Главная


Практикум №3: "Комплексы ДНК-белок"


Задание №1



Упр.1. Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов.
С помощью программы einverted из пакета EMBOSS были найдены инвертированные участки в нуклеотидной последовательности исследуемой тРНК.
Чтобы получить наиболее адекватные пары, которые присутствуют в реальной тРНК, необходимо исключить гэпы!


Упр.2. Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера. В данном упраднении был использован RNAfold WebServer.
Поиск производился по минимальной свободной энергии. С наименьшей энергией (-24.13 kcal/mol) было найдено следующая структура, представленная на Рис.1a и Рис.2b.
Рис. 1a.

Рис. 1b.

Полученная структура представляет не похожа на типичную тРНК.
Следующая по энергии структура (-22.40 kcal/mol),которая и является вторичной нативной структурой, представлена на Рис.2а и Рис.2b.
Рис. 2a.

Рис. 2b.


В типичной тРНК выделяют акцепторный стебель (7 пар), D-стебель (4 пары), антикодоновый стебель (5 пар), T-стебель (5 пар). На Рис. 3. показано расположение данных стеблей и номера нуклеотидов, образующих их.
Рис. 3.
Таблица 1. Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла
Позиции в структуре (find_pair)Результаты предсказания (einverted)Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель5'-2-7-3'
5'-66-71-3'
6 пар (обычно 7)		0 пар из 7 реальныхВсе 7 типичных пар
D-стебель5'-10-13-3'
5'-22-25-3'
4 пары		предсказано 0 пар из 4 реальныхВсе 4 типичные пары
T-стебель5'-49-53-3'
5'-61-65-3'
5 пар		предсказаны все 5 реальных парВсе 5 типичных пар
Антикодоновый стебель5'-26-32-3'
5'-38-44-3'
7 пар (обычно 5)		предсказаны 5 пар:
5'-27-31-3'
5'-39-43-3'		Все 5 типичных пар
Общее число канонических пар нуклеотидов191319

Задание №2. Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре.


Был создан скрипт-файл, вызов которого в JMol даёт последовательное изображение всей структуры, только ДНК в проволочной модели, той же модели, но с выделенными шариками множеством атомов set1, затем set2 и set3, где:
  • set1 - множество атомов кислорода 2'-дезоксирибозы.
  • set2 - множество атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты.
  • set3 - множество атомов азота в азотистых основаниях.
    СКРИПТ ЗДЕСЬ

    Упр.2. ДНК-белковые контакты.
    Будем считать полярными атомы кислорода и азота, а неполярными - атомы углерода, фосфора и серы. Назовем полярным контактом ситуацию, в которой расстояние между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5Å. Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5Å.
    За контакт была принято любой теоретически возможное взаимодействие между рассматриваемыми атомами на данном расстоянии. Будем считать, что один атом может участвовать в несколько таких контактах.
    Таблица 2. Контакты разного типа в комплексе 1I3J.pdb
    Контакты атомов белка сПолярныеНеполярныеВсего
    остатками 2'-дезоксирибозы84755
    остатками фосфорной кислоты61521
    остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки044
    остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки91019

    Результаты для меня оказались неожиданными. Ведь, например, белки-регуляторы транскрипции должны связываться с основаниям ДНК, а не с остовом. Однако, видимо, подавляющее большинство белков связывается с сахарофосфатным остовом, а суббстратная специфичность каждого белка обусловлена связыванием именно с азотистыми основаниями ДНК. Этим можно объяснить большее число контактов белка с ДНК с остовом, а не с основаниями. Интересно отметить, что неполярных контактов гораздо больше, следовательно, белок связывается с ДНК главным образом за счёт гидрофобных взаимодействий.

    Сравнивая число контактов белка с основаниями большой и малой бороздок, видно, что последних значительно больше, что позволяет сделать вывод, что данный белок, представляющий собой эндонуклеазу I-TevI, специфично связывается преимущественно с малой бороздкой ДНК.

    Упр.3. Получение схемы ДНК-белкового комплекса с помощью программы nucplot (Рис. 4.)

    Рис. 4.


    Упр.4.

    аминокислотный остаток с наибольшим числом указанных на схеме контактов с ДНК - Arg168(A). Данный остаток участвует в образовании трёх контактов с дезоксирибозой нуклеотида [DA]49 и ещё одного контакта с аденином основания [DA]48 (Рис. 5.)

    Рис. 5. Arg168(A), образующий с ДНК 4 контакта (именно контакта, не связей!). Зелёным выделены атомы [DA]48:C.N3 и [DA]49:C.O4', контактирующие с аргинином.


    Большое значение для распознавания последовательности ДНК имеет остаток Arg170(A), так как образует водородную связь с кислородом тимина (Рис. 6.). Образуя водородную связь, данный аргинин вносит значительный вклад в формировании ДНК-белкового комплекса.

    Рис. 6. Arg170(A), образующий с атомом кислорода тимина водородную связь.