Учебный сайт Полины Байкузиной

A- и В- формы ДНК. Структура РНК

Задание 1.

В этом упражнении требовалось построить модели структур A-, B- и Z-формы ДНК с помощью программы fiber пакета 3DNA. Пакет 3DNA один из популярных пакетов программ для анализа и простейшего моделирования структур нуклеиновых кислот. Были построены два дуплекса ДНК, последовательность одной из нитей которых представляет собой 5 раз повторенную последовательность "gatc". Z-форма представлена 5 раз повторенной парой G-C (программа fiber позволяет строить только такую Z-форму ДНК). Структуры дуплексов сохранены в файлах A-форма, B-форма, Z-форма.

Задание 2.

Упражнение 1.

Упражнение 2.

В данном упражнении требовалось получить структуры тРНК и ДНК-белкового комплекса в формате PDB с сайта PDB. Были получены файлы со структурами тройного комплекса дрожжевой тирозил-трнк синтетазы и engrailed homeodomain-DNA.

Упражнение 3.

В данном упражнении требовалось проверить полученные структуры РНК и ДНК на наличие разрывов. На рис.1 изображена структура тРНК. В структуре есть разрывы, которые делят нуклеиновую кислоту на 6 фрагментов. Возможно, что структура на самом деле содержит несколько фрагментов. На рис.2 для более удобного изображения показана ленточная модель тРНК.

На рис.3 изображена структура ДНК. В молекуле разрывов не обнаружено.

Сохраненные координаты атомов ДНК и РНК.

Задание 3.

Упражнение 1.

В данном упражнении необходимо было определить большую и малую бороздки ДНК. Для этого была взята структура B-формы ДНК. На рис.4 изображена молекула ДНК с отмеченными большой и малой бороздками.

Был выбран остаток тиминового нуклеотида под номером 11. При помощи программы Jmol нужно было определить какие атомы основания явно обращены в сторону большой бороздки, а какие в сторону малой. С помощью программы ChemSketch было получено изображение тимина (рис.5). Красным цветом отмечены атомы, обращенные в сторону большой бороздки, синим - в сторону малой бороздки.

• В сторону большой бороздки обращены атомы: [T]11:A.C6, [T]11:A.C5M, [T]11:A.O4;
• В сторону малой бороздки обращены атомы: [T]11:A.O2,[T]11:A.C2, [T]11:A.N3;
• Остальные атомы основания расположены на границе большой и малой бороздок;
• В А-форме в сторону большой бороздки, в целом, обращены те же атомы: [T]11:A.C5M, [T]11:A.O4; в сторону малой бороздки - [T]11:A.O2, [T]11:A.C2, [T]11:A.N3;
• В Z-форме присутствуют только цитозин и гуанин, поэтому рассмотреть тимин не удалось.

Упражнение 2.

Сравнение основных спиральных параметров разных форм ДНК.

Как видно из таблицы, в А-форме ДНК большая бороздка по ширине меньше, чем малая, но большая бороздка глубже.

Упражнение 3.

Сравнение торсионных углов в структурах А- и В-форм.

Как видно из таблицы, значения углов A- и В-форм не совпадают со значениями, приведенными в презентации.

Задание 4.

Определение параметров структур нуклеиновых кислот с помощью программ пакета 3DNA. Т.к.пакет 3DNA работает только со старым форматом PDB, для перевода файлов в старый формат была использована программа remediator, установленная на kodomo. Для анализа структур нуклеиновых кислот были использованы программы find_pair и analyze. Программа find_pair определяет спаренные основания и положения спиралей в структуре. В результате работы программ был создан ряд файлов с описанием разных параметров структуры, в файлах 1HDD_old.out и 2DLC_old.out можно найти описание водородных связей, значения всех торсионных углов, ширину малой и большой бороздок и т.д.

Упражнение 1.

Определение торсионных углов нуклеотидов.

В данном упражнении требовалось определить торсионные углы в заданной структуре ДНК и тРНК; с помощью Excel определить среднее значение каждого из торсионных углов (краевые нуклеотиды не рассматривались). Таблица с значениями торсионных углов представлена здесь.

На данной таблице представлены средние значения каждого из торсионных углов.

Наиболее "деформированным" нуклеотидом в молекуле ДНК является Т10. Значения торсионных углов α, β, ζ отклоняются от средних значений. В молекуле тРНК - G6. Углы α, β, γ наиболее сильно отклоняются от средних значений.

Упражнение 2.

Определение структуры водородных связей.

• Номера нуклеотидов, образующих стебли (stems) во вторичной структуре заданной тРНК:
  • 1 цепь: 501-507, 549-553, 510-513, 542-544;
  • 2 цепь: 566-572, 561-565, 522-525, 526-528.
• Неканонические пары оснований в структуре тРНК:
  • U - G, 5MU - 1MA, PSU - OMG, U - A, A - M2G, A - A, A - U, G - 5MC.
• Дополнительные водородные связи в тРНК, стабилизирующие ее третичную структуру:
  • G - 5MC, PSU - OMG - комплементарные пары, не имеющие отношение к стеблям.

Упражнение 3.

Поиск возможных стекинг-взаимодействий.

В файле 2DLC.out были найдены данные о величине площади "перекрвывания" двух последовательных пар азотистых оснований. Для пары с наибольшим значением step13 (uP/ga) было получено стандартное изображение стекинг-взаимодействия с помощью программ ex_str и stack2img пакета 3DNA. Результат представлен на рис.6.