© Kholina Tatiana, 2013 You can contact me at tatiana96-khol@yandex.ru

На этой неделе мы работали с различными формами нуклеиновых кислот, используя пакет программ 3DNA и Jmol.

Задание 1.

С помощью программы fiber пакета 3DNA, я построила 3 формы ДНК - A, B и Z. В A и B формах использовалась 5 раз повторенная последовательность "GCAT", для Z-формы - только GT (10 повторов). Файлы с результатами: gcat-a.pdb gcat-b.pdb gcat-z.pdb

Рис.1. A-форма ДНК. Вид с торца

Рис.2. B-форма ДНК

Рис.3. Z-форма ДНК

Задание 2.

Упр.1

С помощью Jmol были получены изображения А-формы ДНК:

Упр.2

Каждый получал свои структуры ДНК-белкового комплекса и тРНК и скачивал их pdb-файлы с сайта PDB. PDB-коды моих структур - 1h3e для тРНК и 1pp7 для ДНК.

Упр.3

Надо было проверить обе структуры на разрывы цепей. У меня было 2 разрыва в тРНК. Файлы, содержащие только тРНК и ДНК: тРНК, ДНК

Рис.8. тРНК 1H3E

Рис.9. Первый разрыв в 1H3E

Рис.10. Второй разрыв в 1H3E

Рис.11. ДНК из ДНК-белкового комплекса 1PP7

Задание 3

Упр.1

Для структуры B-ДНК нужно было выбрать один из тиминов и посмотреть, какие из его атомов направлены в сторону большой бороздки ДНК, а какие - в сторону малой. Я выбрала тимин 34. Я решила , что в сторону большой бороздки явно обращены атомы С4, О4, С5 и СМ5, а сторону малой - N1, C2 и O2.

Рис.12. Тимин в B-ДНК. Красным выделены атомы, смотрящие в сторону большой бороздки, синим - в сторону малой, белым - остальные.

Рис.13. Тот же тимин, риснок выполнен с помощью ChemSketch.

Упр.2

Для А, В и Z-форм определялись такие параметры, как шаг спирали, ширина бороздок и др.

А-форма В-форма Z-форма
Тип спирали правая правая левая
Шаг спирали (ангстрем) 28 34 44
Число оснований на виток 11 10 12
Ширина большой бороздки 18.0 (от фосфата 6 цитозина) 17.2 (от фосфата 14 цитозина) 28.0 (от фосфата 9 гуанина)
Ширина малой бороздки 8.0 (от фосфата 30 тимина) 11.7 (от фосфата 30 тимина) 7.2 (от фосфата 9 гуанина)

Упр.3

Торсионные углы были измерены в Jmol для А и В форм ДНК. Если сравнить с приведенными на лекции значениями углов, у меня получились альфа-углы не того знака, и слишком большое значение дзета.

Форма alpha beta gamma delta epsilon zeta chi
А-ДНК -51.7 174.8 41.7 79.1 -147.8 -75.1 -157.2
В-ДНК -29.9 136.3 31.2 143.3 -140.8 -160.5 -98.0

Задание 4

Упр.1

С помощью программ find_pair и analyze были найдены торсионные углы для каждого основания в ДНК из 1PP7 и тРНК из 1H3E. Средние значения этих углов приведены в таблице. Сильнее всего колеблется угол гамма - от -179 до 177 градусов.

alpha beta gamma delta epsilon zeta chi
DNA -58.3 -7.7 64.3 135.7 -150.6 -90.2 -111.0
Основание с отклоняющимися углами (№5, цитозин) -97.5 71.0 178.3 125.3 -149.8 -68.0 -171.3
tRNA -30.1 10.0 63.2 90.5 -111.1 -51.7 -135.1
Основание с отклоняющимися углами (№11, гуанин) 147.0 -164.9 177.8 84.4 -139.9 -70.6 -174.3

Упр.2

В файле tRNA.out записаны водородные связи между основаниями. Ниже выделены цветом пары, образующие стебли тРНК:

            Strand I                    Strand II          Helix
    
   1   (0.004) B:...1_:[..G]G-----C[..C]:..72_:B (0.003)     |
   2   (0.007) B:...2_:[..G]G-----C[..C]:..71_:B (0.005)     |
   3   (0.004) B:...3_:[..G]G-----C[..C]:..70_:B (0.004)     |
   4   (0.003) B:...4_:[..C]C-----G[..G]:..69_:B (0.012)     |
   5   (0.004) B:...5_:[..A]A-----U[..U]:..68_:B (0.005)     |
   6   (0.005) B:...6_:[..G]G-----C[..C]:..67_:B (0.006)     |
   7   (0.007) B:...7_:[..G]Gx----C[..C]:..66_:B (0.003)     |
   
   
   8   (0.003) B:..49_:[..G]G-----C[..C]:..65_:B (0.006)     |
   9   (0.009) B:..50_:[..C]C-----G[..G]:..64_:B (0.006)     |
  10   (0.003) B:..51_:[..U]U-----A[..A]:..63_:B (0.007)     |
  11   (0.003) B:..52_:[..G]G-----C[..C]:..62_:B (0.004)     |
  12   (0.010) B:..53_:[..G]G----xC[..C]:..61_:B (0.005)     |
  
  13   (0.011) B:..54_:[5MU]u-**-xA[MAD]:..58_:B (0.006)     |
  14   (0.045) B:..55_:[PSU]Px**+xG[..G]:..18_:B (0.004)     x
  15   (0.005) B:..47E:[..G]G-----C[..C]:..47_:B (0.006)     |
  16   (0.004) B:..47F:[..C]C-----G[..G]:..46_:B (0.006)     |
  17   (0.002) B:..47G:[..C]C----xG[..G]:..45_:B (0.010)     |
  18   (0.009) B:..47H:[..U]U-*---A[..A]:..20B:B (0.015)     |
  19   (0.008) B:..47I:[..U]U-*--xA[..A]:..21_:B (0.008)     |
  20   (0.006) B:..48_:[..C]Cx**+xG[..G]:..15_:B (0.008)     x
  21   (0.005) B:..19_:[..G]Gx---xC[..C]:..56_:B (0.005)     +
  22   (0.004) B:...8_:[..U]U-**--A[..A]:..14_:B (0.006)     |
  23   (0.017) B:...9_:[..U]Ux**--G[..G]:..13_:B (0.009)     |
  
  24   (0.005) B:..23_:[..G]G-----C[..C]:..12_:B (0.010)     |
  25   (0.005) B:..24_:[..G]G-----C[..C]:..11_:B (0.006)     |
  26   (0.006) B:..25_:[..G]G----xC[..C]:..10_:B (0.007)     |
  
  
  27   (0.007) B:..26_:[..G]G-*---U[..U]:..44_:B (0.011)     |
  28   (0.008) B:..27_:[..A]A-----U[..U]:..43_:B (0.007)     |
  29   (0.007) B:..28_:[..C]C-----G[..G]:..42_:B (0.008)     |
  30   (0.007) B:..29_:[..G]G-----C[..C]:..41_:B (0.006)     |
  31   (0.009) B:..30_:[..G]G-----C[..C]:..40_:B (0.003)     |
  32   (0.007) B:..31_:[..U]U----xA[..A]:..39_:B (0.006)     |
  33   (0.004) B:..32_:[..C]C-*---A[..A]:..37_:B (0.010)     |
  34   (0.007) B:..33_:[..U]Ux*--xA[..A]:..36_:B (0.009)     x
  
  35   (0.011) B:..47A:[..G]G-**--U[..U]:..47B:B (0.004)     +
 

В структуре есть несколько неканонических пар - 5MU (5-метилуридин) и MAD (1-метиладенин), PSU (псевдоуридин) и гуанин, гуанин 26 и урацил 44, цитозин 32 и аденин 37, гуанин 13 и урацил 9.

Связи, стабилизирующие 3хмерную структуру тРНК, но не имеющие отношения к стеблям, должны связывать отдаленные участки тРНК - такие как G19 и C56, G15 и C48, U47H и A20B, U47I и A21, PSU55 и G18.

Упр.3

В файле tRNA.out можно найти величину перекрываний азотистых оснований при стекинг-взаимодействиях. Три пары с наибольшей площадью перекрывания я отметила оранжевым.

                     i2  3'      5' j2
                       /|\      |
                        |       |
               Strand I |       | II
                        |       |
                        |       |
                        |      \|/
                    i1  5'      3' j1

     step      i1-i2        i1-j2        j1-i2        j1-j2        sum
   1 GG/CC  1.63( 0.37)  0.00( 0.00)  0.25( 0.00)  0.24( 0.05)  2.11( 0.42)
   2 GG/CC  2.14( 0.71)  0.00( 0.00)  0.31( 0.00)  0.54( 0.05)  2.99( 0.77)
   3 GC/GC  6.59( 3.49)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.81( 2.70) 12.40( 6.19) 
   4 CA/UG  0.41( 0.00)  0.00( 0.00)  1.73( 0.90)  0.00( 0.00)  2.14( 0.90)
   5 AG/CU  2.86( 2.05)  0.00( 0.00)  0.80( 0.00)  0.00( 0.00)  3.66( 2.05)
   6 GG/CC  3.34( 1.91)  0.00( 0.00)  0.47( 0.00)  0.00( 0.00)  3.81( 1.91)
   7 GG/CC  2.30( 0.82)  0.00( 0.00)  0.99( 0.00)  0.00( 0.00)  3.29( 0.82)
   8 GC/GC  3.50( 0.99)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.81( 3.53) 10.31( 4.51)
   9 CU/AG  1.64( 0.25)  0.00( 0.00)  0.03( 0.00)  1.64( 1.21)  3.31( 1.46)
  10 UG/CA  0.52( 0.00)  0.00( 0.00)  3.18( 1.37)  0.00( 0.00)  3.71( 1.37)
  11 GG/CC  4.52( 3.22)  0.00( 0.00)  0.16( 0.00)  0.00( 0.00)  4.68( 3.22)
  12 Gu/AC  7.03( 2.02)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.09( 2.73) 13.12( 4.75)
  13 uP/GA  7.20( 3.39)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.33( 0.17) 11.52( 3.56)
  14 PG/CG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)
  15 GC/GC  4.75( 2.36)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.83( 2.88) 10.58( 5.23)
  16 CC/GG  0.24( 0.00)  0.00( 0.00)  0.04( 0.00)  3.52( 2.22)  3.80( 2.22)
  17 CU/AG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.65( 0.00)  3.36( 1.72)  4.01( 1.72)
  18 UU/AA  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  1.80( 0.00)  0.00( 0.00)  1.80( 0.00)
  19 UC/GA  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  2.45( 0.38)  0.00( 0.00)  2.45( 0.38)
  20 CG/CG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)
  21 GU/AC  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)
  22 UU/GA  0.00( 0.00)  5.43( 2.14)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.43( 2.14)
  23 UG/CG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.48( 2.20)  4.48( 2.20)
  24 GG/CC  2.59( 1.12)  0.00( 0.00)  0.10( 0.00)  1.20( 0.36)  3.88( 1.48)
  25 GG/CC  3.40( 1.93)  0.00( 0.00)  0.58( 0.00)  0.00( 0.00)  3.97( 1.93)
  26 GG/UC  6.12( 4.17)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.12( 4.17)
  27 GA/UU  6.04( 3.99)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.21( 1.41) 10.25( 5.39)
  28 AC/GU  4.31( 2.76)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.30( 2.45)  9.61( 5.21)
  29 CG/CG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.13( 2.33)  0.00( 0.00)  5.13( 2.33)
  30 GG/CC  3.78( 2.43)  0.00( 0.00)  0.36( 0.00)  0.00( 0.00)  4.15( 2.43)
  31 GU/AC  4.58( 2.13)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.88( 3.51)  9.47( 5.64)
  32 UC/AA  4.17( 1.98)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.36( 0.00)  4.52( 1.98)
  33 CU/AA  2.43( 0.33)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.80( 2.00)  7.24( 2.33)
  34 UG/UA  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)
  

Командой ex_str -8 stacking.pdb step8.pdb и stack2img -cdolt step8.pdb step8.ps было получено изображение стекинг-взаимодействий для выбранных пар.