pr2

Работа с пакетом 3DNA.

Задание 1. Построить модели структур A-, B- и Z-формы ДНК с помощью инструментов пакета 3DNA.
При помощи пакета 3DNA были получены соответствующие структуры, причем спираль A- и B- форм состоит из 5 раз повторенных последовательностей GATC, а спираль Z-формы - из 5 раз повторенных GC.
Ссылки на файлы: gatc-a.pdb, gatc-b.pdb, gatc-z.pdb.

Задание 2. Изучение структур ДНК.

Пункт 1.
Для цитозина было проведено исследование того, какие атомы обращены в сторону большой и малой бороздок. Для этого была использована экспериментальная структура B-формы с PDB ID 1bna. Результат:
в сторону большой бороздки обращены атомы: c11.n4, c11.c4, c11.c5, c11.c6;
в сторону малой бороздки обращены атомы: c11.n1, c11.c2, c11.o2.
Рисунок цитозина, сделанный в MarvinSketch, атомы, обращенные в сторону большой бороздки выделены красным цветом, атомы, обращенные в сторону малой - синим:

Пункт 2.
Затем я проанализировала по пунктам, приведенным в таблице ниже, структуру 3-х форм ДНК, для A- и B- форм использовались экспериментальные структуры, PDB ID которых 3v9d и 1bna соответственно. Для Z- формы была использована сгенерированная структура, полученная в задании 1.

Таблица 1. Характеристики A-, B-, Z-форм ДНК

	A-форма	B-форма	Z-форма
Тип спирали (правая или левая)	правая	правая	левая
Шаг спирали (Å)	29.17 [DC]3:A.P #36 - [DG]14:A.P #263	30.08 [DG]2:A.P #17 - [DG]12:A.P #222	43.50 [DC]2:A.P #23 - [DC]14:A.P #269
Число оснований на виток	11	10	12
Ширина большой бороздки (Å)	15.12 [DG]5:B.P #359 - [DG]13:A.P #241	17.32 [DG]2:A.P #17 - [DT]20:B.P #386	18.30 [DC]4:A.P #64 - [DC]34:B.P #679
Ширина малой бороздки (Å)	11.36 [DC]3:A.P #36 - [DG]6:B.P #381	8.90 [DT]19:B.P #366 - [DG]10:A.P #181	8.68 [DG]33:B.P #657 - [DG]13:A.P #247

Задание 3. Изучение структуры РНК.

Упражнение 1.
В этом задании надо было с помощью программ find_pair и analyze найти значения торсионных углов и, вообще, разобраться со структурой тРНК. Значения этих углов приведены в таблице ниже.

Таблица 2. Значения торсионных углов в молекуле РНК

Strand I
base	alpha	beta	gamma	delta	epsilon	zeta	chi
1 G	---	---	169.8	88.2	-134.0	-73.0	-178.7
2 G	-62.8	172.1	52.6	79.5	-157.1	-70.4	-165.9
3 G	-50.4	168.9	53.0	79.3	-157.0	-62.7	-167.6
4 G	153.9	-176.4	-178.4	81.1	-138.2	-75.0	-172.4
5 U	-59.6	169.2	54.5	79.7	177.2	-64.0	-161.0
6 A	-161.4	-151.1	154.8	110.3	-74.8	-68.6	-158.5
7 C	34.1	-167.6	48.6	86.2	-145.9	-74.9	-169.1
8 G	-60.1	176.0	52.6	82.1	-153.0	-71.9	-162.1
9 A	-62.0	174.0	46.0	80.0	-163.2	-85.8	-156.6
10 G	151.7	-155.0	173.1	81.8	-135.2	-71.0	-174.5
11 G	-48.2	170.4	49.3	81.0	-160.1	-63.8	-167.5
12 U	-77.6	-163.7	49.1	84.0	-161.2	-54.2	-151.7
13 U	-78.5	-170.3	52.6	86.9	-142.0	-71.8	-149.7
14 A	-118.8	-167.7	57.7	83.6	-148.4	-56.0	-174.3
15 U	-61.5	169.2	58.8	80.7	-137.2	-62.1	-175.0
16 U	-62.6	176.5	48.2	81.8	-155.7	-61.9	-158.7
17 C	-50.5	171.6	47.4	86.0	-147.9	-113.1	-160.9
18 C	150.4	-144.7	163.9	84.1	-130.8	-73.6	-171.7
19 G	-54.7	163.5	48.8	75.4	-150.6	-73.9	-171.5
20 G	-54.4	174.6	48.8	76.7	-144.1	-80.1	-161.6
21 C	-51.4	159.6	52.1	82.9	-100.6	-124.8	-150.7
22 G	-133.3	138.2	33.5	84.1	-151.7	-67.2	179.9
23 C	-77.1	-166.1	50.7	81.8	-159.7	-71.7	-160.5
24 C	149.0	-167.4	179.3	84.7	-128.8	-64.7	-171.1
25 A	-48.0	165.0	53.0	79.2	-179.9	-77.2	-156.0
26 A	168.1	177.5	174.5	90.6	-114.9	-63.8	-176.9
27 G	-48.7	156.5	55.3	86.9	161.0	23.8	-138.6
28 G	3.3	124.4	50.8	97.2	-177.4	-157.4	-113.2
Strand II
base	alpha	beta	gamma	delta	epsilon	zeta	chi
1 C	-65.7	179.6	53.0	84.7	-134.2	-90.0	-153.2
2 C	-72.7	-179.2	53.4	81.2	-153.3	-75.2	-161.7
3 C	-57.6	170.6	50.5	82.1	-150.9	-71.4	-169.0
4 C	-66.5	164.1	57.8	83.5	-151.3	-81.0	-160.2
5 A	-58.0	171.8	50.3	83.3	-150.3	-76.7	-154.7
6 U	-53.5	161.2	52.4	81.5	-148.1	-79.5	-174.4
7 G	-155.3	132.0	153.1	86.9	-120.9	-79.6	173.3
8 C	-46.5	149.5	52.4	81.3	-160.8	-38.5	-158.4
9 U	-72.4	-160.9	46.0	82.1	-146.8	-86.5	-156.7
10 C	-64.8	178.9	51.0	82.6	-163.6	-59.7	-166.7
11 C	-85.5	-175.4	54.3	84.9	-149.1	-78.1	-174.4
12 A	-43.6	-154.9	61.6	102.2	-160.0	-104.2	-102.1
13 G	53.7	-172.4	47.6	88.7	-152.0	-154.8	-125.7
14 U	-56.2	164.6	48.4	82.1	-109.3	-125.1	-153.5
15 U	157.3	-163.1	171.5	86.1	-119.2	-69.5	-168.8
16 A	-58.0	-172.	45.9	79.3	-161.6	-78.9	-160.1
17 G	-61.5	158.7	54.7	78.7	-162.8	-70.0	-171.1
18 G	157.4	-178.0	171.8	86.0	-121.2	-81.2	-174.6
19 C	-66.7	-171.0	48.7	83.6	-171.2	-67.0	-150.5
20 C	-66.9	-175.8	52.5	80.9	-155.4	-69.2	-160.8
21 A	-65.8	177.8	52.4	79.8	-155.4	-57.8	-166.6
22 C	-63.4	164.2	56.9	77.3	-139.7	-58.8	-167.9
23 G	-62.7	173.6	57.2	80.1	-142.2	-77.3	-173.6
24 G	-51.9	158.1	52.3	79.1	-153.3	-75.8	-169.2
25 A	-40.5	-165.6	54.6	85.9	166.0	18.3	-103.6
26 U	-48.1	-160.5	54.7	80.9	-135.4	-127.2	-165.1
27 C	-10.0	129.9	52.2	99.3	-171.2	131.8	-152.8
28 C	163.5	172.7	51.0	84.1	-136.0	-71.3	-167.9

Затем надо было сравнить структуру РНК с формами ДНК. Для этого в Excel (ссылка на файл) были посчитаны средние значения торсионных углов для тРНК (1o0c), A-формы ДНК (3v9d), B-формы ДНК (1bna) и Z-формы ДНК (1tne). Потом был вычислен модуль разности между соответствующими (см. Таблицу 3) средними значениями, по которому было проанализировано сходство между тРНК и тремя формами ДНК. В результате, тяжи тРНК больше всего похожи на A-форму ДНК, со средними значениями разницы 14,33 и 16,53.

Таблица 3. Сравнение с формами ДНК

	alpha	beta	gamma	delta	epsilon	zeta	chi
Strand I
тРНК	-22,63	43,60	67,87	84,14	-121,83	-72,53	-149,86
А-форма ДНК	-36,84	66,57	30,59	83,56	-131,98	-72,10	-164,53
Разница с тРНК	14,21	22,97	37,28	0,57	10,16	0,43	14,67
Среднее значение разницы	14,33
B-форма ДНК	-64,04	71,18	65,52	125,45	-2,12	-79,19	-115,98
Разница с тРНК	41,40	27,58	2,35	41,31	119,71	6,66	33,89
Среднее значение разницы	38,99
Z-форма ДНК	46,52	-95,62	-0,98	121,13	-118,36	42,24	-49,45
Разница с тРНК	69,15	139,22	68,85	37,00	3,47	114,77	100,41
Среднее значение разницы	76,12
Strand II
тРНК	-34,35	20,64	64,58	83,86	-136,04	-69,79	-146,07
А-форма ДНК	-41,45	34,02	29,11	86,88	-160,23	-71,53	-115,25
Разница с тРНК	7,10	13,38	35,46	3,01	24,19	1,74	30,82
Среднее значение разницы	16,53
B-форма ДНК	-61,56	75,15	53,48	120,01	56,85	-72,25	-118,53
Разница с тРНК	27,21	54,51	11,10	36,14	192,90	2,45	27,55
Среднее значение разницы	50,27
Z-форма ДНК	46,54	-95,64	-0,97	121,13	-118,34	42,22	-49,43
Разница с тРНК	80,89	116,28	65,55	37,27	17,70	112,01	96,64
Среднее значение разницы	75,19

Упражнение 2.

Таблица 4. Координаты стеблей тРНК

             Strand I                    Strand II          Helix
   1   (0.006) ....>B:.902_:[..G]G-----C[..C]:.971_:B<.... (0.006)     |
   2   (0.007) ....>B:.903_:[..G]G-----C[..C]:.970_:B<.... (0.007)     |
   3   (0.013) ....>B:.904_:[..G]G-----C[..C]:.969_:B<.... (0.005)     |
   4   (0.006) ....>B:.905_:[..G]G-----C[..C]:.968_:B<.... (0.002)     |
   5   (0.009) ....>B:.906_:[..U]U-----A[..A]:.967_:B<.... (0.007)     |
   6   (0.013) ....>B:.907_:[..A]A-----U[..U]:.966_:B<.... (0.005)     |
   7   (0.003) ....>B:.949_:[..C]C-----G[..G]:.965_:B<.... (0.006)     |
   8   (0.006) ....>B:.950_:[..G]G-----C[..C]:.964_:B<.... (0.003)     |
   9   (0.004) ....>B:.951_:[..A]A-----U[..U]:.963_:B<.... (0.003)     |
  10   (0.009) ....>B:.952_:[..G]G-----C[..C]:.962_:B<.... (0.005)     |
  11   (0.008) ....>B:.953_:[..G]G-----C[..C]:.961_:B<.... (0.009)     |
  12   (0.002) ....>B:.954_:[..U]U-**--A[..A]:.958_:B<.... (0.010)     |
  13   (0.004) ....>B:.955_:[..U]U-**+-G[..G]:.918_:B<.... (0.011)     x
  14   (0.005) ....>B:.937_:[..A]A-**--U[..U]:.933_:B<.... (0.004)     |
  15   (0.013) ....>B:.938_:[..U]U-**--U[..U]:.932_:B<.... (0.003)     |
  16   (0.010) ....>B:.939_:[..U]U-----A[..A]:.931_:B<.... (0.002)     |
  17   (0.002) ....>B:.940_:[..C]C-*---G[..G]:.930_:B<.... (0.010)     |
  18   (0.005) ....>B:.941_:[..C]C-----G[..G]:.929_:B<.... (0.008)     |
  19   (0.009) ....>B:.942_:[..G]G-----C[..C]:.928_:B<.... (0.004)     |
  20   (0.006) ....>B:.943_:[..G]G-----C[..C]:.927_:B<.... (0.003)     |
  21   (0.005) ....>B:.944_:[..C]C-**--A[..A]:.926_:B<.... (0.007)     |
  22   (0.010) ....>B:.910_:[..G]G-----C[..C]:.925_:B<.... (0.006)     |
  23   (0.007) ....>B:.911_:[..C]C-----G[..G]:.924_:B<.... (0.008)     |
  24   (0.003) ....>B:.912_:[..C]C-----G[..G]:.923_:B<.... (0.005)     |
  25   (0.005) ....>B:.913_:[..A]A-**+-A[..A]:.945_:B<.... (0.010)     |
  26   (0.004) ....>B:.914_:[..A]A-**--U[..U]:.908_:B<.... (0.004)     |
  27   (0.008) ....>B:.915_:[..G]G-**+-C[..C]:.948_:B<.... (0.016)     x
  28   (0.027) ....>B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B<.... (0.005)     +

В данной структуре тРНК(1o0c) обнаружено 4 стебля:
I. 902 - 907 нуклеотиды Strand I и 966 - 971 Strand II;
II. 949 - 953 нуклеотиды Strand I и 961 - 965 Strand II;
III. 939 - 943 нуклеотиды Strand I и 927 - 931 Strand II;
IV. 910 - 912 нуклеотиды Strand I и 923 - 925 Strand II;

Неканонические пары оснований, отмеченные * в Таблице 4:
1. [..U]U-**--A[..A];
2. [..U]U-**+-G[..G];
3. [..A]A-**--U[..U];
4. [..U]U-**--U[..U];
5. [..C]C-*---G[..G];
6. [..C]C-**--A[..A];
7. [..A]A-**+-A[..A];
8. [..A]A-**--U[..U];
9. [..G]G-**+-C[..C].

В данной тРНК есть дополнительные водородные связи, стабилизирующие ее третичную структуру, которые представлены парой:
....>B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B<....