Cравнительный анализ канонической ДНК и стеблей тРНК

Задание 1. Построение моделей структур А-, B- и Z-формы ДНК

Для построения моделей использовались следующие команды:

fiber -a -seq=GATCGATCGATCGATC gatc-a.pdb

fiber -b -seq=GATCGATCGATCGATC gatc-b.pdb

fiber -z -seq=GATCGATCGATCGATC gatc-z.pdb

Задание 2. Сравнение разных форм ДНК

На рисунке ниже изображён нуклеотид в составе ДНК и отдельно, нарисованный с помощью MarvinScetch. Атомы, обращённые в сторону большой бороздки покрашены в красный, в сторону малой - в синий.

В сторону большой бороздки обращены атомы N3, C4, C5, C6, O4, O7.

В сторону малой бороздки обращены атомы O2, C2, N1.

Форма ДНК	Тип спирали (правая или левая)	Шаг спирали	Число оснований на виток	Ширина большой бороздки	Ширина малой бороздки
А-форма	Правая	28,7 А	11	18,6 А	9,5 А
B-форма	Правая	33,7 А	10	19,0 А	11,7 А
Z-форма	Левая	44,8 А	12	28,8 А	14,3 А

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

Для анализа была выбрана транспортная РНК дрожжей Saccharomyces cerevisiae (Entry: 3TRA). Ниже изображена её 3д-структура и развёрнутая схема, полученная с помощью модуля python forgi.

тРНК имеет 4 стебля. Их образуют следующие пары нуклеотидов:

1-7 c 71-65

48-52 c 64-60

41-43 c 29-27

11-12 c 24-23

Кроме того, в стабилизации структуры участвуют дополнительные водородные связи. Они образованы атомами нуклеотидов, образующих комплементарные пары, но не входящих в состав стеблей. Это 53 с 57, 54 с 17, 36 с 33, 14 с 8 и 15 с 47 нуклеотиды.

Из всех нуклеотидных пар 11 не являются каноническими:

Урацил(5) с гуанином(67)

Тимин(53) с аденином(57)

Псевдоуридин(54) с гуанином(17)

Цитозин(36) с урацилом(33)

Цитозин(38) с псевдоуридином(32)

Урацил(40) с гуанином(30)

Аденин(44) с гуанином(26)

Гуанин(10) с с урацилом(25)

Псевдоуридин(13) с гуанином(22)

Аденин(14) с урацилом(8)

Аденин(15) с урацилом(47)

Наибольшая площадь перекрывания (8,41 квадратных ангстрем) наблюдается у тимина 53 с гуанином 52. На рисунке ниже показано стандартное изображение стекинг-взаимодействия между ними.

На рисунке показаны все торсионные углы. В таблице ниже представлены средние значение торсионных углов для трёх форм ДНК и исследуемой тРНК. Они были рассчитаны с помощью скрипта на питоне как среднее арифметическое для всех нуклеотидов, кроме краевых, так как для них некоторые углы неопределены. Получилось, что по значениям для разных углов тРНК ближе к разным формам ДНК. По значениям углов альфа, гамма и хи она ближе всего к В-форме, по значениям углов бета, дельта и зета - к А-форме, по значению угла эпсилон - к Z-форме.

Торсионный угол	alpha	beta	gamma	delta	epsilon	zeta	chi
тРНК	-42.47	-12.02	61.16	82.96	-97.55	-69.7	-119.22
А-форма	-19.28	-1.42	28.44	78.18	-145.88	-64.05	-150.37
B-форма	-54.33	55.93	50.51	112.85	42.06	-60.45	-107.43
Z-форма	31.16	-61.14	22.16	87.66	-99.32	28.78	-42.3