Cравнительный анализ канонической ДНК и стеблей тРНК
1 модели структур A‑, B‑ и Z‑формы ДНК
В рамках данного практикума с помощью программы fiber пакета 3DNA были построены модели структур A‑, B‑ и Z‑формы ДНК. Пакет 3DNA – один из популярных пакетов программ для анализа и простейшего моделирования структур нуклеиновых кислот. Работает под операционной системой LINUX. Последовательность одной из нитей каждого дуплекса ДНК в A‑форме и B‑форме представляет собой 5 раз повторенную последовательность GATC. Для Z‑формы доступна только последовательность poly d(GC), поэтому использована она длиной в 20 пар оснований.
PDB-файлы, содержащие соответствующие формы ДНК:
2 характеристика структуры ДНК
Для азотистого основания аденин в сторону большой бороздки обращены атомы [DA]10:A.N7, [DA]10:A.C5, [DA]10:A.C6, [DA]10:A.N6. Они выделены красным цветом. В сторону малой бороздки обращены атомы [DA]10:A.N9, [DA]10:A.C4, [DA]10:A.N3, [DA]10:A.C2. Они выделены синим цветом.
Для определения параметров структуры A‑, B‑ и Z‑формы ДНК были использованы следующие pdb‑структуры: 1tne (Z‑форма); 1bna (B‑форма); 3v9d (A‑форма). Данные в таблице являются средним арифметическим нескольких измерений. Для Z‑формы измерения проводились с использованием структуры, полученной в результате работы программы fiber, так как в экспериментальной структуре только 6 пар оснований, что меньше витка спирали.
| A‑форма | B‑форма | Z‑форма | |
|---|---|---|---|
| Тип спирали (правая или левая) | правая | правая | левая |
| Шаг спирали (Å) | 29,8 | 31,5 | 43,5 |
| Число оснований на виток | 11 | 10 | 12 |
| Ширина большой бороздки | 14,52 ([DG]6:A.P – [DC]2:B.P) |
16,72 ([DA]5:A.P – [DG]16:B.P) |
7,20 ([DG]35:B.P – [DG]9:A.P) |
| Ширина малой бороздки | 16,69 ([DG]6:A.P – [DG]13:B.P) |
13,21 ([DA]5:A.P – [DG]24:B.P) |
14,52 ([DC]34:B.P – [DC]10:A.P) |
3 анализ стеблей РНК
3.1 торсионные углы
Для анализа структуры тРНК 2CV0 были использованы программы find_pair и analyze. В результате работы которых был получен файл 2CV0_old.out. Исходя из этого файла были посчитаны средние значения торсионных углов. Сравнивая их со значениями торсионных углов для ДНК, можно сделать вывод о том, что тяжи тРНК больше похожи на A‑форму ДНК.
| Форма | 𝛼 | 𝛽 | 𝛾 | 𝛿 | 𝜖 | 𝜁 | 𝜒 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| тРНК (2CV0) | -39,93 | 68,48 | 47,44 | 86,11 | -132,70 | -53,63 | -140,19 |
| A-ДНК | 62 | 173 | 52 | 88/3 | 178 | -50 | -160 |
| B-ДНК | 63 | 171 | 54 | 123/131 | 155 | -90 | -117 |
3.2 водородные связи
Также файл 2CV0_old.out содержит даные о водородных связях, поддерживающих пространственную структуру тРНК. Всего в молекуле было обнаружено четыре стебля, координаты которых приведены в таблице. Также в структуре были обнаружены неканонические пары нуклеотидов. Всего их 17 пар, при чём среди них есть, как те пары, которые взаимодействуют слабо, образуя одну водородную связь, так и пары, которые образую три водородные связи. Неканонические пары нуклеотидов:
| Координаты стеблей | |
|---|---|
| по цепи 1 | по цепи 2 |
| 501 – 507 | 572 – 566 |
| 549 – 553 | 565 – 561 |
| 538 – 544 | 532 – 526 |
| 510 – 513 | 525 – 522 |
2 G-*---U [2] O6 - N3 2.85 N1 - O2 2.91
13 U-**--A [2] O2 - N6 3.17 N3 - N7 3.19
14 U-**+-G [1] O2 - N2 2.70
15 A-**--C [1] N6 - O2 3.15
21 A-**--G [2] N6 - O6 3.10 N1 - N1 2.88
25 U-*---G [2] O2 - N1 2.65 N3 - O6 2.96
26 U-**--A [3] O3'- O2' 2.87 O2'- N3 3.22 O2 * N1 3.55
27 A-**--A [2] N6 - N3 3.03 N1 - O2' 2.74
28 G-**+-C [2] N1 - O2 3.24 N2 - N3 2.95
31 G-*---U [2] O6 - N3 2.91 N1 - O2 2.94
42 U-**--A [2] O2 - N6 3.15 N3 - N7 3.19
43 U-**+-G [1] O2 - N2 2.90
44 A-**--C [1] N6 - O2 3.00
50 A-**--G [2] N6 - O6 3.06 N1 - N1 2.85
54 U-*---G [2] O2 - N1 2.60 N3 - O6 2.91
55 A-*--U [3] OP2 O4 3.36 N7 - N3 2.83 N6 - O2 2.77
56 G-**+-C [2] N1 - O2 3.19 N2 - N3 3.01
Третичная структура стабилизируется следующими парами, которые образуют водородные связи, но не входят в состав стеблей:
13 (0.007) ....>C:.554_:[..U]U-**--A[..A]:.558_:C<.... (0.003) |
14 (0.009) ....>C:.555_:[..U]U-**+-G[..G]:.518_:C<.... (0.014) x
26 (0.005) ....>C:.508_:[..U]U-**--A[..A]:.546_:C<.... (0.007) |
27 (0.009) ....>C:.514_:[..A]A-**--A[..A]:.521_:C<.... (0.013) |
28 (0.024) ....>C:.515_:[..G]G-**+-C[..C]:.548_:C<.... (0.013) x
29 (0.012) ....>C:.519_:[..G]G-----C[..C]:.556_:C<.... (0.003) +
3.3 стекинг-взаимодействия
Наибольшая величина площади "перекрывании" у следующих пар азотистых оснований: 2 GC/GU, 17 GC/GC, 31 GC/GU и 46 GC/GC. Для этих пар получены стандартные изображение стекинг-взаимодействия.
