Комплексы ДНК-белок

Задание 1

Предсказание вторичной структуры заданной тРНК Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов

С помощью программы einverted из пакета EMBOSS были найдены инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях. У данной программы есть несколько параметров:

  • Gap penalty (штраф за пропуск)
  • Minimum score threshold (минимальное количество очков)
  • Mismatch penalty(штраф за несовпадение)
  • Match score (количество очков за совпадение)
    • Параметры подбирались так, чтобы полученное предсказание было наиболее близко к реальной структуре.


    Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера

    С помощью web-сервиса RNAfold был реализован алгоритм Зукера. Результаты предсказания приведениы в табл.1. Изображение полученной структуры приведено на рис.1. Разными цветами обозначена энтропия остатка в данной позиции.

    Рис. 1.Структура тРНК, предсказанная по алгоритму Зукера. Разными цветами обозначена энтропия позиций.


    В табл.1 представлена результаты предсказаний структуры тРНК. Можно заметить, что по алгоритму Зукера полученная структура имеет на 2 канонических пары больше, чем реальная структура. Это отличие наблюдается в антикодоновом стебле. В предсказанной структуре на рис.1 имеется выпетливание, а рядом с ним - остаток уридина, который на этом рисунке отмечен фиолетовым цветом. Это говорит о том, что он находится в очень неустойчивом положении, его энтропия достаточно высока. Возможно в реальной структуре именно из-за этого неусточивого положения уридина более выгодной считается структура с меньшим количеством канонических пар.

    Участок структуры тРНК Позиции в структуре (по результатам find_pair) Результаты предсказания с помощью einverted Результаты предсказания по алгоритму Зукера
    Акцепторный стебель 5'-601-607-3' 5'-666-672-3' Всего 7 пар Предсказано 6/7 пар Предсказано 7/7 пар
    D-стебель 5'-610-613-3' 5'-622-625-3' Всего 4 пары Предсказано 1/4 пар Предсказано 4/4 пар
    Антикодоновый стебель 5'-626-632-3' 5'-638-644-3' Всего 7 пар Предсказано 4/7 пар Предсказано 9/7 пар
    T-стебель 5'-649-653-3' 5'-661-665-3' Всего 5 пар Предсказано 0/5 пар Предсказано 5/5 пар
    Общее число канонических пар нуклеотидов 23 11 25
    Таблица 1. Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла 1c0a.pdb

    Задание 2

    Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

    Исходный ДНК-белковый комплекс - PDB ID: 1LQ1

    Это задание выполнялось с помощью JMol. Вначале был создан скрипт, который в JMol последовательно дает изображение всей структуры, только ДНК в проволочной модели, той же модели но с выделенными шариками множеством атомов set1, затем set2 и set3. Обозначения:

    set 1 - множество атомов кислорода 2'-дезоксирибозы

    set 2- множество атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты

    set 3 - множество атомов азота в азотистых основаниях

    Cсылка на скрипт: script1.txt


    Далее перейдем непосредственно к описанию ДНК-белковых контактов в заданной структуре. Будем считать полярными атомы кислорода и азота, а неполярными - атомы углерода, фосфора и серы. Назовем полярным контактом ситуацию, в которой расстояние между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5A. Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5A. Напишем срипт, который будет учитывать все наши пожелания.

    Итак, результаты представлены в табл.2:

    Контакты атомов белка(цепь D) с Полярные Неполярные Всего
    остатками 2'-дезоксирибозы 1 8 9
    остатками фосфорной кислоты 7 5 12
    остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки 2 12 14
    остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки 0 0 0
    Таблица 2. Контакты разного типа в комплексе 1LQ1.pdb

    Анализируя данную таблицу, можно сделать вывод о том что в образовании ДНК-белковых контактах преимущественно участвуют неполярные атомы 2'-дезоксирибозы, полярные атомы фосфорной кислоты и неполярные атомы азотистых оснований со стороны большой бороздки. Атомы азотистых оснований со стороны малой бороздки вообще не принимают участия в образовании ДНК-белковых контактов.


    Cхема ДНК-белковых контактов

    Для получения популярной схемы ДНК-белковых контактов была использована программа nuclpot. В результате были получены рис.2 - рис.3.


    Рис. 2. Популярная схема ДНК-белковых взаимодействий в структуре 1LQ1 (лист 1) Рис. 3. Популярная схема ДНК-белковых взаимодействий в структуре 1LQ1 (лист 2)

    Аминокиcлотный остаток с наибольшим числом указанных на схеме контактов - Arg211(A). Он образует 3 водородные связи с двумя остатками фосфорной кислоты ДНК.

    Наиболее важным для распознавания последовательности ДНК я считаю остаток Arg217(C), так как он образует водородные связи сразу с двумя цепями ДНК (H и G), причем связывается непосредственно с азотистым основанием.

    Рис. 4.Arg211(A) - аминокислотный остаток с наибольшим числом контактов Рис. 5.Arg217(С) - наиболее важный остаток для распознавания последовательности ДНК



    © Васильева Елена, 2015