Построенные модели структур A-, B- и Z-формы ДНК с помощью инструментов пакета 3DNA и интерпритации посредством программы Jmol

Задание 1. Модели структур A-, B- и Z-формы ДНК с помощью инструментов пакета 3DNA

Задание выполнено, файлы лежат в директории /home/students/y12/keygen/term3/practice2.

Задание 2. Средства JMol для работы со структурами нуклеиновых кислот(ATGC)

Упр.1. крашенная A_DNA

Упр.2. Структура 1j1u и 1ozj

Упр.3. Проверка структур 1j1u и 1ozj на разрывы

Задание 3. Сравнение структур 3-х форм ДНК с помощью средств JMol

Упр.1. Малые и большие бороздки

Положение атомов тимина относительно бороздок ДНК в В-форме.

В А-форме наблюдается положение атомов тимина, противоположное В-форме. Тимин в Z-форме рассмотреть не удастся, так как в этой форме присутствуют только гуанин и цитозин, поэтому рассмотрим близкое к тимину пиримидиновое основание - Цитозин (С4). В нем к большой бороздке больше обращены атомы С4,N3,C4,N4,C5, а к малой бороздке - N1,C2,O2,C6.

Упражнение 2

	A-форма	B-форма	Z-форма
Тип спирали(левая или правая)	Правая	Левая	Левая
Шаг спирали(A)	28.03	33.75	43,50
Число оснований на виток	11	10	12
Ширина большой бороздки	16,97	17,91	23,51
Ширина малой бороздки	7,98	11,69	18,30

Упражнение 3

Торсионные углы измерялись у тимина 7

	α P-O5'	β O5'-C5'	γ C5'-C4'	σ C4'-C3'	ε C3'-O3'	ζ O3'-P	χ C1'-N
A-DNA	-51,68	174,80	41,70	79,07	147,75	-75,11	-157,23
A-DNA (презентация)	-62	173	52	88/3	178	-50	-160
B-DNA	-29,87	136,37	31,10	143,42	-140,77	-160,52	-98,95
B-DNA (презентация)	-63	171	54	123 /131	155	-90	-117

Задание 4. Определение параметров структур нуклеиновых кислот с помощью программ пакета 3DNA

Упражнение 1

Значения торсионных углов для А, В, Z-форм, тРНК и ДНК были получены с помощью команд find_pair и analyze пакета X3DNA.

Значения торсионных углов в А и В формах для всех нуклеотидов одинаковы, в Z-форме углы для G и C имеют разные значения.

	α P-O5'	β O5'-C5'	γ C5'-C4'	σ C4'-C3'	ε C3'-O3'	ζ O3'-P	χ C1'-N
A-форма	-51.7	174.8	41.7	79.1	-147.8	-75.1	-157.2
B-форма	-29.9	136.3	31.2	143.3	-140.8	-160.5	-98.0
Z-форма (для гуанинов)	51.9	179	-173.8	94.9	-103.6	-64.8	58.7
Z-форма (для цитозинов)	-139.5	-136.8	50.8	137.6	-96.5	82.0	-154.3

Из таблицы видно, что значения углов почти совпадают со значениями, посчитанными в Задании 2.

Значения торсионных углов для тРНК 1QTQ:

 Strand I
  base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
   1 G     ---     ---   -176.7    86.5  -135.0   -75.5   176.3
   2 G    -80.2   177.0    60.7    82.4  -159.9   -71.4  -167.4
   3 G    -47.6   172.5    47.1    82.9  -157.8   -61.2  -162.7
   4 G    163.0   177.5   174.7    83.7  -143.5   -72.1  -171.5
   5 U    -59.2   179.0    48.6    82.3  -175.7   -62.0  -158.1
   6 A   -172.2  -178.4   172.6   145.4    ---     ---   -143.3
   7 C     ---    171.9    49.0    86.8  -147.8   -70.9  -169.6
   8 G    -60.2  -179.7    46.1    81.7  -158.2   -68.3  -156.6
   9 A    -63.9  -178.5    46.4    83.4  -169.2   -77.6  -150.6
  10 G    158.1  -165.5   167.8    82.7  -135.7   -69.0  -176.0
  11 G    -53.8   174.4    50.0    81.6  -157.8   -66.7  -170.0
  12 U    -61.8  -175.8    51.6    84.5  -144.5   -66.7  -159.3
  13 U    -72.5   178.4    51.4    85.5    ---     ---   -148.9
  14 A     ---   -164.8    48.3    83.3  -148.3   -57.1  -173.6
  15 U    -62.6  -179.0    52.5    83.7  -140.3   -65.6  -174.8
  16 U    -60.7   168.5    52.5    86.6  -153.0   -57.4  -155.8
  17 C    -62.1   171.2    55.1    86.8  -110.9  -147.9  -175.0
  18 C    116.1  -118.6   167.3    83.8  -137.2   -72.2  -174.8
  19 G    -62.4   172.1    44.6    79.5  -148.6   -76.9  -175.6
  20 G    -54.8   179.5    51.9    82.4  -157.3   -62.5  -156.4
  21 C    -64.7  -178.5    48.7    83.5    ---     ---   -143.8
  22 G     ---    177.5    55.3    89.4  -149.1   -70.1   179.9
  23 C    -68.8  -172.2    48.7    84.5  -160.2   -68.1  -158.6
  24 C    149.6  -173.8   179.0    84.8  -136.7   -59.2  -171.1
  25 A    -52.3   172.5    49.6    82.9   179.8   -79.0  -155.8
  26 A    172.2  -178.1   171.9    88.4  -125.5   -52.4  -174.9
  27 G    -45.7   169.2    46.0   146.2    ---     ---   -114.2
  28 G     ---    159.6    58.3   145.9    ---     ---    -94.0

Значения большинства торсионых углов близки к таковым у A-формы ДНК.

Упражнение 2

С помощью тех же команд, что и в упражнении 1, была получена информация о водородных связях, имеющая следующий вид:

            Strand I                    Strand II          Helix
   1   (0.005) B:.902_:[..G]G-----C[..C]:.971_:B (0.004)     |
   2   (0.007) B:.903_:[..G]G-----C[..C]:.970_:B (0.005)     |
   3   (0.009) B:.904_:[..G]G-----C[..C]:.969_:B (0.003)     |
   4   (0.003) B:.905_:[..G]G-----C[..C]:.968_:B (0.005)     |
   5   (0.006) B:.906_:[..U]U-----A[..A]:.967_:B (0.004)     |
   6   (0.004) B:.907_:[..A]Ax----U[..U]:.966_:B (0.002)     |
   7   (0.002) B:.949_:[..C]C-----G[..G]:.965_:B (0.003)     |
   8   (0.003) B:.950_:[..G]G-----C[..C]:.964_:B (0.003)     |
   9   (0.003) B:.951_:[..A]A-----U[..U]:.963_:B (0.002)     |
  10   (0.008) B:.952_:[..G]G-----C[..C]:.962_:B (0.003)     |
  11   (0.004) B:.953_:[..G]G----xC[..C]:.961_:B (0.004)     |
  12   (0.002) B:.954_:[..U]U-**-xA[..A]:.958_:B (0.004)     |
  13   (0.004) B:.955_:[..U]Ux**+xG[..G]:.918_:B (0.013)     x
  14   (0.002) B:.937_:[..A]A-*---U[..U]:.933_:B (0.004)     |
  15   (0.006) B:.938_:[..U]U-*---U[..U]:.932_:B (0.004)     |
  16   (0.003) B:.939_:[..U]U-----A[..A]:.931_:B (0.004)     |
  17   (0.006) B:.940_:[..C]C-*---G[..G]:.930_:B (0.010)     |
  18   (0.006) B:.941_:[..C]C-----G[..G]:.929_:B (0.003)     |
  19   (0.007) B:.942_:[..G]G-----C[..C]:.928_:B (0.003)     |
  20   (0.006) B:.943_:[..G]G-----C[..C]:.927_:B (0.004)     |
  21   (0.005) B:.944_:[..C]Cx*---A[..A]:.926_:B (0.009)     |
  22   (0.005) B:.910_:[..G]G-----C[..C]:.925_:B (0.003)     |
  23   (0.006) B:.911_:[..C]C-----G[..G]:.924_:B (0.008)     |
  24   (0.008) B:.912_:[..C]C----xG[..G]:.923_:B (0.005)     |
  25   (0.003) B:.913_:[..A]A-**+xA[..A]:.945_:B (0.005)     |
  26   (0.004) B:.914_:[..A]A-**-xU[..U]:.908_:B (0.009)     |
  27   (0.020) B:.915_:[..G]Gx**+xC[..C]:.948_:B (0.003)     x
  28   (0.008) B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.003)     +

В соответствии с полученными данными определяем, что:

Акцепторный стебель состоит из оснований 2-7 и комплементарных им 66-71;

Дигидроуридиновый стебель из 10-12 и 23-25;

Антикодоновый стебель из 37-44 и 26-33;

Т-стебель из 49-53 и 61-65.

Так же были найдены неканонические пары:

	13   (0.004) B:.955_:[..U]Ux**+xG[..G]:.918_:B (0.013)     x
	15   (0.006) B:.938_:[..U]U-*---U[..U]:.932_:B (0.004)     |
    21   (0.005) B:.944_:[..C]Cx*---A[..A]:.926_:B (0.009)     |
	25   (0.003) B:.913_:[..A]A-**+xA[..A]:.945_:B (0.005)     |

и дополнительные пары, стабилизирующие структуру:

   12   (0.002) B:.954_:[..U]U-**-xA[..A]:.958_:B (0.004)     |
   26   (0.004) B:.914_:[..A]A-**-xU[..U]:.908_:B (0.009)     |
   27   (0.020) B:.915_:[..G]Gx**+xC[..C]:.948_:B (0.003)     x
   28   (0.008) B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.003)     +

Надо заметить, что нуклеотиды, принадлежащие парам, стабилизирующим структуру, являются консервативными.

Упражнение 3

Наибольшая площадь перекрывания была у следующих пар оснований(рисунок со стэкинг-взаимодействием над каждой записью):

  23   (0.006) B:.911_:[..C]C-----G[..G]:.924_:B (0.008)     |
  28   (0.008) B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.003)     + 
  22 GC/GC  4.63( 1.75)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.67( 3.56) 11.30( 5.31)

 
  21   (0.005) B:.944_:[..C]Cx*---A[..A]:.926_:B (0.009)     |
  20   (0.006) B:.943_:[..G]G-----C[..C]:.927_:B (0.004)     |
  20 GC/AC  6.90( 4.22)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.38( 3.66) 12.28( 7.87)

 
 12   (0.002) B:.954_:[..U]U-**-xA[..A]:.958_:B (0.004)     |
 11   (0.004) B:.953_:[..G]G----xC[..C]:.961_:B (0.004)     |
 11 GU/AC  7.14( 4.20)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.94( 1.36) 11.08( 5.57)

FBBФакультет Биоинженерии и Биоинформатики