A-, B-, Z-формы ДНК. Структура РНК
1. Модели структур A-, B-, Z-форм ДНК с помощью инструментов пакета 3DNA
С помощью программы fiber пакета 3DNA строю A-, B- и Z-формы дуплекса ДНК. Последовательность одной из нитей A-, B-ДНК - 5 раз повторенные "acgt": acgt-a.pdb, acgt-b.pdb.
Z-ДНК - 10 раз повторенные "gc": gc-z.pdb
2. Средства RasMol (v. 2.7.4) для работы со структурами нуклеиновых кислот
Упр.1
С помощью скриптов (acgt-a.spt, acgt-b.spt, gc-z.spt) получаю следующие структуры:
Сахарофосфатный остов ДНК представлен в проволочной модели и окрашен красным, азотистые основания (вместо нуклеотидов, т.е. всей цепи, зачем ее выделять) - по схеме "shapely", все нуклеотиды с аденином увеличины, сами аденины - светло-фиолетовой окраски (отс. в Z-форме), атомы N7 во всех гуанинах для А- и В-форм увеличены,окрашены синим, для Z-формы дополнительно окрашен светло-зеленым первый по последовательности атом N7.
Упр.2
Нужные файлы PDB: 1F7V.pdb (тРНК), 1RIO.pdb (ДНК-белковый комплекс).
Упр.3
Заданные структуры не имеют разрывов.
Изображения только нуклеиновых кислот в проволочной модели:
Полученные PDB-файлы - 1F7V-RNA.pdb и 1RIO-DNA.pdb. Использовался скрипт na.spt.
3. Сравнение структур 3-х форм ДНК с помощью средств RasMol
Упр.1
Расположение атомов цитозина в A-, B-, Z-формах ДНК
В B-форме:
В сторону большой бороздки обращены атомы с30.c4, с30.n4, с30.c5.
В сторону малой бороздки - c30.n1, c30.c2, c30.o2.
Остальные атомы основания - в плоскости между ними.
В A-форме получилось то же самое:
В сторону большой бороздки обращены атомы с30.c4, c30.n4, с30.c5.
В сторону малой бороздки - c30.n1, c30.c2, c30.o2.
Остальные атомы основания - в плоскости между ними.
В Z-форме:
Для Z-формы характерна только малая бороздка (в одних источниках пишут, что большая отсутствует, в других - что имеются малая и большая, схожие по размерам; мне больше понравился первый вариант, т.к. бороздки в Z-ДНК не достаточно глубокие и визуально более похожи на малые бороздки других форм ДНК). В выбранном цитозине в сторону малой бороздки напавлены атомы c28.n1, c28.c2, c28.o2, c28.n3.
Структуры получены с помощью ChemSketch - cytosine.sk2.
Упр.2
Таблица 1. Сравнение основных спиральных параметров разных форм ДНК
|
A-форма |
B-форма |
Z-форма |
Тип спирали |
Правая |
Правая |
Левая |
Шаг спирали, Å |
28.03 (t8:a.p - g19:a.p) |
33.75 (g19:a.p - a9:a.p) |
43.50 (g19:a.p - g7:a.p) |
Число оснований на виток |
11 |
10 |
12 |
Ширина большой бороздки |
7.98 (t8:a.p - g27:b.p) |
17.21 (g29:b.p - a9:a.p) |
если считать, что она есть, то 18.30 (c10:a.p - c28:b.p) |
Ширина малой бороздки |
16.81 (t8:a.p - g35:b.p) |
11.69 (t36:b.p - a9:a.p) |
9.87 (g7:a.p - c38:b.p) |
Измерения для А-формы (получены с помощью adna.spt):
Немного неожиданным оказалось, что ширина большой бороздки приблизительно в два раза меньше ширины малой.
Слева изображена А-ДНК, атомы представлены в виде Ван-дер-Ваальсовых радиусов. Измеряется ширина более глубокой, следовательно, большой бороздки.
Измерения для B-формы (получены с помощью bdna.spt):
Измерения для B-формы (получены с помощью zdna.spt):
Упр.3
Пользуясь схемой, приведенной слева, определяю торсионные углы в нуклеотиде с30 и записываю данные в таблицу 2.
Таблица 2. Сравнение торсионных углов в структурах А- и В-форм ДНК
| α (P-O5') | β (O5'-C5') | γ (C5'-C4') | δ (C4'-C3') | ε (C3'-O3') | ξ (O3'-P) | χ (C1'-N) | |
| А-ДНК | -51.70o | 174.80o | 41.67o | 79.14o или -159.36o | -147.78o | -75.12o | -157.20o |
| В-ДНК | -29.87o | 136.38o | 31.10o | 143.42o или -92.84o | 140.85o | -160.52o | -97.96o |
Данные значения углов довольно сильно отличаются от приведенных в презентации, они подсчитаны для ДНК, не взаимодействующей с другими молекулами. Скорее всего, в презентации представлены данные для нуклеотида из реальной структуры, где углы варьируют в зависимости от взаимодействий ДНК, например, с белком, или хотя бы с молекулами воды. Плюс при получении структур возможны неточности и артефакты.
4. Определение параметров структур нуклеиновых кислот с помощью программ пакета 3DNA
Для перевода файлов в старый формат использую программу remediator:
Для анализа структур нуклеиновых кислот использую программы find_pair и analyze.
Упр.1. Сравнение значений торсионных углов в структурах А-, В- и Z-форм ДНК
Торсионные углы - torsion.xlsx.
Значения торсионных углов в двух цепях одной формы ДНК практически одинаковы.
Для A-, B- и Z-форм ДНК характерны различные углы наклона нуклеотидных пар, разные расположения оси спирали, длины витков и т.п. Следовательно, торсионные углы также различны. Наиболее близкие по значениям для А и B-форм - углы gamma и epsilon, в наибольшей степени отличаются delta и zeta. В Z-форме, в отличие от A- и B- углы различны для нуклеотидов - одни значения характерны для C, другие - для G.
Значения торсионных углов для тРНК:
Strand I base alpha beta gamma delta epsilon zeta chi 1 P --- 129.3 45.6 87.4 -152.5 -76.1 -158.7 2 U -70.7 -178.3 51.0 84.1 -156.3 -72.8 -165.2 3 C -68.9 174.2 56.4 83.2 -157.5 -73.7 -160.4 4 C -66.9 177.6 56.3 83.2 -154.1 -69.9 -161.1 5 U -60.7 173.2 49.9 84.0 -160.5 -73.9 -156.4 6 C -79.9 177.9 62.5 87.9 -150.4 -81.9 -160.4 7 G -42.8 167.1 57.4 143.8 --- --- -132.7 8 c --- 137.8 34.2 82.8 -151.5 -77.0 -167.2 9 C -63.0 -174.9 47.6 86.0 -158.4 -68.7 -162.0 10 A -67.0 -168.7 41.8 82.5 -162.7 -74.2 -146.4 11 G 142.6 -155.8 -179.7 82.3 -140.6 -79.3 -175.7 12 G -53.1 159.5 57.5 84.8 -150.5 -73.2 179.1 13 u -69.6 -170.8 47.2 82.4 -149.1 -57.0 -153.4 14 P -74.8 -174.3 50.2 88.5 --- --- -149.5 15 C --- -173.8 60.0 84.7 -155.9 -73.9 -170.9 16 C -59.6 170.0 60.4 83.5 -152.3 -73.8 -170.9 17 A -69.8 -176.3 48.9 83.9 -147.3 -68.2 -165.0 18 G -67.9 170.3 56.3 77.6 -160.7 -69.1 -170.9 19 A -57.8 -176.7 51.5 81.4 -149.8 -77.1 -165.3 20 A -64.3 170.2 54.3 83.9 --- --- -154.4 21 g --- 147.9 55.3 86.7 -132.1 -79.5 172.6 22 C -68.9 -179.3 48.7 84.1 -153.1 -74.0 -168.6 23 C -76.0 -170.3 54.1 81.8 -148.9 -62.9 -162.0 24 C -67.3 169.6 65.0 84.8 -174.1 -81.9 -163.7 25 A -63.5 -170.3 57.4 85.8 -155.2 -66.0 -163.2 26 A -64.0 180.0 60.7 144.0 --- --- -126.7 27 G --- -158.1 41.1 144.4 --- --- -76.3 Strand II base alpha beta gamma delta epsilon zeta chi 1 A -67.6 174.8 60.2 84.4 --- --- -157.9 2 A -56.5 161.3 59.3 82.0 -149.9 -73.6 -168.4 3 G -58.9 170.2 55.7 79.3 -147.9 -78.5 -168.3 4 G -65.0 175.1 53.5 80.6 -150.9 -73.7 -168.2 5 G -66.5 178.1 49.0 80.2 -154.0 -67.4 -162.7 6 G -62.5 174.1 46.5 81.7 -158.3 -75.5 -161.0 7 C -55.4 173.2 43.3 82.2 -148.7 -72.8 -158.4 8 G -64.3 -176.6 53.4 82.7 -151.0 -70.1 -161.8 9 G -63.4 168.5 52.3 79.1 -159.6 -69.8 -167.4 10 U -58.6 175.9 47.2 79.7 -149.3 -70.8 -155.4 11 C -68.6 -166.1 44.6 82.2 -151.3 -77.5 -160.3 12 C --- -173.1 42.5 84.9 -155.0 -68.9 -169.4 13 a --- -140.1 59.6 149.9 --- --- -72.4 14 G --- 175.9 -75.7 140.8 --- --- -114.7 15 G -38.7 162.4 42.4 78.0 --- --- -164.2 16 G 153.3 -162.2 174.5 81.7 -129.2 -87.1 -175.1 17 U -61.7 -168.1 37.7 81.2 -169.0 -77.8 -155.5 18 C -69.3 -175.0 47.5 79.6 -157.5 -66.0 -155.9 19 P -60.7 -179.8 47.1 86.5 -150.1 -73.5 -152.8 20 g -60.9 178.6 41.8 80.1 -147.2 -61.9 -160.6 21 C -63.2 -179.4 53.6 81.1 -145.7 -64.2 -173.2 22 G -58.8 169.4 55.7 80.4 -146.6 -65.3 -174.4 23 G 144.9 -174.7 178.9 85.3 -145.0 -73.2 -175.4 24 C --- -169.3 40.6 82.4 -167.7 -62.9 -151.5 25 U --- -167.4 52.6 83.3 --- --- -155.6 26 U --- 170.4 51.8 142.0 --- --- -127.6 27 C --- 161.8 50.7 84.9 --- --- -165.3
Структура похожа на A-ДНК.
Оставшаяся часть задания 4:
© Eugenia Prokhorova 2011