Задание 1. Построние модели структур A-, B- и Z-формы ДНК.
С помощью программы fiber пакета 3DNA были созданы pdb файлы А- и В- формы ДНК из 5 раз повторяющихся нуклеотидов GATC и Z-формы, состоящей из нескольких чередующихся GC последовательностей (рис.1)(скачать [pdb]).
Задание 2. Сравнение структур 3-х форм ДНК с помощью средств JMol.
Упражнение 1. Большие и малые бороздки
Файлы со структурами разных форм ДНК были открыты в JMol. Затем в каждой из структур был выбран цитозин. Сравнительная характеристика атомов выбранных оснований разных форм ДНК приведена в табл.1:
| A-форма | B-форма | Z-форма | |
| В сторону большой бороздки обращены атомы: | C32:B.C5, C32:B.C4, C32:B.N4 | C32:B.C4, C32:B.N4, C32:B.C5, C32:B.C6 | C32:A.C4, C32:A.C5, C32:A.C6, C32:A.N4 |
| В сторону малой бороздки обращены атомы: | C32:B.C2, C32:B.O2, C32:B.N1, C32:B.N3 | C32:B.C2, C32:B.O2, C32:B.N1 | C32:A.C2, C32:A.O2 |
| Остальные атомы основания | C32:B.C6 | C32:B.N3 | C32:A.N3 |
С помощью химического редактора MarvinSketch были получены изображения цитозина (рис.2), красным выделены атомы, смотрящие в сторону большой бороздки,
синим в сторону малой.
Упражнение 2. Основные спиральные параметры разных форм ДНК.
| A-форма | B-форма | Z-форма | |
| Тип спирали | правая | правая | левая |
| Шаг спирали (Å) | 28,03 | 33,75 | 43,5 |
| Число оснований на виток | 11 | 10 | 12 |
| Ширина большой бороздки (Å) | 7,98 ([DG]5:A.P) | 17,21 ([DC]12:A.P) | 16,08 ([DC]34:B.P) |
| Ширина малой бороздки (Å) | 16,81 ([DC]36:B.P) | 11,69 ([DC]12:A.P) | 9,87 ([DC]34:B.P) |
Упражнение 3. Сравнение торсионных углов в структурах А- и В-форм.
С помощью команды Settings->Torsion JMol измерены торсионные углы выбранного в упр. 1 цитозина. Данные представлены в табл. 3.
| α | β | γ | δ | ε | ζ | χ | |
| A-форма | -51,7 (62) | 174,8 (173) | 41,7 (52) | 79,1 (88/3) | -147,8 (178) | -75,1 (-50) | -157,2 (-160) |
| B-форма | -29,9 (63) | 136,3 (173) | 31,2 (54) | 143,3 (123/131) | -140,8 (155) | -160,5 (-90) | -98,0 (-117) |
Задание 3. Определение параметров структур нуклеиновых кислот с помощью программ пакета 3DNA.
Упражнение 1. Определение торсионных углов нуклеотидов
С помощью программ пакета 3DNA были определены торсионные углы нуклеотидов в разных формах ДНК. Результаты преддставлены в табл.3. Можно заметить, что в пределах одной формы торсионные углы нуклеотидов отличаются незначительно, за исключением Z-формы. Формы A- и B- отличаются друг от друга в основном по углам δ, ξ и χ. Z-форма ДНК наиболее сильно отличается от форм A- и B-.
| Форма ДНК | Нуклеотид | α | β | γ | δ | ε | ξ | χ |
| A | G | -51.70 | 174.80 | 41.70 | 79.09 | -147.79 | -75.10 | -157.20 |
| B | G | -29.90 | 136.34 | 31.14 | 143.34 | -140.80 | -160.50 | -98.00 |
| Z | G | 51.93 | 179.00 | -173.80 | 94.90 | -103.60 | -64.80 | 58.70 |
| A | A | -51.70 | 174.80 | 41.70 | 79.08 | -147.80 | -75.10 | -157.20 |
| B | A | -29.90 | 136.34 | 31.14 | 143.34 | -140.80 | -160.50 | -98.00 |
| Z | A | - | - | - | - | - | - | - |
| A | T | -51.70 | 174.80 | 41.70 | 79.10 | -147.80 | -75.10 | -157.20 |
| B | T | -29.90 | 136.34 | 31.14 | 143.34 | -140.80 | -160.50 | -97.98 |
| Z | T | - | - | - | - | - | - | - |
| A | C | -51.70 | 174.80 | 41.70 | 79.09 | -147.79 | -75.09 | -157.20 |
| B | C | -29.90 | 136.34 | 31.14 | 143.34 | -140.80 | -160.50 | -97.98 |
| Z | C | -139.50 | -136.77 | 50.87 | 137.60 | -96.50 | 81.97 | -154.30 |
Кроме того, торсионные углы были определены в тРНК с PDB ID: 1FFY. В табл.4 представлены средние значения по 4 нуклеотидам тРНК.
| Нуклеотид | α | β | γ | δ | ε | ξ | χ |
| A | -54,75 | 40,75 | 47,28 | 84,54 | -125,15 | -51,66 | -108,43 |
| C | -21,21 | 68,49 | 44,93 | 84,36 | -150,33 | -61,91 | -162,57 |
| G | -19,12 | -5,58 | 19,32 | 85,29 | -121,35 | -49,14 | -78,26 |
| U | -46,38 | 53,19 | 64,78 | 88,03 | -128,53 | -44,25 | -158,93 |
Согласно результатам в табл. 3 и 4 можно данная тРНК (PDB ID:1FFY) по торсионным углам больше похожа на A-форму ДНК.
Для заданного фрагмента ДНК (PDB ID:1R4O) также были определены торсионные углы и в Excel посчитаны средние значения. Результаты представлены в табл.5. Следует отметить, что не все исходные значения были одинакового знака, некоторые посчитанные средние значения не имеют смысла. Однако можно выделить некоторые "деформированные" (наиболеее отклоняющиеся по одному из углов) нуклеотиды. Данные нуклеотиды можно просмотреть в файле Excel [скачать].
| Нуклеотид | α | β | γ | δ | ε | ξ | χ |
| A | -59,95 | 69,4 | 34,63 | 97,64 | -129,71 | -93,7 | -123,12 |
| C | -46,65 | -41,89 | 67,63 | 106,74 | -129,11 | -90,71 | -131,86 |
| G | -25,29 | -75,69 | 42,89 | 90,94 | -141,18 | -99,75 | -105,58 |
| U | -36,37 | 31,49 | 58,30 | 128,29 | -118,83 | -54,93 | -116,21 |
Упражнение 2. Определение водородных связей в структуре тРНК.
Информация о номерах нуклеотидах в стемах (стеблях) тРНК была извлечена из [out]-файла для структуры 1FFY. Для этого нужно было рассматривать те участки, на которых остатки обеих цепей идут согласно последовательности их номеров. Остальные же участки стемами не являются.
Получено 4 стема, каждый из которых окрашен в свой цвет (остальные же элементы структуры тРНК показаны в белом цвете). Соответствующие номера нуклеотидов можно увидеть на рис. 3.
- голубой: акцепторный стебель
- персиковый: T-стебель
- зеленый: D-стебель
- темно-синий: антикодоновый стебель
- белый: стабилизирующие водородные связи
В данной структуре тРНК встречаются неканонические взаимодействия. Они помечены * и происходят между парами нуклеотидов, изображенных на рис.4.
