на главную
назад

Исследование A- и B- форм ДНК

Команда fiber.

С помощью программы fiber пакета 3DNA построили A и B формы ДНК, последовательность одной из нитей- gatcgatcgatcgatc.
Команда: fiber -x gatc-x.pdb, где x- a или b.
Сохранили структуры, ответив на несколько вопросов, касающихся состава последовательностей и их длин.
Файлы со структурами: A-форма
B-форма

Команда Rasmol и обсуждение результатов

Кроме двух известных форм ДНК нам была предложена структура для исследования - dna30. (dna30.pdb).
С помощью программы Rasmol определили несколько важных параметров, необходимых для исследования неизвестной ДНК.
   A-форма B-форма Файл dna30.pdb
Тип спирали Правая Правая Правая  
 Шаг спирали 28.028 33.752 33.347  
Число оснований на виток
 11 10 10  
Ширина большой бороздки 16.808 17.216 17.315(от фосфата 5 основания цепи В) 17.009(от фосфата 6 основания цепи В)
 Ширина малой бороздки 7.985 11.694 13.238(от фосфата 1основания цепи А) 13.949(от фосфата 2 основания цепи А)

Проанализируем полученную таблицу.
Сначала мы исследовали две формы ДНК: А и В. Можно сказать, что эти формы сходны по типу спирали, но отличаются по шагу, числу оснований в витке, ширине бороздок. Кроме того следует заметить, что в форме А глубина большой бороздки больше, чем радиус всей спирали. Это приводит к возникновению отверстия, которое видно, если смотреть с торца. Такое различие в структуре порождается различием в геометрии остова ДНК, а именно в стерике сахара: в А-форме атом С3' находится вне плоскости кольца дезоксирибозы (3' - эндо конформация), а в В-форме - атом С2' (2' - эндо конформация)(более подробный разбор следует далее). Важно заметить, что ширины малой и большой бороздок не изменяется от одного нуклеотидного остатка к другому.
Теперь взглянем на исследуемую ДНК (dna30).

  • Она, как и обе формы - правая.
  • Если смотреть с торца dna30 сходна с В - формой (нет отверстия).
    A-форма B-форма dna30
    Да и по другим параметрам очевидно сходство с В - формой:
  • шаг спирали отличается лишь на 0.405 ангстрем (от шага спирали А - формы отличие в 5.318 ангстрем)
  • одинаковое число оснований в витке
  • ширина большой бороздки почти такое же, как в B-форме.
  • ширина маленькой бороздки отличается больше, но это отличие несравнимо меньше отличия размеров мал. бороздок А-формы и исследуемой ДНК.

    Заметим очень интересный факт, при измерении величины борозд исследуемой dna30 расстояние меняется от остатка к остатку, в то время как у А- и В- форм такого не наблюдается. Это говорит о том, что fiber строит "идеальные" цепи, а структура dna30, полученная экспериментальным путем учитывает взаимодействия ДНК с другими соединениями, учитывает действие внешних природных факторов. Поэтому, скорее всего, структура dna30 отображена более реально.

    К этим всем исследованиям добавим еще одно, очень интересное, связанное с формированием спирали той или иной формы Обратим внимание на строение остова всех трёх структур, для этого выделим один нуклеотидный остаток для каждой структуры.
    А-формаB-формаdna30

    Как видно из картинок, сделанных с помощью Rasmol, в цикле дезоксирибозы у разных форм наблюдается разное расположение атомов:

  • у А-формы С3* атом находится вне плоскости цикла(3'-эндо конформация),
  • у В-формы - С2* атом (2'-эндо конформация),
  • это расположение атомов вносит вклад в формировании той или иной структуры,
  • в нуклеотидном остатке dna30 в цикле дезоксирибозы вне плоскости сахара лежит С2* атом, как в В-форме (ещё один сходный признак).

    Программа find_pair, торсионные углы.

    Сначала для каждого файла со структурами запустили программы find_pair и analyze:
    find_pair -t XXXX.pdb stdout | analyze, где XXXX- имя файла.
    Получили среди многих файлов нужные для рассмотрения XXXX.out
    В них в поле Main chain and chi torsion angles нашли значения торсионных углов.
    Note:
    alpha: O3'(i-1)-P-O5'-C5'
    beta: P-O5'-C5'-C4'
    gamma: O5'-C5'-C4'-C3'
    delta: C5'-C4'-C3'-O3'
    epsilon: C4'-C3'-O3'-P(i+1)
    zeta: C3'-O3'-P(i+1)-O5'(i+1)
    chi for pyrimidines(Y): O4'-C1'-N1-C2
    chi for purines(R): O4'-C1'-N9-C4

    Значения торсионных углов
    A-формаB-форма
    Strand I
  base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
   1 G     ---    174.8    41.7    79.0  -147.8   -75.1  -157.2
   2 A    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   3 T    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   4 C    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   5 G    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   6 A    -51.7   174.8    41.7    79.0  -147.8   -75.1  -157.2
   7 T    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   8 C    -51.7   174.8    41.7    79.0  -147.8   -75.0  -157.2
   9 G    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  10 A    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  11 T    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  12 C    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.7   -75.1  -157.2
  13 G    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  14 A    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  15 T    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  16 C    -51.7   174.8    41.7    79.1    ---     ---   -157.2

Strand II
  base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
   1 C    -51.7   174.8    41.7    79.0    ---     ---   -157.2
   2 T    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   3 A    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   4 G    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   5 C    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   6 T    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   7 A    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   8 G    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
   9 C    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  10 T    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  11 A    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  12 G    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  13 C    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  14 T    -51.7   174.8    41.7    79.1  -147.8   -75.1  -157.2
  15 A    -51.7   174.8    41.7    79.0  -147.8   -75.1  -157.2
  16 G     ---    174.8    41.7    79.1  -147.7   -75.1  -157.2 

    Strand I
  base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
   1 G     ---    136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
   2 A    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
   3 T    -29.9   136.3    31.1   143.3  -140.8  -160.5   -97.9
   4 C    -29.9   136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
   5 G    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
   6 A    -29.9   136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
   7 T    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
   8 C    -29.9   136.3    31.1   143.3  -140.8  -160.5   -97.9
   9 G    -29.9   136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
  10 A    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
  11 T    -29.9   136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
  12 C    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
  13 G    -29.9   136.3    31.1   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
  14 A    -29.9   136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
  15 T    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
  16 C    -29.9   136.4    31.1   143.4    ---     ---    -98.0

Strand II
  base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
   1 C    -29.9   136.4    31.1   143.4    ---     ---    -98.0
   2 T    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
   3 A    -29.9   136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
   4 G    -29.9   136.3    31.1   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
   5 C    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
   6 T    -29.9   136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
   7 A    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
   8 G    -29.9   136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
   9 C    -29.9   136.3    31.1   143.3  -140.8  -160.5   -97.9
  10 T    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
  11 A    -29.9   136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
  12 G    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
  13 C    -29.9   136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
  14 T    -29.9   136.3    31.1   143.3  -140.8  -160.5   -97.9
  15 A    -29.9   136.3    31.2   143.3  -140.8  -160.5   -98.0
  16 G     ---    136.4    31.1   143.4  -140.8  -160.5   -98.0
    dna30
    Strand I
  base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
   1 A     ---     ---     175.9  139.2   172.7   -97.2  -108.0
   2 C    -60.5  -168.7    51.6   138.8  -166.6   -96.6  -105.8
   3 C    -52.9   172.7    34.8   120.4  -176.8   -93.0  -109.8
   4 G    -60.3   174.8    50.1   137.1  -148.8   -169.7 -92.7
   5 A    -48.3   149.6    46.2   142.2  -172.2   -86.1  -111.6
   6 C    -63.9   175.5    47.0   110.5  -174.8   -85.3  -119.9
   7 G    -61.4   172.7    46.2   112.1   176.9   -91.9  -115.0
   8 T    -54.9   176.4    45.2   115.6   178.3   -90.5  -117.1
   9 C    -53.6   162.9    48.2   86.2   -166.4   -83.6  -141.6
  10 G    -56.6   177.6    57.4   140.1  -178.9   -93.2  -107.5
  11 G    -68.4  -175.3    48.7   119.0   178.6   -87.7  -116.0
  12 T    -72.3   173.7    58.5   84.9    ---     ---    -137.5


Strand II
  base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
   1 T    -72.0   173.8    51.7    83.4    ---     ---   -136.7
   2 G    -57.6  -177.5    32.5   138.1  -179.2   -91.4  -104.7
   3 G    -64.4   154.4    43.3   146.4  -170.2  -106.8  -100.0
   4 C    -60.3   171.9    40.2   141.0  -129.4  -178.4   -81.9
   5 T    -57.9  -175.7    49.4   132.3  -168.6   -90.7  -108.3
   6 G    -73.5   141.4    39.5   132.3  -176.3  -100.7  -113.3
   7 C    -66.5   172.6    38.7   138.1   -96.5   169.9   -88.6
   8 A    -55.7   175.8    46.0   140.7  -162.8   -87.8  -116.3
   9 G    -75.3   173.2    48.1   135.6  -171.1  -134.7   -98.2
  10 C    -54.7   163.3    48.0   117.8  -164.8   -84.0  -120.7
  11 C    -68.8   178.3    55.2   124.3  -160.4  -112.9  -111.3
  12 A     ---     ---   -175.2   148.2  -177.3   -83.8  -109.3
    Из данных таблиц видно, что у А- и В- форм ДНК углы alpha, beta, gamma, epsilon примерно сходны. У dna30 также данные углы такие же. А вот углы delta, zeta, chi расходятся довольно значительно у А- и В- форм. dna30 по этим угам близка к В-форме. Это еще раз доказывает близость этих структур.

    Изображение стопочных структур с помощью pdb2img
    Стопочные структуры для А-формы
    Вид с торцаВид сбоку
    Стопочные структуры для B-формы
    Вид с торцаВид сбоку
    Стопочные структуры для dna30
    Вид с торцаВид сбоку

    Все полученные изображения еще раз доказывают большое сходство dna30 и В-формы ДНК.
    ©Ивин Юрий