Занятие 2. Отчет "Исследование структуры тРНК"

  1. Краткое описание структуры в файле 1QRT.pdb

    2. В файле 1QRT.pdb
    приведены координаты атомов следующих молекул:
    GLUTAMINYL-TRNA SYNTHETASE (цепь A)- 1 молекула
    GLUTAMINE TRANSFER RNA (цепь B) - 1 молекула
    ATP (ADENOSINE-5'-TRIPHOSPHATE) - 1 молекула
    Вода (H20) - 72 молекулы

    Организм: ESCHERICHIA COLI;
    Для исследования была выбрана цепь B, представляющая собой глутамин-тРНК со следующей последовательностью:

    [2] 5' -
    UGGGGUAUCGCCA
    AGCGGUAAGGCAC
    CGGAUUCUGAUUC
    CGGCAUUCCGAGG
    UUCGAAUCCUCGU
    ACCCCAGCCA
    - 3' [76],

    где 2 и 76 - номера первого и последнего нуклеотида.
    В последовательности на 3'-конце имеется триплет CCA, к которому присоединяется аминокислота - глутамтин. В PDB-файле приведены координаты его атомов.

  2. Исследование вторичной структуры

    3. С помощью программы find_pair пакета 3DNA были получен следующий файл:trna_old.out, где были определены возможные водородные связи между азотистыми основаниями: 
    RMSD of the bases (----- for WC bp, + for isolated bp, x for helix change)

            Strand I                    Strand II          Helix
   1   (0.007) B:...2_:[..G]G-----C[..C]:..71_:B (0.005)     |
   2   (0.006) B:...3_:[..G]G-----C[..C]:..70_:B (0.008)     |
   3   (0.007) B:...4_:[..G]G-----C[..C]:..69_:B (0.004)     |
   4   (0.010) B:...5_:[..G]G-----C[..C]:..68_:B (0.010)     |
   5   (0.008) B:...6_:[..U]U-----A[..A]:..67_:B (0.010)     |
   6   (0.013) B:...7_:[..A]Ax----U[..U]:..66_:B (0.005)     |
   7   (0.008) B:..49_:[..C]C-----G[..G]:..65_:B (0.007)     |
   8   (0.009) B:..50_:[..G]G-----C[..C]:..64_:B (0.007)     |
   9   (0.006) B:..51_:[..A]A-----U[..U]:..63_:B (0.009)     |
  10   (0.004) B:..52_:[..G]G-----C[..C]:..62_:B (0.004)     |
  11   (0.011) B:..53_:[..G]G----xC[..C]:..61_:B (0.003)     |
  12   (0.007) B:..54_:[..U]U-*--xA[..A]:..58_:B (0.003)     |
  13   (0.010) B:..55_:[..U]Ux**+xG[..G]:..18_:B (0.010)     x
  14   (0.009) B:..37_:[..A]A-*---U[..U]:..33_:B (0.004)     |
  15   (0.007) B:..38_:[..U]U-*---U[..U]:..32_:B (0.005)     |
  16   (0.005) B:..39_:[..U]U-----A[..A]:..31_:B (0.003)     |
  17   (0.004) B:..40_:[..C]C-----G[..G]:..30_:B (0.009)     |
  18   (0.003) B:..41_:[..C]C-----G[..G]:..29_:B (0.007)     |
  19   (0.005) B:..42_:[..G]G-----C[..C]:..28_:B (0.004)     |
  20   (0.008) B:..43_:[..G]G-----C[..C]:..27_:B (0.007)     |
  21   (0.005) B:..44_:[..C]Cx*---A[..A]:..26_:B (0.005)     |
  22   (0.010) B:..10_:[..G]G-----C[..C]:..25_:B (0.008)     |
  23   (0.005) B:..11_:[..C]C-----G[..G]:..24_:B (0.007)     |
  24   (0.009) B:..12_:[..C]C----xG[..G]:..23_:B (0.007)     |
  25   (0.004) B:..13_:[..A]A-**+xA[..A]:..45_:B (0.006)     |
  26   (0.004) B:..14_:[..A]A-*--xU[..U]:...8_:B (0.011)     |
  27   (0.006) B:..15_:[..G]Gx**+xC[..C]:..48_:B (0.011)     x
  28   (0.014) B:..19_:[..G]Gx---xC[..C]:..56_:B (0.005)     +
  29   (0.003) B:..46_:[..U]U-**+-U[..U]:..47_:B (0.007)     +
    В соответствии с полученными данными и схемой строения тРНК :
    акцепторный стебель состоит из участка 2-7 и комплементарного ему участка 66-71.
    Т-стебель состоит из участка 49-52 и комплементарного ему участка 62-65.
    D-стебель состоит из участка 10-12 и комплементарного ему участка 23-25.
    антикодоновый стебель состоит из участка 39-43 и комплементарного ему участка 27-31.

    Я создала скрипт trna.spt для получения в RasMol изображения остова исследуемой тРНК, где акцепторный стебель выделен красным, Т-стебель - зеленым, D-стебель - синим, антикодоновый - оранжевым.
    Рис.1. Вторичная структура _________тРНК из_____________ Скрипт для получения изображения 
    define acceptor 2-7,66-71    
define t_st 49-52, 62-65     
define d_st 10-12, 23-25     
define anticodon 39-43, 27-31
restrict none                
select all                   
backbone 120                 
color grey                   
background white             
select acceptor              
color red                    
select t_st                  
color green                  
select d_st                  
color blue                   
select anticodon             
color orange

    Структуру стеблевых дуплексов поддерживают 18 канонических пар оснований. Неканонических пар оснований найдено не было.
    Также можно отметить отсутствие остатка тимидина в Т-петле и отсутствие дигидроуридинов в D-петле.
    На следующем рисунке голубым цветом обозначена возможная вариабельная петля (нуклеотиды 44-48):

    Кодоны, кодирующие глутамин, CAA и CAG. Соответственно, антикодоны глутамина: GUU и GUC. На позициях 34-36 расположен триплет GUC, являющийся антикодоном глутамина в данной тРНК. На следующем рисунке он изображен коричневым цветом в шарнирной модели.

    В данной тРНК также есть дополнительные водородные связи, не имеющие отношения стеблям, которые стабилизируют ее третичную структуру: 
      11   (0.011) B:..53_:[..G]G----xC[..C]:..61_:B (0.003)     |
  12   (0.007) B:..54_:[..U]U-*--xA[..A]:..58_:B (0.003)     |
  13   (0.010) B:..55_:[..U]Ux**+xG[..G]:..18_:B (0.010)     x
  14   (0.009) B:..37_:[..A]A-*---U[..U]:..33_:B (0.004)     |
  15   (0.007) B:..38_:[..U]U-*---U[..U]:..32_:B (0.005)     | 
  21   (0.005) B:..44_:[..C]Cx*---A[..A]:..26_:B (0.005)     |
  25   (0.004) B:..13_:[..A]A-**+xA[..A]:..45_:B (0.006)     |
  26   (0.004) B:..14_:[..A]A-*--xU[..U]:...8_:B (0.011)     |
  27   (0.006) B:..15_:[..G]Gx**+xC[..C]:..48_:B (0.011)     x
  28   (0.014) B:..19_:[..G]Gx---xC[..C]:..56_:B (0.005)     +
  29   (0.003) B:..46_:[..U]U-**+-U[..U]:..47_:B (0.007)     +

  3. Исследование третичной структуры

    4. В файле trna_old.out можно найти информацию о вероятных стекинг-взаимодействиях: 
         step      i1-i2        i1-j2        j1-i2        j1-j2        sum
   1 GG/CC  4.24( 2.95)  0.00( 0.00)  0.19( 0.00)  0.39( 0.00)  4.82( 2.95)
   2 GG/CC  3.73( 2.42)  0.00( 0.00)  0.44( 0.00)  0.15( 0.00)  4.32( 2.42)
   3 GG/CC  3.92( 2.54)  0.00( 0.00)  0.41( 0.00)  0.00( 0.00)  4.32( 2.54)
   4 GU/AC  6.54( 3.63)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.14( 2.56) 10.67( 6.19)
   5 UA/UA  0.99( 0.09)  0.00( 0.00)  1.31( 1.04)  0.16( 0.00)  2.45( 1.13)
   6 AC/GU  1.98( 0.78)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.19( 3.15)  8.18( 3.93)
   7 CG/CG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.16( 3.35)  0.00( 0.00)  6.16( 3.35)
   8 GA/UC  4.25( 2.45)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.19( 0.93)  7.44( 3.38)
   9 AG/CU  3.91( 3.53)  0.00( 0.00)  0.14( 0.00)  0.01( 0.00)  4.07( 3.53)
  10 GG/CC  2.66( 1.16)  0.00( 0.00)  1.92( 0.11)  0.00( 0.00)  4.58( 1.27)
  11 GU/AC  6.35( 3.70)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.74( 2.68) 12.09( 6.38)
  12 UU/GA  3.81( 1.83)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.48( 2.48)  8.29( 4.31)
  13 UA/UG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)
  14 AU/UU  4.76( 1.35)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.85( 3.17) 10.62( 4.52)
  15 UU/AU  2.07( 0.74)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.12( 3.41)  7.19( 4.15)
  16 UC/GA  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  2.71( 1.19)  2.71( 1.19)
  17 CC/GG  0.01( 0.00)  0.00( 0.00)  1.39( 0.00)  3.13( 1.62)  4.53( 1.62)
  18 CG/CG  0.59( 0.00)  0.00( 0.00)  4.11( 1.37)  0.40( 0.00)  5.10( 1.37)
  19 GG/CC  1.95( 0.57)  0.00( 0.00)  0.93( 0.00)  0.16( 0.00)  3.04( 0.57)
  20 GC/AC  6.70( 3.73)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.56( 3.63) 12.26( 7.36)
  21 CG/CA  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.15( 0.00)  1.40( 0.80)  1.55( 0.80)
  22 GC/GC  4.71( 1.81)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.10( 3.04) 10.81( 4.85)
  23 CC/GG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.76( 0.00)  2.89( 1.35)  3.64( 1.35)
  24 CA/AG  2.40( 0.85)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  2.40( 0.85)
  25 AA/UA  0.00( 0.00)  1.71( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  1.71( 0.00)
  26 AG/CU  4.24( 1.52)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.24( 1.52)
  27 GG/CC  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)
  28 GU/UC  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)
    Как видно из таблицы, предсказано 28 возможных стекинг-взаимодействий.
    Я исследовала возможные стекинг-взаимодействия между основаниями конца акцепторного стебля и начала Т-стебля. Конец акцепторного стебля и начало Т-стебля представлены следующими динуклеотидными парами: 
       6   (0.013) B:...7_:[..A]Ax----U[..U]:..66_:B (0.005)     | 
   7   (0.008) B:..49_:[..C]C-----G[..G]:..65_:B (0.007)     |
    В файле стекинг-взаимодействий stacking.pdb находим, что паре AC/GU соответствует структура №6. С помощью команд ex_str и stack2img я получила следующее изображение стекинг-взаимодействия данных нуклеотидов:

    Из рисунка видно, что нуклеотиды довольно сильно перекрываются (площадь перекрытия 8.18). Поэтому, вполне вероятно, что это стекинг-взаимодействие существует. 2. Есть ли дополнительные водородные связи между основаниями D- и Т-петель? Если есть, то укажите номера нуклеотидов в структуре, количество канонических и неканонических пар, приведите картинку, иллюстрирующую водородные связи в какой-либо из таких пар, на картинке приведите только основания и их номера.

  4. Предсказание вторичной структуры тРНК

    5. Программа mfold из пакета EMBOSS реализует алгоритм Зукера. После подбора параметра P, выяснилось, что наиболее близкое к реальной струтуре предсказание получается при значении P=11 (при данном занчении mfold выдает 3 возможных предсказывания). Изображение данного предсказывания:

    Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла 1QRT.pdb

    Участок структуры
    		 Позиции в структуре
    (по результатам find_pair    )     		Результаты предсказания
    по алгоритму Зукера
    Акцепторный стебель 5' 2-7 3'
    5' 66-71 3'
    Всего 6 пар     		предсказано 7 пар из 6 реальных (+дополнителяная 8-65)
    D-стебель 5' 10-12 3'
    5' 23-25 3'
    Всего 3 пары     		предсказано 3 пары из 3 реальных
    T-стебель 5' 49-52 3'
    5' 62-65 3'
    Всего 4 пары     		предсказано 5 пар из 4 реальных (+дополнительная)
    Антикодоновый стебель 5' 39-43 3'
    5' 27-31 3'
    Всего 5 пар     		предсказано 5 пар из 5 реальных.
    Общее число канонических пар нуклеотидов 18 20
    Из таблицы можно сделать вывод о том, что алгоритм Зукера предсказывает структуру тРНК с довольно большой точностью.
Меню
· Главная
· Результаты исследований
· Семестры
· Полезные ссылки
 · Контакты
© Ирина Поверенная, 2008-2009