутренние углы вращения). Положительное значение углу присваивается, если для перевода ближнего атома в заслоненное положение (когда атомы в проекции Ньюмена расположены друг за другом) поворот совершается по часовой стрелке. В таблице 2 представлены средние значения торсионных углов для различных форм ДНК и тРНК. Согласно полученным данным тРНК больше похожа на А-форму ДНК (4 из 7 углов больше схожи с А-формой, чем с какой-либо еще).

Таблица 2. Средние значение торсионных углов для различных нуклеиновых кислот
В таблице 3 представлены средние значения торсионных углов (не считая крайних нуклеоидов) для двуцепочечной ДНК (PDB ID:1dfm) и тРНК. Самыми "дефектными" нуклеотидами (наибольшое стандартное отклонение по бОльшему числу торсионных углов) у ДНК в I цепи оказался нуклеотид 4, во II -10, у тРНК -29. Числовые данные представлены в таблице 3. Расчеты в файле Excel по ссылке.

Таблица 3. Средние значение торсионных углов ДНК и тРНК

Кроме значения торсионных углов программа analyze предоставляет данные о водороных связях. На рисунке 3 представлены номер атомов тРНК, образующих стебли.

На рисунке 4 представлены номера атомов, образующих неканонические связи. Посмотрев на таблицу, можно заметить, что некоторые казалось бы канонические пары отмечены как неканонические. Это связано с тем, что водородные связи между этими снованиям нестандартные. Урацил 554 и аденин 558 связаны через O2 - N6 и N3-N7 вместо стандартных O4-N6 и N3-N1. Урацил 508 и аденин 546 связаны еще более необычно: задействованы атомы рибозы. Гуанин 515 и цитозин 548 связаны связями N1-O2 и N2-N3 вместо N2-O2, N1-N3, O6-N4. На рисунке 5 можно увидеть визуализацию этих связей.

Кроме того в структуре тРНК имеются связи, стабилизирующие ее структуру, но не входящие в стебли.

508_:[..U]U-**--A[..A]:.546
  515_:[..G]G-**+-C[..C]:.548
  519_:[..G]G-----C[..C]:.556

Кроме того были получены данные о максимальной площади перекрывания двух последовательных оснований (стекинг-взаимодействия). Наибольшими оказалось между парами GC/GU(13,76Å^2), а наименьшее - AG/CG(0Å^2).

3. Список литературы

[1] https://bigenc.ru/biology/text/1944381