A- и B-формы ДНК

Анализ идеальных A- и B-форм ДНК

С помощью программы fiber пакета 3DNA построили A- и B-форму дуплекса ДНК, последовательность одной из нитей которого - 4 раза повторенная последовательность "gatc". Структуру дуплекса в А-форме сохраните в файле gatc-a.pdb, а структуру дуплекса в В-форме сохраните в файле gatc-b.pdb.
Использовались команды:

fiber -a gatc_a.pdb - получение А-формы;

fiber -a gatc_b.pdb - получение В-формы

Опция -a предназначена для того чтобы указать сколько раз сделать повторение последовательности. И ввести саму последовательность. Заметим, что использовалась такая последовательность, что комплементарная цепь полностью совпадает с исходной.

Открыли полученные файлы в RasMol. После изучения структуры заполнилие два первых столбца таблицы.

	A-форма	B-форма	Файл dna27.pdb
Тип спирали (правая или левая)	правая	правая	правая
Шаг спирали (Å)	28.02	33.75	30.62(или 29.89)
Число оснований на виток	11	10	11-12 на разных участках
Ширина большой бороздки	7.98( от фосфора 372)	17.21 ( от фосфора P23)	10.54 (от фосфора P44)
Ширина малой бороздки	16.81 ( от фосфора P105)	11.69 ( от фосфора P575)	15.4 (от фосфора P726)

При заполнении двух нижних строк указывалось, от фосфата какого нуклеотида измерялась ширина бороздок.

Визуально сравнивая изображения различных ыорм ДНК видим, что нуклеотиды в А-форме значительно скошены по-сравнению с В-формой, нуклеотиды размещаются под углом , что влечет к увеличению числа нуклеотидов на виток, в тоже время шаг спирали уменьшается. Можно сказать что А-спираль перекручена по-сравнению с В-формрй. Также важно различие в форме бороздок. Из таблицы видно, что цифры значительно различаются, это имеет и важный биологический смысл, так как белки соединяются с ДНК обычно со сторони большой бороздки, в которую обращены основания нуклеотидов. То есть одинаковые по нуклеотидам ДНК разных форм связываются с различными белками.

Последий столбец в таблице уже не идеальная ДНК, а неий фрагмент, причем испорченный. Заполняя таблицу, мы уже можем предположить на какую из форм ДНК более похож предложеный кусочек. Сразу можно заметить, что предложенный участок ДНК на некоторых участках имеет деффекты, что выражается в том, что основания обращены наружу от спирали. Количество нуклеотидов было на раных учасках неодинаково, на участке с деформацией оно достигало 12, но на друних участках было 11. Остальные параметры были заключены между значениями, полученными для идеальных форм ДНК, но все-же очевидно ближе к значениям для А-формы, да и визуально можно заметить, что основания несколько скошены. Заметим также (в PDB файле) что нам дана не ДНК а РНК, так как даны урацилы, а не тимины.

Анализ ДНК из PDB-файла dna25.pdb

Для того, чтобы еще лучше представить различное формы ДНК, а главное количественные характеристики различных параметров, были использованы еще программы find_pair и analyze. Эти программы выдыют в итогенесколько файлов, один из которых дан с расширением out, в остальных файлах мы можем найти к примеру информацию (скрипт файл для RASMOL) о возможных спмралях в структуре, но основным используемым файлом является все же файл с расширением out, который обобщает информацию о структуре.

Основным показатлем при определении А это или В структура ДНК являютс данные о торсионных углах( даны для стандартных форм):

Угол	α	β	γ	δ	ε	ζ	χ
Связь	P-O5'	O5'-C5'	C5'-C4'	C4'-C3'	C3'-O3'	O3'-P	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

Теперь сравним идеальные данные с данными для исследуемой структуры РНК.

Strand I
  base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
   1 G     ---    133.3    49.8    79.9  -149.3   -75.4  -170.4
   2 C    -66.8   170.0    56.1    78.4  -147.7   -84.7  -164.2
   3 G    -64.8   167.5    56.6    83.4  -151.5   -60.8  -173.8
   4 U    -69.0  -176.7    56.4    81.4  -132.7   -92.8  -158.4
   5 C    -66.5   152.0    55.2    81.2    ---     ---   -159.9
   6 C     ---   -179.7    49.6    75.9  -145.9   -73.5  -154.5
   7 U    -48.7   168.1    54.9    80.0  -147.9   -71.9  -163.8
   8 C    -64.7   169.7    53.5    80.6  -162.7   -73.8  -153.2
   9 C    -63.8  -173.6    44.9    81.0  -147.4   -75.2  -156.7
  10 G    -56.8   168.2    49.6    81.7  -154.3   -71.3  -163.1
  11 G    -72.3   170.8    68.8    79.1  -160.8   -71.1  -171.2
  12 A    -76.5  -167.8    52.6    84.8    ---     ---   -155.7
  13 A     ---    170.7    50.0    92.2    ---     ---    164.7
  14 G     ---    149.8    56.7    81.7  -159.8   -75.3  -173.8
  15 U    -64.2  -175.4    59.0    86.7  -148.0   -54.9  -165.3
  16 C    -80.8  -179.2    55.4    81.4  -163.7   -68.3  -147.4
  17 G    -64.6  -177.7    43.6    81.0  -147.9   -76.1  -160.5
  18 C    -56.0   163.1    51.9    72.5    ---     ---   -156.2
  19 A     ---    162.2    63.7    89.8    ---     ---   -135.7

Strand II
  base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
   1 C    -72.8  -170.1    49.6    73.5    ---     ---   -139.4
   2 G    -75.3  -171.0    55.6    80.5  -156.6   -59.8  -162.7
   3 C    -56.8   163.9    48.2    80.6  -166.6   -59.9  -151.2
   4 U    -52.3   175.6    47.5    76.9  -136.3   -78.7  -166.1
   5 G     ---    174.0    60.8    66.7  -166.6   -85.1  -173.8
   6 A    -64.9   174.2    53.1    86.7    ---     ---   -144.3
   7 A    -45.3   158.7    55.0    83.6  -145.9   -71.6  -161.6
   8 G    -61.8   169.8    56.2    78.4  -145.3   -87.9  -172.5
   9 G    -62.8   160.2    56.4    74.2  -151.0   -73.0  -173.9
  10 C    -57.0   174.2    47.2    78.3  -138.1   -78.8  -166.7
  11 C    -67.3   168.8    57.0    78.8  -150.6   -77.5  -160.4
  12 U    -57.7   158.5    59.7    79.2  -142.8   -70.0  -161.9
  13 C     ---   -170.6    49.5    81.9  -141.1   -68.5  -155.7
  14 C    -65.1   155.9    59.4    83.9    ---     ---   -154.3
  15 U    -99.4  -141.2    58.8    89.6  -152.0   -81.5  -152.3
  16 G    -76.8   160.7    68.2    83.7  -166.7   -59.2   174.1
  17 C    -69.5   171.4    58.9    84.8  -146.2   -72.8  -158.8
  18 G     ---   -160.0    41.0    82.3  -166.7   -75.8  -153.5
  19 G     ---   -160.4   167.0    87.0    ---     ---   -177.0

Мы можем заметить, что данные для торсионных углов ближе к А- форме, что совпадает с данными из таблицы. Кроме того в файле срасширением out, мы можем найти какие нуклеотиды соответствуют каким на комплементарной цепи, а так же длинну связей:


Detailed H-bond information: atom-name pair and length [ON]
   1 G-----C  [3]  O6 - N4  2.97  N1 - N3  2.98  N2 - O2  2.83
   2 C-----G  [3]  O2 - N2  2.78  N3 - N1  2.98  N4 - O6  3.01
   3 G-----C  [3]  O6 - N4  3.07  N1 - N3  3.01  N2 - O2  2.87
   4 U-*---U  [2]  O2 - N3  3.21  N3 - O4  2.72
   5 C-----G  [3]  O2 - N2  2.59  N3 - N1  2.91  N4 - O6  3.13
   6 C-*---A  [1]  N4 - N1  3.07
   7 U-----A  [2]  N3 - N1  2.91  O4 - N6  2.85
   8 C-----G  [3]  O2 - N2  2.74  N3 - N1  2.87  N4 - O6  2.93
   9 C-----G  [3]  O2 - N2  2.82  N3 - N1  2.85  N4 - O6  2.76
  10 G-----C  [3]  O6 - N4  2.81  N1 - N3  2.83  N2 - O2  2.81
  11 G-----C  [3]  O6 - N4  2.87  N1 - N3  2.84  N2 - O2  2.77
  12 A-----U  [2]  N6 - O4  2.81  N1 - N3  2.99
  13 A-*---C  [2]  O2'- N3  2.86  N3 - N4  3.24
  14 G-----C  [3]  O6 - N4  2.93  N1 - N3  2.91  N2 - O2  2.81
  15 U-*---U  [2]  N3 - O2  3.15  O4 - N3  3.00
  16 C-----G  [3]  O2 - N2  2.71  N3 - N1  2.90  N4 - O6  3.05
  17 G-----C  [3]  O6 - N4  2.86  N1 - N3  2.99  N2 - O2  2.96
  18 C-----G  [3]  O2 - N2  2.82  N3 - N1  2.94  N4 - O6  2.94
  19 A-*---G  [2]  O2P- N1  2.89  N7 - N2  2.68

Мы видим, что в исследуеиой молекуле есть неканонические пары, которые, по-видимому, и искажают молекулу. Также можно найти мнформацию о том, какие основания обращены внутрь спирали, а какие наружу ( в нашем случае есть два таких основания, которые мы и видели при рассмотрении в RASMOL).
И что очень интересно там есть информация о том что программа думает насчет, того какая форма ДНК была исследована:

Classification of each dinucleotide step in a right-handed nucleic acid
structure: A-like; B-like; TA-like; intermediate of A and B, or other cases

    step       Xp      Yp      Zp     XpH     YpH     ZpH    Form
   1 GC/GC   -1.69    8.67    1.94   -5.41    8.58    2.28     A
   2 CG/CG   -1.61    8.16    2.43   -6.89    6.37    5.66     A
   3 GU/UC   -1.76    8.10    2.13   -4.01    7.74    3.16     A
   4 UC/GU   -1.87    7.76    2.39   -6.31    7.01    4.14     A
   5 CC/AG   -5.51    6.31    4.61  -10.83    4.63    6.45
   6 CU/AA   -1.40    8.79    1.98   -4.16    8.06    4.05     A
   7 UC/GA   -1.47    8.39    2.20   -4.54    8.15    2.97     A
   8 CC/GG   -1.48    8.09    2.49   -5.44    7.38    4.11     A
   9 CG/CG   -1.28    8.41    2.60   -6.64    7.08    5.23     A
  10 GG/CC   -1.55    8.23    2.66   -6.89    7.00    5.04     A
  11 GA/UC   -1.41    8.40    2.29   -4.59    7.74    3.97     A
  12 AA/CU   -3.88    6.87    3.26   -3.44    6.78    3.49
  13 AG/CC   -5.27    5.50    4.77  -10.66    3.94    6.32
  14 GU/UC    ---     ---     ---     ---     ---     ---     --- 
  15 UC/GU   -2.42    7.80    2.38   -4.21    7.52    3.10     A
  16 CG/CG   -1.63    8.37    2.70   -6.95    5.59    6.78     A
  17 GC/GC   -0.98    8.70    2.11   -3.92    8.42    3.04     A
  18 CA/GG    ---     ---     ---     ---     ---     ---     ---

То есть, по-видимому, наши все предыдущие размышления о форме РНК были верны, и действительно нам дана исакженная А-форма

Стопочные модели:

Для того, чтобы получить стопочные модели были использованы следующие команды:

rotate_mol -b gatc-a.pdb gatc-a1.pdb (аналогично для других файлов), для того, чтобы получить стопочную модель не только с торца, но и сбоку.
pdb2img -bcu gatc-a.pdb gatc-a.ps ((аналогично для других файлов)), для того чтобы собственно получить изображения стопочных моделей. Затем полученные файлы были конвертированы в jpeg формат.

Модель	Сверху	Сбоку
A-форма
B-форма
dna27.pdb