Учебный сайт Кузнецовой Марии

Главная

Первый семестр

Второй семестр

Третий семестр

Ссылки

Об авторе

A- и B- формы ДНК | Структура РНК

С помощью команды fiber пакета 3DNA на сервере kodomo были построены A-, B- и Z-формы дуплекса ДНК, последовательность одной из нитей которого представляет собой 5 раз повторенную последовательность "GATC". Полученные структуры в формате .pdb A-, B- и Z-форм можно скачать здесь. здесь и здесь соответственно.

Рис. 1. Изображение, полученное при помощи программы Jmol, отображающее структуру A-формы дуплекса ДНК.

Работа была проведена со структурами ДНК и РНК, которые содержатся в файлах 1CF7.pdb и 1EVV.pdb соответственно. Структуры были визуально проверены на разрывы с помощью программы Jmol. На рис.2 представлены изображения данных цепей.

Рис. 2. Изображения. полученные при помощи программы Jmol, отображающие изображения цепей ДНК (слева) и РНК (справа).

Далее было определено, какие атомы тимина ориентированы в сторону большой/малой бороздки для B-формы дуплекса ДНК. Расположение тимина в данном дуплексе продемонстрировано на рис.3. "Ориентация" относительно бороздок продемонстрирована на рис.4.

Рис. 3. Положение тимина в B-форме дуплекса ДНК.







Атомы N1, O2, С2 направлены в сторону малой бороздки и на рис. 4 обозначены синим цветом. Атомы N4, С4, С5, С6, С7 обращены в сторону большой бороздки и обозначены на рис. 4 красным цветом. Оставшийся атом - N3 не имеет строгого направления.

Для А-формы дуплекса ДНК направление атомов тимина такое же, как и в В-форме. В Z-форме тимина нет.





Рис. 4. Тимин. Красным выделены атомы, направленные в сторону большой бороздки В-формы дуплекса ДНК. Синим - в сторону малой.

Таблица 1. Сравнение параметров различных форм ДНК.

А-форма В-форма Z-форма
Тип спирали (правая или левая) Правая Правая Левая
Шаг спирали (A) 28.03 33.75 43.5
Число оснований на виток 11 10 12
Ширина большой бороздки (A) 18.5 (13-32) 20.58 (3-33) 23.5 (10-26)
Ширина малой бороздки (A) 9.63 (3-31) 13.2 (13-33) 8.7 (15-31)

Таблица 2. Торсионные углы тимина 7 А- и В-форм дуплекса ДНК.

α
(P - O5')		 β
(O5' - C5')		 γ
(C5' - C4')		 δ
(C4' - C3')		 ε
(C3' - O3')		 ζ
(O3' - P)		 χ
(C1' - N)
А-форма (из презентации) 62
 173 52 88 или 3
 178 -50
-160
А-форма (gatc-a.pdb) -51.7
 174.8
 41.7
 79.1
 -147.8
 -75.1
 22.7/85.2
В-форма (из презентации) 63
 171 54 123 или 131 155 -90 -117
В-форма (gatc-b.pdb) -29.9
 136.3
 31.2
 143.3
 -140.8
 -160.5
 -34.4/145.6

Чтобы выполнить определить параметры структур нуклеиновых кислот, скаченные pdb-файлы были переведены в старый формат PDB (т. к. пакет 3DNA пока не может работать с новым форматом). Для этого были использованы комманды:

remediator --old ''1CF7.pdb'' > ''1GTR_old.pdb

remediator --old ''1EVV.pdb'' > ''1RH6_old.pdb

В результате были получены файлы 1EVV_old.pdb и 1CF7_old.pdb. Эти файлы были поданы на вход программе find_pair (определяет спаренные основания и положения спиралей в структуре), полученные данные были перенаправлены на вход программе analyze:

find_pair -t 1GTR.pdb stdout | analyze

find_pair -t 1RH6.pdb stdout | analyze

В результате было получено несколько файлов, в том числе наиболее нужные нам файлы 1CF7_old.out и 1EVV_old.out
Файлы 1CF7_old.out и 1EVV_old.out, полученные ранее, использовались для получения информации о торсионных углах и водородных связях.

Таблица 3. Торсионные углы ДНК из структуры 1CF7.

# base α
(P - O5')		 β
(O5' - C5')		 γ
(C5' - C4')		 δ
(C4' - C3')		 ε
(C3' - O3')		 ζ
(O3' - P)		 χ
(C1' - N)
1 T --- -173.2 49.3 131.7 -166.6 -92.8 -130.9
2 T -60.3 175.5 55.3 130.0 -178.7 -101.1 -113.4
3 T -66.5 -175.4 55.3 140.6 -161.1 -117.5 -109.5
4 T 39.3 -155.7 -76.6 156.8 176.9 -66.9 -116.3
5 C -85.8 -171.2 48.6 132.6 -99.1 160.8 -100.5
6 G -79.6 144.0 56.1 132.8 -178.5 -75.4 -114.1
7 C -41.0 -162.3 7.4 136.4 -163.5 -107.8 -103.0
8 G -55.6 165.8 45.8 147.3 -116.5 162.2 -88.1
9 C -62.7 143.2 45.4 135.9 -172.1 -50.4 -116.7
10 G -151.5 101.8 162.4 143.7 -149.3 -114.9 -129.2
11 G -54.7 160.9 46.6 134.6 -161.2 -123.9 -121.4
12 T 37.7 -164.9 -66.3 158.1 -170.7 -111.5 -115.1
13 T 38.3 -176.1 -62.7 156.4 175.7 -112.7 -100.6
14 T 48.0 -177.9 -63.2 155.5 174.6 105.5 -99.9
15 T 52.3 179.9 -69.9 159.5 --- --- -103.7
1 A -135.8 137.2 136.6 136.1 --- --- -142.3
2 A 173.8 -151.7 162.5 127.8 -161.3 -79.5 -133.3
3 A -25.8 139.9 44.8 132.5 167.1 -109.7 -113.8
4 A -70.7 137.9 48.5 143.5 -161.3 -164.0 -107.4
5 G -67.3 167.2 50.0 147.0 -111.3 177.9 -85.5
6 C -61.8 145.0 43.8 138.4 -158.1 -98.1 -104.8
7 G -50.5 162.1 38.6 146.0 -117.5 167.0 -85.2
8 C 73.4 -170.4 -110.6 139.3 -143.2 -103.9 -113.7
9 G 112.6 -141.6 166.0 133.7 -153.9 -91.6 -139.1
10 C -89.3 178.4 56.7 137.0 -89.8 125.3 -106.8
11 C 62.5 -160.4 -95.0 144.9 -166.0 -73.0 -126.7
12 A 43.1 -172.7 -66.0 151.8 -176.2 -100.4 -108.3
13 A -66.2 -169.8 59.7 136.5 -172.9 -118.5 -104.6
14 A -53.8 179.9 44.9 134.5 167.1 -89.5 -108.9
15 A --- -127.5 59.8 135.5 -168.4 -105.7 -131.8
# среднее
значение		 -19.8 -5.7 26.8 141.3 -88.5 -50.9 -110.2

С помощью Microsoft Excel были проанализированны торсионные углы ДНК структуры 1CF7. было получено среднее значение для каждого угла (см. Таблицу 3). а так же найден нуклеотид. суммарное отклонение каждого торсионного угла от среднего значения максимально. Этот нуклеотид - 14 тимин из первой цепи.

Таблица 4. Торсионные углы тРНК из структуры 1EVV.

# base α
(P - O5')		 β
(O5' - C5')		 γ
(C5' - C4')		 δ
(C4' - C3')		 ε
(C3' - O3')		 ζ
(O3' - P)		 χ
(C1' - N)
1 G --- -172.2 178.7 101.1 -166.1 -43.9 169.2
2 C -134.3 -120.6 52.8 82.5 -175.1 -59.6 -154.2
3 G -99.8 173.3 82.9 78.5 -144.4 -83.7 -169.1
4 G -69.9 161.6 66.3 81.2 -153.8 -64.8 -175.4
5 A -73.5 -175 51 83.9 -151 -66.3 -160.8
6 U -69 164.8 64.2 79.6 -151.4 -75.9 -172
7 U -53.6 -180 58 138.4 --- --- -127.8
8 C --- 172.6 40.7 84.7 -152.7 -77.3 -172.3
9 U -48.3 177.4 37 85 -149.6 -79.8 -165.1
10 G -41.5 174.5 30.8 87.2 -154.6 -73 -154.9
11 U -62.9 167.1 50.5 81.4 -160 -66.5 -167.7
12 G -59.6 173.1 53.8 83.4 -167 -60.4 -173.3
13 U -85.6 -167.6 58 80.1 -136 -68.8 -156.1
14 P -53.7 170.2 44.2 79.7 --- --- -153.2
15 A --- 149 58.5 80.1 --- --- -154.5
16 A --- -174.6 60.3 75.3 -146.6 -62.2 -173.4
17 P -82.9 179.9 69.4 84.4 -151.5 -69.3 -172.9
18 C -90.8 168.7 74.2 81.3 -141.7 -96.3 -176.3
19 U 41.1 162.3 -47.4 99.2 -152.5 -68.5 -155.8
20 G -57.3 162.1 58.1 83.3 -156.7 -80.8 -170.1
21 G -53.1 168.4 51.4 83.8 -151.2 -77.8 -160
22 A -71.8 156.4 70 84.2 --- --- -158.3
23 G --- 148.4 57 91.2 -134.6 -76.3 173.4
24 C -75.1 179 58.4 89.4 -145.8 -71.1 -161.4
25 U -69.4 173 49.4 82.8 -162 -73.4 -160.1
26 C 138 -155.7 -163.9 79.3 -169.9 -79.1 -168.2
27 A 131.3 177.1 -153.1 91.4 -117.3 -65.5 -175.3
28 G -50 160.2 41.4 80.4 --- --- -166.8
29 G --- 176.6 59.6 157.4 --- --- -79.7
1 C -91.7 -160.7 61.3 81.3 --- --- -160
2 G -78.2 170.1 61.7 81.8 -166.5 -54 -164
3 C -70.1 168.4 54.8 77.5 -156 -69.4 -159.6
4 U -59.2 171.4 47.2 82.2 -154.8 -78.8 -162.4
5 U -60.4 173.4 46.4 82.3 -155.3 -64.4 -161.8
6 A -62.7 171.9 48.5 89.2 -158.3 -77 -156.3
7 A -65.7 175.3 58.8 80.3 -148.2 -74.4 -166.2
8 G -41.4 157.8 48.1 79.9 -154.7 -74.5 -172.5
9 A -56.7 176.1 38 77 -146 -75.8 -160.7
10 C -81.5 175.4 62.8 82.4 -150.5 -75.6 -157.3
11 A -73.1 -173 51.5 83.1 -157.4 -67.8 -161.9
12 C --- 179.3 33.8 83.2 -157.5 -69.9 -170
13 A --- -150.7 69 155.7 --- --- -85.3
14 G --- 137.1 -67.9 177.7 --- --- -95.6
15 U -98.3 -149.6 56.2 87.7 --- --- -145.6
16 C -71.3 -179.5 48.3 85.7 -164.2 -49.8 -144.8
17 A -71.6 -175.1 49.1 87.7 -143.4 -62.1 -158.2
18 G -58.6 -176.7 38.8 82 -166.6 -56.7 -157.4
19 A -56.4 165.2 52.3 82.8 -159.9 -72.3 -164.8
20 C -72 175 53.7 81.3 -147.3 -76.3 -162.5
21 C -60.7 171.5 48.8 81.8 -148 -73.6 -163.5
22 G -85.1 -177.4 62.6 81.8 -136.5 -71.6 -163.1
23 C -57.7 169 47.8 77.5 -161.1 -49.3 -161.7
24 G -51.9 175.1 32.1 88.3 -147.4 -66.7 -158.2
25 A -59.8 179.9 47.3 84.3 -152 -73.4 -161.4
26 G --- 161.3 178.2 87.3 -148.6 -78.5 -176.7
27 U --- -140.9 50.3 81.2 --- --- -159.6
28 C --- -175.3 153.2 138.4 --- --- -143.1
29 C --- 175.1 47.1 85.8 --- --- -163.9
# среднее
значение		 -56.5 75.9 45.3 88.4 -152.4 -70.6 -153.2

С помощью Microsoft Excel были проанализированны торсионные углы тРНК структуры 1EVV, было получено среднее значение для каждого угла (см. Таблицу 4). а так же найден нуклеотид, суммарное отклонение каждого торсионного угла от среднего значения максимально. Этот нуклеотид - 28 цитозин из второй цепи.

Рассмотрим структуру тРНК, приведенную в общем виде на рис. 5.






Акцепторный стебель(выделен красным, 7 нуклеотидов) формируется за счет спаривания 5'- и 3'-концевых нуклеотидов (на 3'-конце неспаренные CCA для прикрепления аминокислоты).

D-петля (D-loop, выделена фиолетовым, 4 нуклеотида) содержит дигидроуридин.

Антикодоновая петля (выделена зеленым, 5 нуклеотидов) содержит антикодон.

T-петля (T-loop, выделена синим, 5 нуклеотидов) содержит ТψС последовательность, где ψ - псевдоуридин.






Рис. 5. Структура тРНК в общем виде.

Далее приведем результаты, полученные из 1EVV_old.out по структуре тРНК.

          Strand I                    Strand II      Helix 
 1   (0.003) A:...1_:[..G]G-----C[..C]:..72_:A (0.005)     |   
 2   (0.004) A:...2_:[..C]C-----G[..G]:..71_:A (0.006)     |   
 3   (0.008) A:...3_:[..G]G-----C[..C]:..70_:A (0.006)     |   
 4   (0.009) A:...4_:[..G]G-*---U[..U]:..69_:A (0.007)     |   
 5   (0.009) A:...5_:[..A]A-----U[..U]:..68_:A (0.008)     |   
 6   (0.007) A:...6_:[..U]U-----A[..A]:..67_:A (0.016)     |   
 7   (0.007) A:...7_:[..U]Ux----A[..A]:..66_:A (0.012)     |   
 8   (0.017) A:..49_:[5MC]c-----G[..G]:..65_:A (0.017)     |   
 9   (0.015) A:..50_:[..U]U-----A[..A]:..64_:A (0.015)     |   
10   (0.011) A:..51_:[..G]G-----C[..C]:..63_:A (0.009)     |   
11   (0.014) A:..52_:[..U]U-----A[..A]:..62_:A (0.022)     |   
12   (0.015) A:..53_:[..G]G----xC[..C]:..61_:A (0.006)     |   
13   (0.011) A:..54_:[5MU]u-**-xa[1MA]:..58_:A (0.048)     |   
14   (0.018) A:..55_:[PSU]Px**+xG[..G]:..18_:A (0.025)     x   
15   (0.007) A:..36_:[..A]Ax*---U[..U]:..33_:A (0.008)     |   
16   (0.007) A:..38_:[..A]A-*---c[OMC]:..32_:A (0.008)     |   
17   (0.021) A:..39_:[PSU]P-*---A[..A]:..31_:A (0.006)     |   
18   (0.010) A:..40_:[5MC]c-----G[..G]:..30_:A (0.009)     |   
19   (0.008) A:..41_:[..U]U-----A[..A]:..29_:A (0.006)     |   
20   (0.012) A:..42_:[..G]G-----C[..C]:..28_:A (0.005)     |   
21   (0.011) A:..43_:[..G]G-----C[..C]:..27_:A (0.006)     |   
22   (0.008) A:..44_:[..A]Ax*---g[M2G]:..26_:A (0.010)     |   
23   (0.017) A:..10_:[2MG]g-----C[..C]:..25_:A (0.006)     |   
24   (0.006) A:..11_:[..C]C-----G[..G]:..24_:A (0.017)     |   
25   (0.009) A:..12_:[..U]U-----A[..A]:..23_:A (0.013)     |   
26   (0.011) A:..13_:[..C]C----xG[..G]:..22_:A (0.011)     |   
27   (0.017) A:..14_:[..A]A-**-xU[..U]:...8_:A (0.008)     |   
28   (0.018) A:..15_:[..G]Gx**+xC[..C]:..48_:A (0.013)     x   
29   (0.018) A:..19_:[..G]G-----C[..C]:..56_:A (0.012)     +

В соответствии с вышеприведенными данными:
акцепторный стебель состоит из участка 1 - 7 и комплементарного ему участка 66 - 72
Т-петля состоит из участка 53 - 59 и комплементарного ему участка 61 - 65
антикодоновый стебель состоит из участка 38 - 44 и комплементарного ему участка 26 - 32
D-стебель состоит из участка 10 - 13 и комплементарного ему участка 22 - 25

Неканонические пары составляют (отмечены в файле звёздочками) 4 G-U, 13 U-A, 14 P-G, 15 A-U, 16 A-C, 17 P-A, 22 A-G, 27 A-U, 28 G-C. Среди них есть как и некомплементарные пары, так и комплементарные, но с неканоническими водородными связями.

Дополнительные водородные связи в тРНК, стабилизирующие ее третичную структуру составляют 13 U-A, 14 P-G, 15 A-U, 27 A-U, 28 G-C, 29 G-C (это комплементарные пары, не имеющие отношения к стеблям).

Изображение заданной структуры тРНК с окрашенными стеблями приведено на рис. 6.

Рис. 6. тРНК из файла 1EVV с выделенными стеблями.

Чтобы определить пары нуклеотидов, для которых в наибольшей степени возможно стекинг-взаимодействие, была проанализирована информация о перекрывании нуклеотидов, полученная из файла 1EVV_old.out:

     step      i1-i2        i1-j2        j1-i2        j1-j2        sum
   1 GC/GC  2.64( 0.51)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.78( 2.74)  8.42( 3.25)
   2 CG/CG  0.76( 0.01)  0.00( 0.00)  3.20( 0.72)  0.46( 0.00)  4.42( 0.73)
   3 GG/UC  2.38( 0.91)  0.00( 0.00)  0.08( 0.00)  0.33( 0.00)  2.79( 0.91)
   4 GA/UU  3.72( 2.19)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  2.58( 0.89)  6.30( 3.08)
   5 AU/AU  4.79( 3.43)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.04( 1.74)  7.83( 5.18)
   6 UU/AA  0.78( 0.01)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.15( 2.66)  3.93( 2.66)
   7 Uc/GA  0.82( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.37( 1.85)  4.19( 1.85)
   8 cU/AG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.43( 0.00)  3.87( 2.83)  4.29( 2.83)
   9 UG/CA  0.16( 0.00)  0.00( 0.00)  2.60( 1.28)  0.13( 0.00)  2.89( 1.28)
  10 GU/AC  6.87( 3.88)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.53( 1.98) 10.40( 5.86)
  11 UG/CA  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.46( 2.20)  0.00( 0.00)  4.46( 2.20)
  12 Gu/aC  8.81( 4.20)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.17( 0.85) 12.98( 5.06)
  13 uP/Ga  5.72( 1.89)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  8.48( 3.73) 14.20( 5.63)
  14 PA/UG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)
  15 AA/cU  0.65( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  2.75( 1.18)  3.40( 1.18)
  16 AP/Ac  4.50( 1.95)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.77( 3.74) 11.27( 5.68)
  17 Pc/GA  1.75( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.13( 3.30)  6.88( 3.30)
  18 cU/AG  0.07( 0.00)  0.00( 0.00)  0.71( 0.00)  0.72( 0.72)  1.49( 0.72)
  19 UG/CA  0.07( 0.00)  0.00( 0.00)  3.07( 1.76)  0.04( 0.00)  3.18( 1.76)
  20 GG/CC  2.97( 1.48)  0.00( 0.00)  0.36( 0.00)  0.19( 0.00)  3.53( 1.48)
  21 GA/gC  3.66( 1.01)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.47( 2.64)  9.13( 3.65)
  22 Ag/Cg  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  1.27( 0.04)  0.34( 0.07)  1.61( 0.11)
  23 gC/GC  3.38( 0.62)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  7.14( 3.85) 10.52( 4.46)
  24 CU/AG  1.05( 0.02)  0.00( 0.00)  0.03( 0.00)  2.47( 2.16)  3.55( 2.18)
  25 UC/GA  1.26( 0.30)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  1.00( 0.06)  2.26( 0.36)
  26 CA/UG  0.00( 0.00)  1.98( 0.00)  2.24( 0.19)  0.00( 0.00)  4.22( 0.19)
  27 AG/CU  2.43( 0.70)  0.00( 0.00)  0.16( 0.00)  0.00( 0.00)  2.58( 0.70)
  28 GG/CC  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)



Очевидно, что наибольшее перекрывание наблюдается для пар 13 uP/Ga.
Из файла stacking.pdb с помощью комманды

ex_str -13 stacking.pdb st13.pdb

был вырезан файл со структурой нужных нам пар.
Затем с помощью команды

stack2img -cdolt st13.pdb st13.ps

было получено изображение стэкинг-взаимодействия пар 13 uP/Ga (приведено на рис. 7).

Рис. 7. Стэкинг-взаимодействие пар 13 uP/Ga.

Дата последнего обновления: 15.09.2014
Copyright © Кузнецова Мария. 2013.