Семестр 3. Практикум 3. Сравнительный анализ канонической ДНК и стеблей тРНК
Содержание
1. Построение A-, B- и Z-форм ДНК
Три канонические формы дуплекса ДНК — A, B и Z — построены программой fiber из пакета 3DNA для одной и той же 20-нуклеотидной последовательности GATCGATCGATCGACTGATC:
fiber -a -seq=GATCGATCGATCGACTGATC gatc-a.pdb
fiber -b -seq=GATCGATCGATCGACTGATC gatc-b.pdb
fiber -z -seq=GATCGATCGATCGACTGATC gatc-z.pdb2. Большая и малая бороздки Z-ДНК, сравнение форм
Азотистое основание, назначенное для разбора большой/малой бороздки, — гуанин; для этого взят остаток G9 из Z-формы (цепь A, середина дуплекса gatc-z.pdb, пара с C32 цепи B, вдали от концевых эффектов). На рисунке атомы, повёрнутые к большой бороздке, окрашены красным, к малой — синим.
Рисунок 1. Гуанин в цепи ДНК
Со стороны большой бороздки: N1, C6, O6, C5, N7, C8. Со стороны малой бороздки: N9, C4, N3, C2, N2.
Геометрические параметры трёх форм, полученные прогоном find_pair и analyze по каждому из файлов, сведены в таблицу:
Таблица 1. Параметры A-, B- и Z-форм ДНК
| Параметр | A-форма | B-форма | Z-форма |
|---|---|---|---|
| Тип спирали (правая или левая) | правая | правая | левая |
| Шаг спирали (Å) | 28,1 | 33,8 | 43,7 |
| Число оснований на виток | 11 | 10 | 12 |
| Ширина большой бороздки (Å) | 11,1 (шаг 9, CG/CG) | 17,2 (шаг 9, CG/CG) | 14,7 / 20,2 — чередуется (CG/CG и GC/GC) |
| Ширина малой бороздки (Å) | 16,7 (шаг 9, CG/CG) | 11,7 (шаг 9, CG/CG) | 9,8 (постоянна по длине) |
3. Стебли и структура тРНК (1N78)
Для анализа стеблей тРНК назначена структура 1N78. Перед обработкой файл конвертирован в старую номенклатуру атомов PDB, после чего прогнан через find_pair и analyze:
remediator --old '1N78.pdb' > '1N78_old.pdb'
find_pair -t 1N78_old.pdb stdout | analyzeЗначения торсионного угла δ (сахарный пуккер) в спиральных участках тРНК держатся в диапазоне 79–88°, что почти совпадает с δ ≈ 79° у собственной A-формы и заметно отличается от δ ≈ 143° у B-формы — по этому признаку остов стеблей тРНК ближе всего именно к A-форме ДНК. Отдельно для первых шести остатков стебля Strand I (образующих устойчивую спираль) усреднённые значения составили δ ≈ 81,7° и χ (ориентация основания) ≈ −162,7°, что также согласуется с A-формой.
Границы стеблей во вторичной структуре — в родной нумерации остатков PDB-файла (цепь C; во второй копии структуры — цепи D — те же номера):
Таблица 2. Координаты стеблей во вторичной структуре тРНК 1N78
| Стебель | Координаты |
|---|---|
| Акцепторный | 501–507 ↔ 572–566 |
| D-стебель | 510–513 ↔ 525–522 |
| Антикодоновый | 526–532 ↔ 544–538 |
| T-стебель | 549–553 ↔ 565–561 |
Внутри стеблей и на их границах найдены неканонические пары: 502 G-U(571), 513 U-G(522), 538 A-C(532), 544 A-G(526).
Помимо стеблей, третичную структуру тРНК стабилизирует ещё ряд водородных связей: 508 U-A(546), 514 A-A(521), 515 G-C(548), 519 G-C(556), 554 U-A(558), 555 U-G(518).
Максимальная площадь перекрывания оснований — 13,79 Ų — приходится на шаг GC/GU (шаг 2, между парами G501-C572 и G502-U571). Стандартное изображение этого стекинг-взаимодействия строится командой stack2img: нужный шаг вырезается из файла stacking.pdb, затем передаётся в stack2img:
ex_str -1 stacking.pdb step2.pdb
stack2img -c -d -o -l -t step2.pdb prakt-32-02.eps
Рисунок 2. Стекинг-взаимодействия