Комплексы ДНК-белок

Задание 1. Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов

При выполнении этого упражнения была предпринята попытка предсказать вторичную структуру тРНК (последовательность в fasta- формате) при помощи программы einverted пакета EMBOSS. Программа ищет участки, представляющие собой инвертированные повторы, которые, по идее, должны образовывать стебли тРНК. По сравнению с выдачей программы find_pair пакета 3DNA даже лучший результат, выданный einverted (с параметрами 10, 30, -4, -5; со стандартными значениями программа ничего не нашла), просто ужасен: программа сумела найти только 8 комплементарных пар только акцепторного стебля, и те неверные (см. таблицу). Кроме того, программа почему-то заменила все урацилы на тимины, хотя работала с РНК, а не ДНК. Кроме того, программа не учитывает неканонические (не-Уотсон-Криковские) взаимодействия.

Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера

Вторичная структура тРНК также была определена помощью программы RNAfold пакета Viena Rna Package, реализущей алгоритм Зукера. Программа RNAfold была запущена при помощи команды cat my.fasta | RNAfold --MEA > rna_fold.fasta. В результате был создан файл rna_fold.fasta, содержащий информацию о вторичной структуре РНК: квадратными совпадающими скобками обозначены спаренные основания, потом указана свободная энергия в ккал/моль. Точка обозначает неспаренный нуклеотид. Кроме того, программа создала два изображения: матрицу, изображающую расположение водородных связей, и плоскую проекцию структуры РНК. Результаты определения спаренных оснований по алгоритму Зукера приведены в таблице ниже.

Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5'-1-7-3' 5'-65-72-3' всего 8 пар	5'-1-8-3' 5'-63-70-3' предсказано 0 верных пар	предсказано 7 верных пар
D-стебель	5'-10-12-3' 5'-23-25-3' всего 3 пары	предсказано 0 пар	предсказана 1 верная пара
T-стебель	5'-49-53-3' 5'-61-65-3' всего 5 пар	предсказано 0 пар	предсказана 1 верная пара
Антикодоновый стебель	5'-38-44-3' 5'-26-32-3' всего 7 пар	предсказано 0 пар	предсказано 4 верных пары
Общее число канонических пар нуклеотидов	19 (в антикодоновом стебле 3 неканонические пары)	8	23

В заключение можно отметить, что RNAfold выдаёт результат гораздо более близкий к действительности, чем einverted, однако всё равно отличающийся от реальной структуры.

Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

Упражнение 1

Анализируемый комплекс ДНК-белок - 1bdt.pdb.

Скрипт JMol, определяющий множества атомов кислорода 2'-дезоксирибозы (set1); атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты (set2); атомов азота в азотистых основаниях (set3)

Скрипт JMol, дающий последовательное изображение всей структуры, только ДНК в проволочной модели, той же модели, но с выделенными шариками множеством атомов set1, затем set2 и set3

Упражнение 2

Приведённая ниже таблица содержит данные о контактах различного рода между ДНК и белком. Будем считать полярными атомы кислорода и азота, а неполярными атомы углерода, фосфора и серы. Назовём полярным контактом ситуацию, в которой расстояние между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3,5 Å. Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4,5 Å.

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	2	29	31
остатками фосфорной кислоты	35	41	76
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	16	53	69
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	0	11	11

Упражнение 3

С помощью программы nucplot была получена схема ДНК-белковых контактов.

Упражнение 4

Больше всего контактов с ДНК образует остаток Met4 цепи D. Для распознавания ДНК наиболее важны остатки, взаимодействующие с азотистыми основаниями, так как именно азотистые основания определяют уникальность последовательности ДНК. Такой остаток у данного комплекса единственный - Gln9 цепи А, образующий водородную связь с аденином 18.

На рисунке ниже показан остаток метионина 4, связанный с ДНК.

Ниже представлен остаток Gln9, связанный водородной связью с аденином 18.