Создание моделей структур ДНК

С помощью программы fiber пакета 3DNA на kodomo-машине были смоделированы A-, B- и Z-формы дуплекса ДНК, последовательность одной из нитей первых двух представляет собой 5 раз повторённую последовательность "GATC", а последней - "GCGC". Полученные pdb-файлы доступны по ссылкам соответсвенно: gatc-a , gatc-b и gcgc-z

Средства JMol для работы со структурами нуклеиновых кислот

Выделение различных групп атомов ДНК

Используя предопределённые множества JMol были выделены следующие группы атомов А-формы ДНК, полученной в предыдущем пункте:

Поиск файлов .pdb

На сервере RCSB Protein Data Bank были получены PDB-файлы биологических единиц молекул:

  1. 1GTR (рис. 6) - Structural basis of anticodon loop recognition by glutaminyl-tRNA synthetase (комплекс лигазы и тРНК)

    Рис.6     Структура комплекса тРНК и глутамил-тРНК-синтетазы, распознающей антикодон, из E.coli.
  2. 1RH6 (рис. 7) - Crystal structure of the excisionase-DNA complex from bacteriophage lambda (комплекс ДНК-белок)

    Рис.7     Структура (Xis)-ДНК комплекса из бактериофага лямбда.

Проверка структур на наличие разрывов

Из файлов, полученных в предыдущем пункте, были вырезаны белки и вода, в результате чего остались только молекулы нуклеиновых кислот. Они были изучены (визуально) на наличие разрывов:

Сравнение структур 3-х форм ДНК с помощью средств JMol

Большие и малые бороздки

На поверхности парной структуры ДНК можно выделить большую и малую бороздки. Наиболее характерный вид они имеют в B-форме ДНК (рис. 11). В А-форме углубляется большая бороздка, в то время как малая бороздка становится почти незаметной (по глубине) (рис. 10). Z - форма ДНК является левозакрученной спиралью; её остов принимает зигзагообразную форму; большая бороздка едва заметна, а малая - узкая и глубокая (рис. 12)

Рис. 10 A-форма ДНК

Рис. 11 B-форма ДНК

Рис. 12 Z-форма ДНК

На примере тимина были рассмотрены, какие его атомы обращены внутрь большой бороздки, а какие - в сторону малой. Результат представлен на рис. 13, а также в файле .sk2. Положение тимина в ДНК отображено на рис. 14


Рис. 13 Положение атомов тимина относительно большой и малой бороздок B-формы ДНК



Рис.14 Тимин в B-форме ДНК.
Фиолетовым выделен остов ДНК,
серым - атомы углерода,
красным - кислорода,
синим - азота;
большим размером обозначено основание тимина,
меньшим - противолежащий аденин,
зелёным - водородная связь

Спиральные параметры ДНК

Таблица 1.
A-форма B-форма Z-форма
Тип спирали правая правая левая
Шаг спирали (Å) 28.03 33.75 43.5
Число оснований на виток 11 10 12
Ширина большой бороздки 7.98 [T]11:A - [C]24:B 17.21 [T]11:A - [T]27:B 15.17 [G]:11:A - [C]30:B
Ширина малой бороздки 16.81 [T]11:A - [C]32:B 11.69 [T]11:A - [A]34:B 7.2 [G]11:A - [G]33:B

Торсионные углы

Таблица 2
Форма α β γ δ ε ζ χ
А-ДНК (рис. 15) 64.1 174.8 41.7 79.1 -147.8 -75.1 -157.2
В-ДНК (рис. 16) 85.9 136.3 31.1 143.3 -140.8 -160.5 -97.9

Рис. 15 Торсионные углы T А-формы ДНК

Рис. 16 Торсионные углы T B-формы ДНК

Определение параметров структур НК с помощью пакета 3DNA

Торсионные углы ДНК

С помощью программ find_pair и analyze пакета 3DNA были измерены торсионные углы ДНК из 1RH6. Результаты представлены в документе Excel.

Определение структуры водородных связей

Определение возможных стекинг-взаимодействий

В файле .out (результат работы analyze) были найдены величины площади "перекрывания" колец двух последовательных пар азотистых оснований. Максимальная суммарная такая площадь в исследуемой тРНК составляет 7.11Ų (пары 20-21: GC/AC), а минимальная (не считая полного несовпадения) - 0.21Ų (пары 21-22: CG/CA).
С помощью последовательного применения программ ex_str - вырезает из staking.pdb определённую пару нуклеотидов, stack2img - pdb преобразовывает в .ps и ps2pdf - преобразовывает .ps в .pdf, были получены стандартные изображения стекинг-взаимодействия для описанных выше пар нуклеотидов; они представлены на рис. 18 и рис. 19 для максимального и минимального перекрытия соответсвенно.


Рис. 18 Перекрытие пар 21 (сверху) и 20 (снизу)

Рис. 19 Перекрытие пар 22 (сверху) и 21 (снизу)

Изображение полной структуры НК, где нуклеотиды представлены как блоки


Рис. 20 ДНК из 1RH6, представленая в виде блоков