A- и В- формы ДНК. Структура РНК.

Задание 1.

Команды для указания пути к 3DNA ввёл.
После ввёл команду "fiber -a gatc-a.pdb",а после неё - соответствующие параметры, и получил структуру дуплекса ДНК в А-форме, которая находится в файле gatc-a.pdb. Аналогично получил В-форму. С Z-формой было сложнее - команда fiber -z не может строить z-форму, содержащую нуклеотиды, кроме G и C. Так что z-форму я построил для поли-GC командой "fiber -z gatc-z.pdb" (результат оказался в файле gatc-z.pdb).
Файл gatc-a.pdb
Файл gatc-b.pdb
Файл gatc-z.pdb

Задание 2.

Упражнение 1. Атомы цепей ДНК покрашены по cpk.

Остов A-формы ДНК.

Нуклеотиды - в модели wireframe, покрашены таким образом: А - синий, С - жёлтый, G - зелёный, Т - красный.

Аденины - в модели wireframe, остов схематически показан моделью backbone оранжевым цветом.

Гуанины - в модели wireframe, остов схематически показан моделью backbone оранжевым цветом. Атомы N7 в гуанине показаны шариками (spacefill 250) и подписаны.

Упражнение 2. В структуре 1EHZ ассиметрическая и биологическая единицы совпадают, тогда как в структура 1D5Y состоит из двух ассиметрических единиц.
1EHZ
1D5Y, изменённый файл, только ДНК.

Упражнение 3. В молекуле фенилаланиновой тРНК (структура 1EHZ) разрывов не обнаружилось.

В молекуле ДНК (структура 1D5Y) разрывов также не обнаружилось.

Задание 3.

Упражнение 1. Для упражнений этого задания мне было выдано азотистое основание аденин. Работать я решил с аденином 38 цепи B файла 1D5Y_DNA.pdb. Выделив его в окне Jmol, я посмотрел, какие атомы обращены в сторону большой бороздки, а какие - малой.

Азотистое основание аденин. Атомы, обращённые в сторону большой бороздки покрашены красным цветом, в сторону малой - синим (В-форма ДНК).

Атом N1 я затруднился отнести к какой-либо из этих двух групп, поскольку он одинаково хорошо просматриваются с обеих сторон и направлен в стороны остова цепочки ДНК.

Форма ДНК	А-форма	В-форма	Z-форма
Основание	Аденин 38	Аденин 38	Гуанин 13
Атомы, обращённые сторону большой бороздки	C5, C6, C8, N6, N7	C5, C6, C8, N6, N7	N1, C4, C5, C6, N7, C8, N9
Атомы, обращённые в сторону малой бороздки	C2, N3, C4, N1, N9	C2, N3, C4, N9	C2, N3, N2
Другие атомы	-	N1	-

Упражнение 2. Для Z-формы ДНК было относительно трудно выделить малую и большую бороздки из-за общей перекрученности структуры.

	А-форма	В-форма	Z-форма
Тип спирали	правая	правая	левая
Шаг спирали (Å)	28,03	33,75	43,50
Число оснований на виток	11	10	12
Ширина большой бороздки (Å)	16,81	17,21	11,58
Ширина малой бороздки (Å)	7,98	11,69	7,2

Упражнение 3.

Значения торсионных углов
Форма ДНК	α (P - O5')	β (O5' - C5')	γ (C5' - C4')	δ (C4' - C3')	ε (C3' - O3')	ξ (O3' - P)	χ (C1' - N)
А-форма	-51.7	174.8	41.7	79.1	-147.8	-75.1	-157.2
В-форма	-29.9	136.3	31.1	143.3	-140.8	-160.5	-98.0

Значения торсионных углов из презентации
Форма ДНК	α (P - O5')	β (O5' - C5')	γ (C5' - C4')	δ (C4' - C3')	ε (C3' - O3')	ξ (O3' - P)	χ (C1' - N)
А-форма	62	173	52	88 или 3	178	-50	-160
В-форма	63	171	54	123 или 131	155	-90	-117

Видно, что реальные значения торсионных углов довольно сильно отличаются от таковых, данных в презентации.

Задание 4.

Упражнение 1. На сервере kodomo я, с помощью команды "find_pair -t gatc-a.pdb stdout | analyze" получил файлы с информацией по А-форме ДНК. Затем, открыв файл gatc-a.out, я взял значения торсионных углов из раздела "Main chain and chi torsion angles", после чего скопировал их в файл MSExcel и посчитал средние значения. Аналогично были посчитаны средние торсионные углы для В- и Z-форм ДНК, которые можно увидеть в таблице:

Форма ДНК	α (P - O5')	β (O5' - C5')	γ (C5' - C4')	δ (C4' - C3')	ε (C3' - O3')	ξ (O3' - P)	χ (C1' - N)
А-форма	-51,7	174,8	41,7	79,09	-147,79	-75,1	-167,2
В-форма	-29,9	136,34	31,14	143,34	-140,8	-160,5	-97,99
Z-форма	-139,5 или 51,93	179 или 136,76	-173,8 или 50,87	94,9 или 137,6	-103,6 или -96,5	-64,8 или 81,97	58,7 или -154,3

Файлы:
gatc-a.out
gatc-b.out
gatc-z.out
При подсчёте торсионных углов у Z-формы ДНК обнаружилось, что для каждого вида торсионного угла дано по два вида значений, подчас очень различающихся. Поэтому я посчитал по два средних значения для каждого торсионного угла.

А-форма: δ
В-форма: β, γ, δ - одинаково
Z-форма: β

Глядя на значения торсионных углов фенилаланиновой тРНК в файле выдачи команд "find_pare" и "analyze", я решил, что больше всего структура данной тРНК похожа на А-форму ДНК. Убедиться в этом можно, посмотрев на таблицу:

Сравнение значений торсионных углов тРНК и А- и В-форм ДНК из презентации
Структура	α (P - O5')	β (O5' - C5')	γ (C5' - C4')	δ (C4' - C3')	ε (C3' - O3')	ξ (O3' - P)	χ (C1' - N)
тРНК	-52,062	77,118	56,626	86,721	-147,611	-75,144	-151,943
А-форма ДНК	-51,7	174,8	41,7	79,09	-147,79	-75,1	-167,2
В-форма ДНК	-29,9	136,34	31,14	143,34	-140,8	-160,5	-97,99

Файл с рассчётом средних торсионных углов в молекуле тРНК.
Наиболее "деформированный" нуклеотид у тРНК - 26-й С цепи 1. Он резко отличается от среднего сразу по двум ушлам - α и γ.

Сравнение значений торсионных углов ДНК и А- и В-форм ДНК из презентации
Структура	α (P - O5')	β (O5' - C5')	γ (C5' - C4')	δ (C4' - C3')	ε (C3' - O3')	ξ (O3' - P)	χ (C1' - N)
ДНК	-53,756	2,606	44,595	139,017	-33,481	-106,631	-107,183
А-форма ДНК	-51,7	174,8	41,7	79,09	-147,79	-75,1	-167,2
В-форма ДНК	-29,9	136,34	31,14	143,34	-140,8	-160,5	-97,99

Наиболее ярко отличающийся нуклеотид - 16-й С, угол α.
Файл с рассчётом средних торсионных углов в заданной ДНК.

Упражнение 2.
Номера нуклеотидов, образующие стебли во вторичной структуре РНК:

            Strand I                    Strand II          Helix
   1   (0.008) A:...1_:[..G]G-----C[..C]:..72_:A (0.006)     |
   2   (0.006) A:...2_:[..C]C-----G[..G]:..71_:A (0.013)     |
   3   (0.021) A:...3_:[..G]G-----C[..C]:..70_:A (0.018)     |
   4   (0.018) A:...4_:[..G]G-*---U[..U]:..69_:A (0.015)     |
   5   (0.018) A:...5_:[..A]A-----U[..U]:..68_:A (0.011)     |
   6   (0.011) A:...6_:[..U]U-----A[..A]:..67_:A (0.020)     |
   7   (0.008) A:...7_:[..U]Ux----A[..A]:..66_:A (0.016)     |
   8   (0.020) A:..49_:[5MC]c-----G[..G]:..65_:A (0.017)     |
   9   (0.024) A:..50_:[..U]U-----A[..A]:..64_:A (0.014)     |
  10   (0.030) A:..51_:[..G]G-----C[..C]:..63_:A (0.016)     |
  11   (0.020) A:..52_:[..U]U-----A[..A]:..62_:A (0.016)     |
  12   (0.027) A:..53_:[..G]G----xC[..C]:..61_:A (0.012)     |
  13   (0.013) A:..54_:[5MU]u-**-xa[1MA]:..58_:A (0.012)     |
  14   (0.024) A:..55_:[PSU]Px**+xG[..G]:..18_:A (0.028)     x
  15   (0.015) A:..36_:[..A]Ax*---U[..U]:..33_:A (0.014)     |
  16   (0.008) A:..38_:[..A]A-*---c[OMC]:..32_:A (0.008)     |
  17   (0.004) A:..39_:[PSU]P-*---A[..A]:..31_:A (0.007)     |
  18   (0.005) A:..40_:[5MC]c-----G[..G]:..30_:A (0.013)     |
  19   (0.013) A:..41_:[..U]U-----A[..A]:..29_:A (0.019)     |
  20   (0.010) A:..42_:[..G]G-----C[..C]:..28_:A (0.007)     |
  21   (0.025) A:..43_:[..G]G-----C[..C]:..27_:A (0.011)     |
  22   (0.015) A:..44_:[..A]Ax*---g[M2G]:..26_:A (0.013)     |
  23   (0.018) A:..10_:[2MG]g-----C[..C]:..25_:A (0.011)     |
  24   (0.005) A:..11_:[..C]C-----G[..G]:..24_:A (0.013)     |
  25   (0.012) A:..12_:[..U]U-----A[..A]:..23_:A (0.030)     |
  26   (0.013) A:..13_:[..C]C----xG[..G]:..22_:A (0.017)     |
  27   (0.025) A:..14_:[..A]A-**-xU[..U]:...8_:A (0.016)     |
  28   (0.021) A:..15_:[..G]G-**+xC[..C]:..48_:A (0.015)     |
  29   (0.188) A:..16_:[H2U]ux**+xU[..U]:..59_:A (0.029)     x
  30   (0.026) A:..19_:[..G]G-----C[..C]:..56_:A (0.014)     +

Акцепторный стебель - участок 1-7 и комплементарный ему 72-66; Т-стебель - 49-53 и комплементарный ему 65-61; D-стебель - 10-13 и комплементарный ему 25-22; антикодоновый стебель - 26-32 и комплементарный ему 44-38.
Пары нуклеотидов 13 и 14 дополнительно стабилизируют Т-петлю.
В этой же таблице можно увидеть и неканоничные пары оснований,к примеру, пара 4G--69U, 38A--32C, 44A--26G.
Дополнительные водородные связи в тРНК, стабилизирующие ее третичную структуру - например, пара 14-8.

Упражнение 3.
Данные площади "перекрывания" представлены на странице ниже:

     step      i1-i2        i1-j2        j1-i2        j1-j2        sum
   1 GC/GC  5.19( 2.33)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.59( 3.41) 11.78( 5.74)
   2 CG/CG  0.51( 0.00)  0.00( 0.00)  2.98( 0.46)  0.71( 0.00)  4.20( 0.46)
   3 GG/UC  2.74( 1.28)  0.00( 0.00)  0.01( 0.00)  0.30( 0.00)  3.05( 1.28)
   4 GA/UU  4.55( 2.72)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  2.78( 0.92)  7.34( 3.64)
   5 AU/AU  4.86( 3.47)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.00( 1.72)  7.86( 5.18)
   6 UU/AA  0.50( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.45( 3.11)  3.94( 3.11)
   7 Uc/GA  0.98( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.08( 1.54)  4.06( 1.54)
   8 cU/AG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.40( 0.00)  3.43( 2.87)  3.83( 2.87)
   9 UG/CA  0.31( 0.00)  0.00( 0.00)  2.45( 1.12)  0.22( 0.00)  2.99( 1.12)
  10 GU/AC  5.87( 3.10)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.01( 2.38)  9.88( 5.48)
  11 UG/CA  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.02( 1.93)  0.00( 0.00)  4.02( 1.93)
  12 Gu/aC  8.58( 3.94)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.56( 0.68) 12.14( 4.63)
  13 uP/Ga  6.08( 1.82)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  8.21( 3.27) 14.29( 5.10)
  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  2.73( 0.95)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.92( 2.25)  7.66( 3.20)
  16 AP/Ac  5.04( 3.17)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.30( 3.92) 11.34( 7.08)
  17 Pc/GA  3.17( 0.17)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.10( 4.17)  9.28( 4.34)
  18 cU/AG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.70( 0.00)  1.74( 1.71)  2.44( 1.71)
  19 UG/CA  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  2.99( 1.72)  0.00( 0.00)  2.99( 1.72)
  20 GG/CC  2.53( 1.04)  0.00( 0.00)  0.27( 0.00)  0.15( 0.00)  2.94( 1.04)
  21 GA/gC  3.12( 0.91)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.81( 2.13)  7.93( 3.04)
  22 Ag/Cg  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  1.02( 0.00)  0.40( 0.07)  1.42( 0.07)
  23 gC/GC  3.53( 0.73)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  7.32( 4.35) 10.85( 5.08)
  24 CU/AG  1.03( 0.01)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  2.64( 2.33)  3.67( 2.35)
  25 UC/GA  1.53( 0.43)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  1.09( 0.09)  2.62( 0.52)
  26 CA/UG  0.00( 0.00)  1.92( 0.00)  2.31( 0.19)  0.00( 0.00)  4.23( 0.19)
  27 AG/CU  2.06( 0.54)  0.00( 0.00)  0.25( 0.00)  0.00( 0.00)  2.31( 0.54)
  28 Gu/UC  3.09( 1.19)  1.91( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.00( 1.19)
  29 uG/CU  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  1.39( 0.19)  0.16( 0.00)  1.55( 0.19)

Пара с наибольшим значением суммы "перекрывания" - 13.
Воспользовавшись командами ex_str -13 hstacking.pdb step13.pdb и stack2img -cdolt step13.pdb step13.ps я получил PostScript-файл, содержащий изображение стекинг-взаимодействия в формате ps, после чего открыл её с помощью программы GSview и сохранил в формате png.

Ссылка на главную страницу