Заданием этого практикума было освоение программы MarvinSketch. Скачать файл с выполненными заданиями практикума модно по ссылке.
В упражнении 1 требовалось нарисовать несколько структур. Результат представлен на рисунке 1. Ярко-красным выделены N-гликозидные связи (и образующие их атомы).
Рисунок 1
В упражнении 2 надо было нарисовать участок двухцепочечной ДНК, который представлял бы собой копию соответствующей картинки из презентации. Результат представлен на рисунке 2.
Рисунок 2
Дополнительное задание состояло в том, чтобы нарисовать в MarvinSketch каноническую и неканонические пары к выданному азотистому основанию (в моем случае это был тимин) и решить, какие из приведенных пар наиболее вероятны (помимо канонической).
Чтобы понять, насколько вероятно образование какой-то определенной пары, надо обращать внимание на следующие параметры (как минимум): число водородных связей, расстояние между двумя цепями, положение дезоксирибозы относительно азотистого основания. Число водородных связей на всех парах получилось одинаковым: 2 связи. А вот последние два параметра различаются. При этом они крайне важны, потому что иначе структура ДНК в месте данной пары будет сильно отличаться от структуры вокруг, что явно не способствует устойчивости (например, фосфат просто не впишется в остов вокруг).
| Пары Т-А |  |  |
| Рисунок 1. Каноническая пара нуклеотидов Т-А. | Рисунок 2. Неканоническая пара Т-А №1 | |
 |  | |
| Рисунок 3. Неканоническая (Хугстиновская) пара Т-А №2. | Рисунок 4. Неканоническая пара Т-А №3 |
Что можно сказать про вероятность образования этих пар? Понятно, что чаще всего образуется собственно каноническая пара. Поэтому остальные имеет смысл с ней сравнивать: чем больше сходство, тем больше вероятность. Больше всего отличается пара №3: в ней больше всего отличается положение сахаро-фосфатного остова относительно основания - шестичленное кольцо аденина сильно выпирает, оказываясь не внутри двухцепочечной спирали, а на периферии - на уровне остова (смотря на рисуно 4 надо принимать во внимание, что фосфт правого нуклеотида смотрит на нас). Вряд ли неприкрытое остовом основание это хорошо. В паре №1 изменение положения дезоксирибозы меньше, но оно тоже есть (на картинке это не показано, но N-гликозидная связь отходит под другим углом к азоту). В Хугстиновской же паре изменяется только положение азотистого основания. Поэтому она, скорее всего, будет образововаться чаще остальных неканонических.
| Пары Т-G |  |  |
| Рисунок 5. Неканоническая пара Т-G №1 | Рисунок 6. Неканоническая пара Т-G №2 | |
 |  | |
| Рисунок 7. Неканоническая пара Т-G №3 | Рисунок 8. Неканоническая пара Т-G №4 |
Здесь меньше всего изменено положение дезоксирибозы и фосфата в парах №1 и №4. При это в паре №4 доноры и акцепторы разных оснований не симметричны (основания не так хорошо подходят друг под друга) и расстояние между двумя связями в одном основании больше, чем в другом. Поэтому скорее всего в паре №4 водородные связи будут длиннее, а вся структура - менее устойчива, чем в паре №1.
| Пары Т-Т |  |  |
| Рисунок 9. Неканоническая пара Т-Т №1 | Рисунок 10. Неканоническая пара Т-Т №2 |
Теперь мы переходим к рассмотрению пар пиримидин-пиримидин. Следует сказать, что такие пары будут менее устойчивы, чем пары пиримидин-пурин, потому что они будут достаточно сильно отличаться по расстоянию между двумя цепями от канонических пар. То есть для образования водородных связей будет необходимо сближение двух цепей в месте конкретно этой пары оснований. А такой прогиб сахаро-фосфатного будет, естественно, менее устойчив, чем его отсутствие.
Сравнивать приведенные пары довольно сложно, водородные связи в них одинаково симметричны. У меня есть ощущение, что пара №2 лучше впишется в двухцепочечную ДНК, т. к. ее геометрия больше похожа на геометрию конанической пары - например, атомы тимина, образующие водородные связи те же, а не другие.
| Пары Т-С |  |  |
| Рисунок 11. Неканоническая пара Т-С №1 | Рисунок 12. Неканоническая пара Т-С №2 |
Здесь помимо проблем, связанных с образованием пиримидин-пиримидиновых пар (см выше), еще появляются два близко расположенных кислорода. Причем оба они имеют две неподеленные электронные пары. То есть они будут довольно сильно отталкиваться, чем уменьшат выгодность образования таких пар. По геометрии скорее подойдет вторая пара: атомы тимина, образующие водородную связь, и расположение дезоксирибозы относительно основания совпадают с таковыми у канонической пары.
Неканонические пары могут образовываться и с таутомерами тимина. Их у него 2 (см рисунок 13). Пары с одним из них приведены ниже.
Рисунок 13. Таутомеры тимина
| Пары Т'-A |  |  | |
| Рисунок 14. Неканоническая пара Т'-A №1 | Рисунок 15. Неканоническая пара Т'-A №2 | ||
| Очевидно, пара №2 лучше встроится в цепь ДНК, потому что у пары №1 дезоксирибоза (на рисунке показана лишь N-гликозидная связь) на аденине слишком сдвинут к центру. Он слишком криво будет цепляться к сахаро-фосфатному остову цепи. | |||
| Пары Т'-G |  |  |  |
| Рисунок 16. Неканоническая пара Т'-G №1 | Рисунок 17. Неканоническая пара Т'-G №2 | Рисунок 18. Неканоническая пара Т'-G №3 | |
| В паре №3 образуется три водородных связей, что делает ее самой вероятной из вообще всех перечисленных здесь. К тому же, положение дезоксирибозы тут тоже подходящее. Наименее вероятной будет пара №1 - опять-таки из-за положения дезоксирибозы: здесь она крепится с диаметрально противоположной стороны. | |||
| Пары Т'-C |  |  | |
| Рисунок 19. Неканоническая пара Т-C №1 | Рисунок 20. Неканоническая пара Т'-C №2 | ||
| В паре №2, в отличие от пары №1, нет выпирающих навстречу друг к другу ахотов между водородными связями. Что, скорее всего, делает длину водородных связей в ней меньше. Так что здесь устойчивее будет пара №2. Тем более она очень просто получается из пары №1. | |||
| Пары Т'-T, T'-T' |  |  |  |
| Рисунок 21. Неканоническая пара Т'-T | Рисунок 22. Неканоническая пара Т'-T' №1 | Рисунок 23. Неканоническая пара Т'-T' №2 | |
| В паре T'-T два кислорода с неподеленными электронными парами находятся близко друг от друга. Поэтому эта пара неустойчива. Пары T'-T очень похожи на пары T'-C (что логично, ведь и -ОН и -NH2 - доноры водорода в связи), и здесь тоже образование второй пары будет вероятнее. | |||
НАЗАД ➜ |
| © <Рюмина Екатерина>, 2017 |