A- и В- формы ДНК. Структура РНК

Модели структур A-, B- и Z-формы ДНК

Рис. 1, 2, 3. Структуры A-, B- и Z-формы ДНК, соответственно. Серым выделен сахарофосфатный остов, остальные атомы покрашены в зеленый цвет.

Средства JMol для работы со структурами нуклеиновых кислот

На приведенных ниже изображениях представлены:
• 1) сахарофосфатный остов цепи А-формы ДНК
• 2) остов с выделенным красным цветом аденином
• 3) цепь А-формы ДНК с выделенными разными цветами нуклеотидами (аденин - красный, гуанин - синий, тимин - зеленый, цитозин - желтый)
• 4) выделенные синим седьмые атомы азота в каждом гуанине цепи

Рис. 4.	Рис. 5.	Рис. 6.	Рис. 7.

Проверка заданных структур ДНК и РНК на наличие разрывов

В данных мне белках (с идентификатором 1H4S - Prolyl-tRNA синтетаза и 1MHD, кристаллическая структура связи домена SMAD MH1 с ДНК) не было обнаружено разрывов цепей нуклеиновых кислот, что и показывает приведенная ниже проволочная структура.

Рис. 8. РНК

Рис. 9. ДНК

Сравнение структур 3-х форм ДНК с помощью средств JMol

На примере B-формы цепи ДНК были рассмотрены большая и малая бороздки, а также определено положение атомов цитозина №12 относительно этих бороздок:
• •В сторону большой бороздки (отмечены красным) обращены атомы [C]12:A.N4, [C]12:A.C4, [C]12:A.C5,
• •В сторону малой бороздки (отмечены синим) обращены атомы [C]12:A.C2, [C]12:A.N1, [C]12:A.O2,
• •Остальные атомы основания [C]12:A.N3, [C]12:A.C6.

Рис. 10. Цитозин №12 на участке цепи B-формы ДНК с отмеченными большой и малой бороздками.

Рис. 11. Цитозин №12 на участке цепи A-формы ДНК с отмеченными большой и малой бороздками.

Рис. 12. Рисунок в Chemsketch для обеих структур.

Сравнение основных спиральных параметров разных форм ДНК

	A-форма	B-форма	*Z-форма
Тип спирали	правая	правая	левая
Шаг спирали (A)	28,03	33,75	43,5
Число оснований на виток	11	10	12
Ширина большой бороздки	16,81 ([T]31:B.P - [G]13:A.P)	17,91 ([T]11:A.P - [A]26:B.P)	18,30 ([C]14:B.P - [C]4:A.P)
Ширина малой бороздки	7,98 ([A]10:A.P - [G]25:B.P)	11.69 ([T]31:B.P - [A]14:A.P)	9.87 ([G]7:A.P - [C]18:B.P)

Сравнение основных спиральных параметров разных форм ДНК

В Jmol находим значения торсионных углов для разных форм.

На рисунках показаны проведенные измерения.

Рисунок 1. А-форма

Рисунок 1. В-форма

Форма	a	b	c	d	e	g	h
А(Вручную)	64,1	174,8	41,7	79,1	169,1	-75,1	-157,2
А	62	173	52	88 или 3	178	-50	-160
В(Вручную)	85,9	136,3	31,2	143,3	105,8	-44,7	-98
В	63	171	54	123 или 131	155	-90	-117

Определение торсионных углов нуклеотидов

В файлах с названиями gatc-*_old.out находим торсионные углы и сравниваем найденные значения с полученными вручную в Jmol.

Форма/td>	a	b	c	d	e	g	h
А-форма (Вручную)	64,1	174,8	41,7	79,1	169,1	-75,1	-157,2
A (analyze)	51.7	174.8	41.7	79.1	-147.8	-75.1	-157.2
В (Вручную)	85,9	136,3	31,2	143,3	105,8	-44,7	-98
В (analyze)	-29.9	136.3	31.2	143.3	-140.8	-160.5	-98.0
Z (analyze)	-139.5 (51.9)	-136.8 (179.0)	50.8 (-173.8)	137.6 (94.9)	-96.5 (-103.6)	82.0 (-64.8)	-154.3 (58.7)

Определение параметров структур нуклеиновых кислот с помощью программ пакета 3DNA.

Определение торсионных углов нуклеотидов

Пакет 3DNA пока работает только со старым форматом PDB, поэтому сначала переводим файлы в старый формат с помощью программы remediator, установленной на kodomo.

Применив команду find_pair -t 1H4S_old.pdb stdout | analyze находим значения торсионных углов для заданной тРНК. С помощью excel находим средние значения, представленные в таблице ниже. Данная тРНК больше всего похожа на А-форму, а сильнее других значения отклоняются у гуанинов (особенно 5, 9, 17 и некоторых других).

1H4S (средние)	-38,07	61,35	51,07	86,26	-150,73	-71,21	-130,40
G5		146,70	51,60	84,10	-134,30	-73,10	177,10
G9	140,90	-141,80	176,10	81,00	-129,10	-79,40	174,00
G17	160,40	-172,10	179,80	83,8	-142,20	-79,00	179,10

Определение структуры водородных связей

В файле 1H4S_old.out была найдена информация о вторичной структуре заданной тРНК, в таблице цветом выделены нуклеотиды, образующие стебли. Остальные пары также участвуют в стабилизации структуры РНК.

В том же файле найдем неканонические пары оснований, они выделены цветом в таблице, приведенной ниже.

Поиск стекинг-взаимодействий

Взаимодействия расположенных друг над другом пар нуклеотидов называются стекинг-взаимодействиями и помогают в стабилизации третичной структуры РНК. Сила взаимодействий зависит от площади перекрывания этих пар. В таблице представлены площади взаимных перекрываний.

В таблице голубым цветом выделены пары с наибольшими перекрываниями, зеленым - с наименьшими (нулевыми).

Рассмотрим большую площадь перекрывания на примере 9 участка, используя команды:

ex_str -9 stacking.pdb step9.pdb

stack2img -cdolt step9.pdb step9.ps

Перекрытия можно наблюдать и в Jmol.

Наименьшую площадь рассмотрим на примере 24 участка, видно, что участки совсем не перекрываются.

Скрипт для получения некоторых изображений в программе JMol