Третий семестр

A- и B-формы ДНК


  1. С помощью программы fiber пакета 3DNA командами

    fiber -a gatc-a.pdb

  2. и

    fiber -b gatc-b.pdb (+ ответы на поставленные командой вопросы)

    были построены A- и B-форму дуплекса ДНК,последовательность одной из нитей которого - 4 раза повторенная последовательность "gatc".
     

  3. Характеристика структур в полученных файлах при помощи программы RasMol. Результаты представлены в таблице.

     A-формаB-формаФайл dna33.pdb
    Тип спирали (правая или левая)  правая правая правая
    Шаг спирали (Å)  28,02 33,75 30,04
    Число оснований на виток  11 10 10
    Ширина большой бороздки(Å)  7,98 (от аденина8) 17,21(от аденина8) 16,41 (от dAMP17)
    Ширина малой бороздки(Å)  16,80(P8) 11,69(P8) 8,86 (от dCMP21)*

    В скобках указано, от фосфата какого нуклеотида измерялась ширина бороздки.
    Из значений параметров для А и В форм ДНК видно, что они сильно отличаются друг от друга. Зная эти значения, можно с помощью RasMol определить форму для реальной молекулы ДНК.
     

  4. Далее была рассмотрена структура рdb-файла dna33.pdb. Полученные данные занесены в таблицу выше.

    Сравнивая полученные значения с параметрами для А и В формы ДНК, можно сделать вывод, что изучаемая ДНК имеет В-форму.
     

  5. С помощью программы find_pair и analyze, была проанализирована структура всех 3 спиралей ДНК. Командой find_pair -t dna33.pdb stdout | analyze (аналогично для gatc-a.pdb,gatc-b.pdb) был получен файл dna33.out (gatc-a.out, gatc-b.out), требуемый в задании.

    В файлах приведены значения торсионных углов, являющихся конформационно важными и определяющихся следующими атомами:

               alpha:   O3'(i-1)-P-O5'-C5'
          beta:    P-O5'-C5'-C4'
          gamma:   O5'-C5'-C4'-C3'
          delta:   C5'-C4'-C3'-O3'
          epsilon: C4'-C3'-O3'-P(i+1)
          zeta:    C3'-O3'-P(i+1)-O5'(i+1)
    
          chi for pyrimidines(Y): O4'-C1'-N1-C2
              chi for purines(R): O4'-C1'-N9-C4  

    Значения данных углов (α, β, γ, δ, ε, ζ, χ) для А- и В-форм ДНК приведены в таблице.

    ДНК α β γ δ ε ζ χ
    А-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

    Я привела набор углов для одного азотистого основания в каждой форме, т.к. значения для других оснований такие же или отличаются незначительно (0,1).

    Значения конформационно важных торсионых углов (α, β, γ, δ, ε, ζ, χ) для ДНК33 приведены ниже.

    Strand I
      base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
       1 C     ---     ---    -70.0   144.7  -171.8   -98.4  -105.9
       2 G    -69.8  -172.2    43.0   148.1  -151.3  -157.0   -85.4
       3 C    -39.4   130.5    50.1    93.3  -165.4   -81.2  -132.4
       4 G    -64.8   174.4    50.1   145.0  -167.3  -144.6   -93.7
       5 A    -47.1   156.2    53.7   133.0  -177.5   -90.7  -118.6
       6 A    -64.2  -173.0    46.3   128.0   176.9   -95.8  -109.2
       7 T    -49.0   172.9    48.6   112.7  -176.6   -95.6  -119.6
       8 T    -54.1   168.3    53.4   114.0   171.5   -95.0  -119.9
       9 C    -53.3  -173.2    50.8   138.3  -155.9   -96.3  -112.3
      10 G    -60.3   163.2    39.5   143.2  -100.0   146.3   -83.6
      11 C    -73.1   144.3    50.8   143.5  -164.4  -126.1  -112.8
      12 G     52.9   144.1   -65.6   147.9    ---     ---    -79.3
    
    Strand II
      base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
       1 G    -62.1   169.8    52.8    87.7    ---     ---   -141.3
       2 C    -57.2   129.7    51.4    83.8  -161.3   -77.6  -150.3
       3 G    -67.1   177.0    45.3   143.5  -148.6  -173.0   -86.2
       4 C    -58.1   159.5    51.3    95.5  -170.1   -81.3  -124.4
       5 T    -44.5   171.8    43.4   135.3  -164.1  -106.8  -110.1
       6 T    -49.1   178.5    51.6   127.6  -172.8  -106.8  -115.9
       7 A    -61.5   175.7    45.3   113.1   166.4   -91.2  -112.4
       8 A    -56.3  -160.2    54.1   145.8  -178.3   -91.9  -108.3
       9 G    -61.6   175.5    62.1   140.9   150.8   -89.6  -101.7
      10 C    -56.8   160.1    56.8    82.1  -174.4   -84.7  -137.2
      11 G    -58.3   166.6    49.5   115.0   178.2   -94.3  -110.2
      12 C     ---     ---     58.5   138.1  -169.0  -104.8  -106.9
    

    Видно, что значения торсионых углов для разных оснований различны. Диапозон изменения значений некоторых углов очень широк (к примеру, от -173 до 168 для ?). Если сравнивать среднее значение каждого столбца с значениями соответствующих углов для А- и В-форм ДНК, то можно сказать, что α, β,γ ближе к А-форме, а δ, ε - к В-форме. ? нельзя определенно сравнить. ? ближе к В-форме. Так как наибольшее различее в значениях углов для разных форм наблюдается для углов ε, ζ, χ (остальные схожи), то по полученным значениям углов ζ, χ можно сделать вывод, что структура dna33.pdb является В-формой.

    Особо привлекательна информация в разделе Structure classification в файлах.out. В расшифровке каждого нуклеотидного шага отмечена форма изучаемой ДНК. Информация подтверждает расчеты и предположения. Структура dna33.pdb является В-формой.
     

  6. Пользуясь программой pdb2img, были получены изображения всех 3 структур в виде стопочных моделей. Использованные команды:

    pdb2img -c dna33.pdb dna33.ps - для получения изображения с торца;

    rotate_mol -b dna33.pdb dna33_rot.pdb

    pdb2img -c dna33_rot.pdb dna33_rot.ps - для поворота молекулы и получения вида сбоку

    Полученные стопочные модели
    Молекула Вид сбоку Вид с торца
    dna33
    A-форма
    B-форма