A- и В- формы ДНК. Структура РНК

Задание 1

С помощью инструментов пакета 3DNA, работающего под LINUX, и программы fiber были построены модели структур A-, B- и Z-формы ДНК. В качестве повторяющегося элемента был выбран олигонуклеотид GATC, колчество его повторений - 5 (для Z-формы 6). В результате были получены 3 pdb-файла: gatc-a.pdb, gatc-b.pdb, gatc-z.pdb.

Задание 2

На рисунке 1 представлено изображение структуры фрагмента ДНК A-формы, созданное в Jmol. Файл pdb был взят из предыдущего задания.

Рис. 1. Структура фрагмента ДНК A-формы. Красным цветом раскрашен сахарофосфатный остов, оранжевым - азотистые основания, желтым - аденины, синим - атомы N7 гуанинов, розовым - атом N7 первого в последовательности гуанина. Изображение получено с помощью программы Jmol.

Далее были получены изображения только ДНК и только РНК (рис. 2, 3) из файлов 1by4.pdb1 и 2dxi.pdb1, соответственно. Разрывов обнаружено не было. Координаты атомов ДНК и РНК записаны в файлах dna.pdb и rna.pdb, соответственно.

Рис. 2. ДНК из структуры 1by4. Изображение получено с помощью программы Jmol.

Рис. 3. РНК из структуры 2dxi. Изображение получено с помощью программы Jmol.

Задание 3

Рис. 4. Большая и малая бороздки B-формы ДНК. Изображение получено с помощью программы Jmol.

Рис. 5. Ориентация атомов цитозина относительно большой и малой бороздок. Красным цветом раскрашены атомы, смотрящие в сторону большой бороздки, синим - в сторону малой. Изображение получено с помощью программы ChemSketch.

В таблице 1 представлено сравнение некоторых параметров структуры A-, B- и Z-форм ДНК. Для ширины большой и малой бороздок указаны номера нуклеотидов, меджу фосфатами которых измрялось расстояние.

Таблица 1. Сравнение параметров форм ДНК.

	A-форма	B-форма	Z-форма
Тип спирали	правая	правая	левая
Шаг спирали (A)	28.03	33.75	43.5
Число оснований на виток	11	10	12
Ширина большой бороздки	16.81 (T27:B-C16:A)	17.91 (A6:A-T31:B)	18.3 (C32:B-C6:A)
Ширина малой бороздки	7.98 (C8:A-T27:B)	11.69 (T31:B-A14:A)	7.2 (G13:A-G31:B)

Далее были измерены торсионные углы C32 в A- и B-формах ДНК в Jmol. Сравнение полученных результатов с данными из презентации представлено в табл. 2.

Таблица 2. Торсионные углы C32.

	α	β	γ	δ	ε	ζ	χ
A-форма из презентации	62	173	52	88/3	178	-50	-160
A-форма	-51.7	174.8	41.7	79.1/-159.3	-147.8	-75.1	-94.9
B-форма из презентации	63	171	54	123/131	155	-90	-117
B-форма	-29.9	136.3	31.1	143.3/-100.7	-140.8	-160.5	-97.9

Задание 4

Для получения файла со значениями торсионных углов в заданных структурах ДНК и тРНК были использованы следующие команды:

remediator --old dna.pdb > dna_old.pdb
find_pair dna_old.pdb stdout | analyze
find_pair -t rna.pdb stdout | analyze

Далее полученные данные были обработаны в MS Excel (полученный файл), средние значения торсионных углов представлены в таблице 3.

Таблица 3. Средние значения торсионных углов в ДНК 1by4 и тРНК 2dxi.

	α	β	γ	δ	ε	ζ	χ
1by4	-2,2	12,5	9	144	-92,2	-86,7	-98,5
2dxi	-47,8	71,5	48,3	85,5	-150,1	-71,6	-133,8

Исходя из полученных результатов, можно говорить что наиболее "деформированный" нуклеотид в заданной ДНК - это цитозин 13 из второй цепи. А структура заданной тРНК больше всего напоминает А-форму ДНК.

Водородные связи в тРНК

Акцепторный стебель 
   (0.010) C:.501_:[..G]G-----C[..C]:.572_:C (0.006)     
   (0.014) C:.502_:[..G]G-*---U[..U]:.571_:C (0.008)     
   (0.008) C:.503_:[..C]C-----G[..G]:.570_:C (0.010)     
   (0.004) C:.504_:[..C]C-----G[..G]:.569_:C (0.008)     
   (0.010) C:.505_:[..C]C-----G[..G]:.568_:C (0.010)     
   (0.006) C:.506_:[..C]C-----G[..G]:.567_:C (0.007)     
   (0.008) C:.507_:[..A]Ax----U[..U]:.566_:C (0.006)

Т-стебель
   (0.007) C:.549_:[..G]G-----C[..C]:.565_:C (0.004)     
   (0.004) C:.550_:[..G]G-----C[..C]:.564_:C (0.007)     
   (0.006) C:.551_:[..G]G-----C[..C]:.563_:C (0.003)     
   (0.004) C:.552_:[..G]G-----C[..C]:.562_:C (0.005)     
   (0.004) C:.553_:[..G]G----xC[..C]:.561_:C (0.004)

Акцепторный стебель
   (0.007) C:.538_:[..A]A-*---C[..C]:.532_:C (0.004)     
   (0.005) C:.539_:[..G]G-----C[..C]:.531_:C (0.004)     
   (0.010) C:.540_:[..G]G-----C[..C]:.530_:C (0.007)     
   (0.005) C:.541_:[..C]C-----G[..G]:.529_:C (0.004)     
   (0.003) C:.542_:[..C]C-----G[..G]:.528_:C (0.007) 
   (0.009) C:.543_:[..G]G-----C[..C]:.527_:C (0.006)
   (0.006) C:.544_:[..A]Ax*---G[..G]:.526_:C (0.008)

D-стебель
   (0.009) C:.510_:[..G]G-----C[..C]:.525_:C (0.007)
   (0.007) C:.511_:[..U]U-----A[..A]:.524_:C (0.009)
   (0.008) C:.512_:[..C]C-----G[..G]:.523_:C (0.013)
   (0.004) C:.513_:[..U]U-*--xG[..G]:.522_:C (0.009)

Структуру стеблей поддерживают 19 канонических пар оснований и 4 неканонические пары. В поддержании третичной структуры участвуют пары, не задействованные в образовании стеблей: 554U-A558, 555U-G518, 519G-C556, 514A-U508, 520U-C548.

Для следующих пар последовательных пар азотистых оснований были определены наибольшие значения площадей перекрывания.

     step      i1-i2        i1-j2        j1-i2        j1-j2        sum
   2 GC/GU  7.07( 4.32)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.67( 4.16) 13.74( 8.48)
  13 UU/GA  5.74( 2.64)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.06( 2.34) 10.80( 4.98)
  16 AG/CC  4.41( 2.45)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.62( 2.75) 10.03( 5.20)
  18 GC/GC  6.88( 3.75)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.56( 3.44) 13.44( 7.19)

Изображения стекинг-взаимодействий данных пар оснований, полученные с помощью команд, приведенных ниже, представлены на рисунках 6-9.

ex_str -2 stacking.pdb step2.pdb
stack2img -cdolt step2.pdb step2.ps
convert step2.ps step2.png, где 2 - номер одного из шагов (step)

Рис. 6. Стекинг-взаимодействия в структуре тРНК 2dxi. Шаг 2.

Рис. 7. Стекинг-взаимодействия в структуре тРНК 2dxi. Шаг 13.

Рис. 8. Стекинг-взаимодействия в структуре тРНК 2dxi. Шаг 16.

Рис. 9. Стекинг-взаимодействия в структуре тРНК 2dxi. Шаг 18.