Балакина Прак3 tRNA

Задание 1. Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

Проанализируем структуру тРНК 1FFY.pdb с помощью программы einverted из пакета EMBOSS, которая позволяет найти инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях.

Код:
! echo "GGGCUUGUAGCUCAGGUGGUUAGAGCGCACCCCUGAUAAGGGUGAGGUCGGUGGUUCAAGUCCACUCAGGCCCAC" > rna.seq
! einverted -sequence rna.seq -gap 12 -threshold 10 -match 3 -mismatch -3 -outfile outfile -outseq seqout

Выдача программы

Предскажем вторичную структуру тРНК по алгоритму Зукера с помощью ViennaRNA.
На рис 1 изображена структура, которую предсказала программа. Т.к. она не выглядит как тРНК, была найдена наиболее похожая на адекватный результат структура их субоптимальных структур (рис 2).

Заполним общую таблицу о реальной и предсказанной вторичной структуре тРНК из файла 1FFY.pdb

Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5' 1-7 3' 5' 66-72 3'	5' 1-7 3' 5' 57-63 3'	5' 1-7 3' 5' 67-73 3'
D-стебель	5' 10-13 3' 5' 22-25 3'	-	5' 10-13 3' 5' 23-26 3'
T-стебель	5' 49-53 3' 5' 61-65 3'	-	5' 50-54 3' 5' 62-66 3'
Антикодоновый стебель	5' 26-32 3' 5' 38-44 3'	5' 23-32 3' 5' 40-49 3'	5' 28-32 3' 5' 40-44 3'
Общее число канонических пар нуклеотидов	20	14	21

Задание 2. Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

Упражнение 1

Провизуализируем в pymol структуру 1R4O.pdb (рис 3, 4, 5, 6, 7)
Скрипт

1r4o.pdb_all — Рис 3. Изображение всей структуры 1R4O.pdb.

1r4o.pdb_wire — Рис 4. Только ДНК в проволочной модели.

1r4o.pdb_O3+O4+O5 — Рис 5. Множество атомов кислорода 2'-дезоксирибозы.

1r4o.pdb_OP1+OP2 — Рис 6. Множество атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты.

Рис 7. Множество атомов азота в азотистых основаниях.

Упражнение 2

Опишем ДНК-белковые контакты в заданной структуре 1R4O.pdb. Сравним количество контактов разной природы.
Полярные атомы: кислород и азот
Неполярные атомы: углерод, фосфор и сера
Назовем полярным контактом ситуацию, в которой расстояние между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5Å.
Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5Å.
Скрипт

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	1	12	13
остатками фосфорной кислоты	11	19	30
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	4	7	11
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	0	1	1

Как видно из таблицы, преобладают неполярные контакты с фосфатным остовом и дезоксирибозой, что может указывать на преобладание гидрофобного характера связывания белка с ДНК.

Упражнение 3

С помощью программы nucplot получили популярную схему ДНК-белковых контактов для 1R4O.pdb (рис 8, 9).

nucplot_1 — Рис 8. Схема ДНК-белковых контактов, созданная с помощью nucplot

nucplot_2 — Рис 9. Схема ДНК-белковых контактов, созданная с помощью nucplot

Упражнение 4

Как мы видим из рис 8 и 9, аминокислотные остатки с наибольшим числом указанных на схеме контактов с ДНК: Tyr452, Lys461.
Аминокислотный остаток, наиболее важный для распознавания последовательности ДНК: Tyr452 (т.к. этот остаток имеет наибольшее число водородных связей и связывается напрямую с азотистым основанием).

Покажем в pymol выбранные остатки (рис 10, 11).

cont — Рис 10. Контакты Tyr452 с ДНК, имеет наибольшее число водородных связей и является наиболее важным для распознавания ДНК.

Предсказание вторичной структуры заданной тРНК и анализ НК-белкового комплекса