A- и В- формы ДНК. Структура РНК

Задание 1. Построение структур ДНК

Структура A-формы ДНК из 5 повторов GATC

Структура B-формы ДНК из 5 повторов GATC

Структура Z-формы ДНК из 10 повторов GC

Задание 2. Анализ экспериментальной и теоретической ДНК

Я выбрал экспериментальную B-форму ДНК (1BNA)

Остаток: dC-21(дезоксицитидин-21)

В сторону большой бороздки обращены атомы азотистого основания: N3, C4 (N4 тоже соотвественно), C5 и C6

В сторону большой бороздки обращены атомы азотистого основания: N1 и C2 (O2 тоже соответственно)

Рис.1 - Расположение цитозина в экспериментальной структуре B-формы ДНК
Таблица 1 - Характеристики глобального парного выравнивания трёх пар белков
A-форма B-форма Z-форма
Тип спирали (правая или левая) Правая Правая Левая
Шаг спирали (Å) 28 33.8 43.5
Число оснований на виток 11 10 12
Ширина большой бороздки 8 (5dG-30dA) 17.2 (6dA-32dC) 18.3 (10dC-28dC)
Ширина малой бороздки 16.8 (13dG-32dA) ( 11.7 (13dG-32dC)( 9.9 (10dC-35dG)

Задание 3. Определение параметров нуклеиновых кислот

Упражнение 1. Определение торсионных углов

Таблица 2.1 - Торсионные углы в гуанине
Форма НК Alpha Beta Gamma delta epsilon zeta chi
tRNA -21.74 63.63 78.59 84.09 -110.93 -58.81 -83.19
aDNA -51.7 174.8 41.7 79.1 -147.8 -75.1 -157.2
bDNA -29.9 136.34 31.14 143.34 -140.8 -160.5 -98.0
zDNA 51.93 179.0 -173.8 94.9 -103.6 -64.8 58.7
Таблица 2.1 - Торсионные углы в цитозине
Форма НК Alpha Beta Gamma delta epsilon zeta chi
tRNA -24.77 -18.81 26.04 85.71 -147.78 -61.79 -140.2
aDNA -51.7 174.8 41.7 79.1 -147.8 -75.1 -157.2
bDNA -29.9 136.34 31.14 143.34 -140.8 -160.5 -98
zDNA -139.5 -136.76 50.87 137.6 -96.5 81.97 -154.3
Таблица 2.3 - Торсионные углы в аденине
Форма НК Alpha Beta Gamma delta epsilon zeta chi
tRNA -81.12 -4.22 45.35 88.04 -114.51 -37.6 -115.97
aDNA -51.7 174.8 41.7 79.1 -147.8 -75.1 -157.2
bDNA -29.9 136.34 31.14 143.34 -140.8 -160.5 -98
zDNA — — — — — — —
Таблица 2.4 - Торсионные углы в урациле/тимине
Форма НК Alpha Beta Gamma delta epsilon zeta chi
tRNA -64.96 39.64 48.48 82.38 -111.34 -83.99 -130.09
aDNA -51.7 174.8 41.7 79.1 -147.8 -75.1 -157.2
bDNA -29.9 136.34 31.14 143.34 -140.8 -160.5 -98
zDNA — — — — — — —

Данные из таблиц об торсионных углах в разных формах я визуализировал при помощи графиков, чтобы при помощи них более точно оценить: на какую из форм больше похоже тРНК.

Рис.2 - Сходство торсионных углов в разных формах ДНК и в разных остатках

Из данных графиков напрашивается вывод о том, что структура тРНК по торсионным углам больше схожа с A-формой ДНК. Однако стоит выделить насколько сильно отличается beta-угол тРНК от beta-углов других форм.

Упражнение 2. Определение водородных связей

В нашей тРНК должно быть 75 нуклеотидов, но в структуре PDB только 74 – нет первого нуклеотида U. Поэтому порядковый номер нуклеотида и правильный не совпадают. Анализируя данные вывода команды find-pairs и сопоставляя их с предположительной вторичной структурой тРНК (рисунок 3)

Рис.3 - Структура Gln тРНК (номера нуклеотидов порядковые, а не как в PDB)

можно прийти к следующим выводам (я брал номера нуклеотидов как в файле PDB, а не их порядковый):

Таблица 3 - Водородные связи в Gln тРНК
Тип стебля Номера нуклеотидов 1 цепи Номера нуклеотидов 2 цепи
Акцепторный стебель 2-7 66-71
D-стебель 10-12 23-25
Антикодоновый стебель 26-33 37-44
T-стебель 49-53 61-65

Координаты акцепторного стебля: 2-7 + 63-75

Координаты D-стебля: 10-25

Координаты антикодонового стебля: 26-44

Координаты T-стебля: 49-65

Неканонические пары основания в структуре тРНК:

Таблица 4 - Неканонические пары оснований Gln тРНК
Неканоническая пара Местонахождение
(54)U-A(58) Внутри T-петли
(18)G-U(55) Между D-петлёй и T-петлёй
(33)U-A(37) Внутри антикодоновый петли
(32)U-U(38) Внутри антикодоновый петли
(26)A-C(44) У основания антикодонового стебля
(13)A-A(45) Между D-петлёй и участком между антикодоновым и D-стеблями
(14)A-A(21) Внутри D-петли
(15)G-C(48) Между D-петлёй и участком между антикодоновым и D-стеблями
(46)U-U(47) Внутри участка между антикодоновым и D-стеблями

Пары оснований, которые не связаны со стеблями, но дополнительно поддерживают структуру имеют в поле Helix + или x

Таблица 5 - Стабилизирующие пары оснований Gln тРНК, не связанные со стеблями
Стабилизирующая пара Местонахождение
(18)G-U(55) Между D-петлёй и T-петлёй
(15)G-C(48) Между D-петлёй и участком между антикодоновым и D-стеблями
(19)G-C(56) Между D-петлёй и T-петлёй
(46)U-U(47) Внутри участка между антикодоновым и D-стеблями

Из 4 пар, стабилизирующих структуру, 3 образуют неканоническую пару

Упражнение 3. Нахождение стекинг-взаимодействий

Используя данную часть 1QRT_old.out и координаты всех пар оснований. Я получил, что две пары оснований: 20 GC/AC имеют наибольшее суммарное перекрывание - 12.26

Первая пара: (26)A-C(44)

Вторая пара: (27)C-G(43)

Рис.4 - стекинг-взаимодействия с наибольшим перекрыванием для двух последовательных пар оснований
Рис.5 - Наглядная демонстрация перекрывания в стекинге для пар GC/AC