С помощью инструментов программы fiber пакета 3DNA были сгенерированы структуры A-, B- и Z-формы дуплекса ДНК, последовательность одной из нитей которого представляет собой 5 раз повторенную последовательность "gatc":
fiber -seq=GATCGATCGATCGATCGATC -a gatc-a.pdb
fiber -seq=GATCGATCGATCGATCGATC -b gatc-b.pdb
fiber -z gatc-z.pdb
Полученные модели:
- A-форма: gatc-a.pdb
- B-форма: gatc-b.pdb
- Z-форма: gatc-z.pdb
Задание №2
Следующим шагом с помощью Jmol была визуализирована экспериментальная структура B-формы ДНК. Затем для анализа было выбрано азотистое основание экспериментальной структуры - аденин в положении 5 цепи А. Изображение полученное при помощи MarvinSketch представлено на рисунке 1.
- В сторону большой бороздки обращены атомы: A5.C8, A5.N7, A5.C5, A5.C6, A5.N6, A5.N1.
- В сторону малой бороздки обращены атомы: A5.N9, A5.C4, A5.N3, A5.C2.
| A-форма | B-форма | Z-форма | |
| Тип спирали (правая или левая) | правая | правая | левая |
| Шаг спирали (Å) | 28,03 | 33,75 | 43,50 |
| Число оснований на виток | 11 | 10 | 12 |
| Ширина большой бороздки | 11,21 [DC]4:B.P - [DG]5:A.P |
16,44 [DA]17:B.P - [DG]4:A.P |
18,59 [DG]9:A.P - [DC]30:B.P |
| Ширина малой бороздки | 15,76 [DT]7:B.P - [DG]11:A.P |
9,99 [DT]8:A.P - [DC]21:B.P |
9,87 [DC]36:B.P - [DG]9:A.P |
Задание №3
Анализ структур нуклеиновых кислот с помощью программ пакета 3DNA.
Выданная для анализа структура имеет PDB ID - 1qu2. Файл 1qu2.pdb был скачен с сайта RCSB PDB. Для адаптации файла к пакету программ 3DNA он был переведён в старый формат программой:
remediator --old ''1qu2.pdb'' > ''1qu2_old.pdb''
Для анализа структур нуклеиновых кислот будем использовать программы find_pair и analyze.
1) В первом упражнении нужно определить значения торсионных углов в заданной структуре тРНК, для этого используем конвейер:
find_pair -t 1qu2_old.pdb stdout | analyze
Значения торсионных углов приведены в файле 1qu2_old.out:
Strand I base alpha beta gamma delta epsilon zeta chi 1 G --- --- 65.3 85.4 -147.1 -75.8 178.8 2 G -77.3 -174.1 57.4 83.3 -148.8 -84.7 -167.5 3 G -66.7 175.0 50.9 81.3 -138.0 -81.6 -160.8 4 C -53.9 159.8 46.5 77.9 -151.9 -71.3 -152.9 5 U -50.3 170.2 53.9 81.9 -157.4 -80.6 -163.5 6 U -74.3 -177.7 60.3 82.8 -153.2 -85.0 -162.5 7 G -56.7 161.7 69.8 113.6 -71.3 -85.1 -154.5 8 G 33.0 -172.5 44.5 81.6 -149.9 -66.4 179.0 9 G -64.9 -177.9 53.3 83.0 -145.9 -76.4 -172.9 10 U -59.7 173.5 49.0 80.9 -153.1 -72.7 -162.6 11 G -45.1 166.8 45.2 82.3 -171.7 -70.1 -157.0 12 G 152.4 -163.7 -179.4 85.6 -145.1 -65.6 179.6 13 U -70.2 -174.7 45.3 82.8 -131.6 -63.3 -161.4 14 U -69.2 170.7 52.6 81.7 -136.5 -79.2 -152.0 15 U -82.9 126.2 56.5 114.1 -68.4 97.1 -150.8 16 A -102.9 109.6 144.5 82.7 -132.9 -60.5 176.4 17 G -58.0 179.6 42.7 79.9 -159.1 -71.9 -177.7 18 G -66.7 -175.0 55.5 82.5 -149.0 -72.3 -174.4 19 G -58.2 173.5 53.9 82.0 -146.9 -85.4 -168.8 20 U -59.6 159.2 62.3 83.9 -154.7 -61.9 -166.5 21 G -66.9 176.4 56.5 84.2 -165.7 -81.7 -159.8 22 A -47.4 171.9 46.3 83.9 -166.0 -58.2 -145.1 23 G -155.8 159.2 49.8 87.2 -137.0 -77.1 170.7 24 C -65.5 -179.9 47.2 81.6 -146.5 -79.0 -166.4 25 U -57.4 172.5 47.9 84.0 -158.9 -69.2 -153.7 26 C 144.4 -158.8 -171.4 91.3 -142.0 -82.1 -173.4 27 A 32.7 -161.7 -66.5 92.6 -162.9 -59.0 -160.6 28 G 160.0 -151.0 161.6 88.1 -127.4 152.8 -178.2 29 G 167.3 118.5 -176.0 82.9 -96.9 -90.7 -38.9 30 G -163.5 -135.6 56.9 94.1 51.2 168.8 -89.9
И определить, на какую из форм ДНК больше всего похожи тяжи этой структуры. Для этого для сначала определим, какие из приведённых выше нуклеотидов образуют тяжи. Обратимся к соответствующей таблице из того же файла:
Strand I Strand II Helix
1 (0.003) ....>T:...1_:[..G]G-----C[..C]:..72_:T<.... (0.003) |
2 (0.008) ....>T:...2_:[..G]G-----C[..C]:..71_:T<.... (0.005) |
3 (0.007) ....>T:...3_:[..G]G-----C[..C]:..70_:T<.... (0.004) |
4 (0.009) ....>T:...4_:[..C]C-----G[..G]:..69_:T<.... (0.007) |
5 (0.007) ....>T:...5_:[..U]U-*---G[..G]:..68_:T<.... (0.009) |
6 (0.006) ....>T:...6_:[..U]U-----A[..A]:..67_:T<.... (0.004) |
7 (0.008) ....>T:...7_:[..G]G-----C[..C]:..66_:T<.... (0.002) |
8 (0.006) ....>T:..49_:[..G]G-*---U[..U]:..65_:T<.... (0.005) |
9 (0.005) ....>T:..50_:[..G]G-----C[..C]:..64_:T<.... (0.002) |
10 (0.003) ....>T:..51_:[..U]U-----A[..A]:..63_:T<.... (0.001) |
11 (0.004) ....>T:..52_:[..G]G-----C[..C]:..62_:T<.... (0.004) |
12 (0.007) ....>T:..53_:[..G]G-----C[..C]:..61_:T<.... (0.002) |
13 (0.005) ....>T:..54_:[..U]U-**--A[..A]:..58_:T<.... (0.007) |
14 (0.008) ....>T:..55_:[..U]U-**+-G[..G]:..18_:T<.... (0.011) x
15 (0.011) ....>T:..36_:[..U]U-**+-U[..U]:..33_:T<.... (0.005) |
16 (0.013) ....>T:..38_:[..A]A-**--C[..C]:..32_:T<.... (0.003) |
17 (0.012) ....>T:..39_:[..G]G-----C[..C]:..31_:T<.... (0.007) |
18 (0.004) ....>T:..40_:[..G]G-----C[..C]:..30_:T<.... (0.004) |
19 (0.004) ....>T:..41_:[..G]G-----C[..C]:..29_:T<.... (0.009) |
20 (0.007) ....>T:..42_:[..U]U-----A[..A]:..28_:T<.... (0.008) |
21 (0.007) ....>T:..43_:[..G]G-----C[..C]:..27_:T<.... (0.005) |
22 (0.009) ....>T:..44_:[..A]A-**--G[..G]:..26_:T<.... (0.011) |
23 (0.005) ....>T:..10_:[..G]G-----C[..C]:..25_:T<.... (0.005) |
24 (0.005) ....>T:..11_:[..C]C-----G[..G]:..24_:T<.... (0.010) |
25 (0.004) ....>T:..12_:[..U]U-----A[..A]:..23_:T<.... (0.008) |
26 (0.006) ....>T:..13_:[..C]C-----G[..G]:..22_:T<.... (0.004) |
27 (0.003) ....>T:..14_:[..A]A-**--U[..U]:...8_:T<.... (0.007) |
28 (0.006) ....>T:..15_:[..G]G-**+-C[..C]:..48_:T<.... (0.008) x
29 (0.005) ....>T:..16_:[..G]G-**--U[..U]:..17_:T<.... (0.003) +
30 (0.008) ....>T:..19_:[..G]G-----C[..C]:..56_:T<.... (0.004) +
Уберём неканонические пары и найдём медианы оставшихся углов. Также найдём углы для A-, B- и Z-форм ДНК. Пример для A-формы:
find_pair -t gatc-a.pdb stdout | analyze
Значения всех углов приведены в таблице 2.
| alpha | beta | gamma | delta | epsilon | zeta | chi | |
| A-DNA | -51.7 | 174.8 | 41.7 | 79.1 | -147.8 | -75.1 | -157.2 |
| B-DNA | -29.9 | 136.3 | 31.1 | 143.3 | -140.8 | -160.5 | -98 |
| Z-DNA | -139.5 | 21.15 | -61.5 | 116.25 | -103.6 | -64.8 | -47.8 |
| 1qu2_RNA | -59.65 | 159.5 | 50.9 | 83 | -148.8 | -76.4 | -162.5 |
Согласно таблице 2 все значения торсионных углов (кроме угла β, который занимает промежуточное значение между формами A и B) находятся ближе к значениям углов структуры A-формы ДНК. Это подтверждается и разделом "Classification of each dinucleotide step in a right-handed nucleic acid structure", в котором отмечены только А-подобные структуры.
2) Далее необходимо определить структуру водородных связей между основаниями. Таблица, взятая изтого же файла - 1qu2_old.out,
описывающая все водородные связи в данной структуре тРНК, представлена на рисунке 2.
На рисунке 2 отмечены 4 стебля с координатами:
- 1..7 — 72..66
- 50..53 — 64..61
- 39..43 — 31..27
- 10..13 — 25..22
Выявлены 10 неканонических пар с координатами:
- 5U — 68G
- 49G — 65U
- 54U — 58A
- 55U — 18G
- 36U — 33U
- 38A — 32C
- 44A — 26G
- 14A — 8U
- 15G — 48C
- 16G — 17U
Если стабилизирующими водородными связями в тРНК являются только комплиментарные пары, то в данной структуре 4 таких пары, и только одна из которых каноническая (четвёрая):
- 54U - 58A
- 14A - 8U
- 15G - 48C
- 19G - 56G