DNA-protein complexes and tRNA

Задание 1.

Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

Упражнение 1.

Команды define RasMol задавать множества атомов.

Множество атомов кислорода рибозы (set1).
Множество атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты (set2).
Множество атомов азота в азотистых основаниях (set3).
Скрипт-файл с определениями этих множеств + cкрипт, дающий последовательное изображение всей структуры, только ДНК в проволочной модели, той же модели, но с выделенными шариками множеством атомов set1, затем set2 и set3.


DNA-protein complex 1DC1 in ribbons model	Only DNA in wireframe model

Set 1 - all ribose oxygenes	Set2 - all phoshpate oxygenes

Set3 - all nitrogenes

Упражнение 2.

Описание ДНК-белковых контактой в заданной структуре.
Сравнение количества контактов разной природы.

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.

Скрипт для получения данных.

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	28	86	134
остатками фосфорной кислоты	34	115	149
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	4	13	17
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	7	20	27

Преобладают неполярные контакты.

Упражнение 3.

Получение популярной схемы ДНК-белковых контактов с помощью программы nucplot.

Программа nucplot, предназначенная для визуализации контактов между ДНК и белком, запускается на сервере kodomo. Программа работает только со старым форматом PDB. Схема контактов будет представлена в формате Postscript (ps).

	mkdir  ~/Term3/Practice3
	mkdir  ~/Term3/Practice3/1dc1
	cd  ~/Term3/Practice3/1dc1
	nucplot 1dc1_old.pdb

Упражнение 4.

Аминокислотный остаток с наибольшим числом указанных на схеме контактов с ДНК - Asn131(A), он образует 4 контакта.
Так как белок не образует никаких особенных паттернов, то видимо, для связывания белка с ДНК служат те остатки, которые образуют больше всего контактов (Arg131, His 253), и следовательно, важны для распознавания последовательности ДНК.

На картинках изображены взаимодействия Arg131:A и (G7:C и A8:C). Видно, что а/о образует 4 связи, 3 из которых полярны. Кроме того, показано расположение этих частей в комплексе: они в самом центре (т.к. ДНК в центре), и могут осуществлять свзять комплекса воедино.

Задание 2.

Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

Так как сначала было ничего не понятно, пришлось почитать статью.
В ней приведена общая схема вторичной структуры тРНК:

Для исследования была выбрана цепь C, представляющая метионил-тРНК с последовательностью:

[1] 5’ CGCGGGG4SUGGAGCAGCCUGGH2UAGCUCGUCGGGOMCUCAUAACCCGAAGAUCGUCGG5MUPSUCAAAUCCGGCCCCCGCAACCA 3’ [76]

Как можно заметить, на 3’-конце есть триплет CCA, к которому присоединяется аминокислота метионин.

В файле 2fmt_old.pdb есть информация о водородные связях:

RMSD of the bases (----- for WC bp, + for isolated bp, x for helix change)

            Strand I                    Strand II          Helix
   1   (0.017) C:...2_:[..G]G-----C[..C]:..71_:C (0.004)     |
   2   (0.006) C:...3_:[..C]C-----G[..G]:..70_:C (0.006)     |
   3   (0.008) C:...4_:[..G]G-----C[..C]:..69_:C (0.005)     |
   4   (0.004) C:...5_:[..G]G-----C[..C]:..68_:C (0.014)     |
   5   (0.009) C:...6_:[..G]G-----C[..C]:..67_:C (0.009)     |
   6   (0.006) C:...7_:[..G]Gx----C[..C]:..66_:C (0.003)     |
   7   (0.005) C:..49_:[..G]G-----C[..C]:..65_:C (0.006)     |
   8   (0.009) C:..50_:[..U]U-*---G[..G]:..64_:C (0.007)     |
   9   (0.006) C:..51_:[..C]C-----G[..G]:..63_:C (0.006)     |
  10   (0.015) C:..52_:[..G]G-----C[..C]:..62_:C (0.002)     |
  11   (0.009) C:..53_:[..G]G----xC[..C]:..61_:C (0.010)     |
  12   (0.013) C:..54_:[5MU]u-**-xA[..A]:..58_:C (0.005)     |
  13   (0.043) C:..55_:[PSU]Px**+xG[..G]:..18_:C (0.007)     x
  14   (0.005) C:..35_:[..A]Ax*---U[..U]:..33_:C (0.005)     |
  15   (0.005) C:..38_:[..A]A-*---c[OMC]:..32_:C (0.009)     |
  16   (0.005) C:..39_:[..C]C-----G[..G]:..31_:C (0.013)     |
  17   (0.006) C:..40_:[..C]C-----G[..G]:..30_:C (0.008)     |
  18   (0.004) C:..41_:[..C]C-----G[..G]:..29_:C (0.006)     |
  19   (0.007) C:..42_:[..G]G-----C[..C]:..28_:C (0.005)     |
  20   (0.004) C:..43_:[..A]A-----U[..U]:..27_:C (0.006)     |
  21   (0.012) C:..44_:[..A]Ax*---G[..G]:..26_:C (0.010)     |
  22   (0.015) C:..10_:[..G]G-----C[..C]:..25_:C (0.007)     |
  23   (0.005) C:..11_:[..A]A-----U[..U]:..24_:C (0.008)     |
  24   (0.007) C:..12_:[..G]G-----C[..C]:..23_:C (0.005)     |
  25   (0.009) C:..13_:[..C]C----xG[..G]:..22_:C (0.004)     |
  26   (0.008) C:..14_:[..A]A-**-xu[4SU]:...8_:C (0.006)     |
  27   (0.007) C:..15_:[..G]Gx**+xC[..C]:..48_:C (0.006)     x
  28   (0.019) C:..19_:[..G]Gx---xC[..C]:..56_:C (0.004)     +
 

Note: This structure contains 17[9] non-Watson-Crick base-pairs.

Здесь показаны взаимодействия не с первого нуклеотида (цитозин), потому что цепь заканчивается аденином, что означает отсутсвие комплементарного взаимодействия.

Стебли

В соответствии с полученными данными, и руководствуясь статьей, можно определить:

Акцепторный стебель состоит из участка 2-6 и комплементарного ему участка 67-71 (голубой)
Т-стебель – 49-53 и комплементарного ему участка 61-65 (оранжевый)
D-стебель – 10-13 и комплементарного ему участка 22-25(фиолетовый)
Антикодоновый стебель – 26-30 и комплементарного ему участка 40-44(зеленый)

Упражнение 1.

Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов.

Программа einverted из пакета EMBOSS позволяет найти инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях. Найдем возможные комплементарные участки в последовательности исследуемой тРНК. Сравним с их описанием, полученным ранее с помощью find_pair.

При параметрах по умолчанию, einverted записывала только пустые файлы. Пришлось поподбирать:

	-gap        [12] Gap penalty              - 12
	-threshold  [50] Minimum score threshold  - 15
	-match      [3] Match score               - 3
	-mismatch   [-4] Mismatch score           - -4

При таком подборе команда выдавала только один стебель - акцепторный, зато точно (6 из 6), правда со смещением одного нуклеотида (но они были одинаковые).

	-gap        [12] Gap penalty              - 5
	-threshold  [50] Minimum score threshold  - 10
	-match      [3] Match score               - 10
	-mismatch   [-4] Mismatch score           - -1

При таком подборе команда выдавала только акцепторный стебель определился так же, но еще добавился D-стебель с угаданными 3 из 4 парами (все 3 угаданные - канонические, 4ая не совсем). Так что хорошо.

	-gap        [12] Gap penalty              - 5
	-threshold  [50] Minimum score threshold  - 5
	-match      [3] Match score               - 5
	-mismatch   [-4] Mismatch score           - -1

При таком подборе команда выдавала не совсем верно акцепторный стебель, добавился D-стебель определился так же, и еще нашелся антикодоновый стебель (3 из 4, 3 из 3 канонических). Так что еще лучше.

Т-стебель никак не искался.

Упражнение 2.

Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера.

Программа mfold из пакета EMBOSS реализует алгоритм Зукера. Постарайтесь подобрать параметры для получения предсказания, наиболее близкого к реальной структуре. Использовала web-версию. Даже не изменяя параметров получила почти точную структуру.

Видно, что нуклеотиды стеблей совпадают с полученными через find_pair, но нумерация почему-то смещена на 1.

Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5'-2-6-3' 5'-67-71-3' Всего 6 пар	6 из 6 (все канонические)	6 из 6
D-стебель	5'-10-13-3' 5'-22-25-3' Всего 4 пары	3 из 4 (все 3 канонические)	4 из 4
T-стебель	5'-49-53-3' 5'-61-65-3' Всего 5 пар	0	5 из 5
Антикодоновый стебель	5'-40-44-3' 5'-26-30-3' Всего 5 пар	3 из 5 (все 3 канонические)	5 из 5
Общее число канонических пар нуклеотидов	23	9	23

Наверх

DNA-protein complexes and tRNA

Задание 1.

Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

Упражнение 1.

Команды define RasMol задавать множества атомов.

Упражнение 2.

Описание ДНК-белковых контактой в заданной структуре.Сравнение количества контактов разной природы.

Упражнение 3.

Получение популярной схемы ДНК-белковых контактов с помощью программы nucplot.

Упражнение 4.

Задание 2.

Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

Стебли

Упражнение 1.

Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов.

Упражнение 2.

Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера.

Описание ДНК-белковых контактой в заданной структуре.
Сравнение количества контактов разной природы.