Отчёт по практикуму 2

Генерация спирали ДНК

Команда fiber пакета 3DNA позволяет моделировать разнообразные спирали нуклеиновых кислот в формате pdb.

Команда fiber -m позволяет получить список доступных для моделирования структур. К сожалению, Z-ДНК с произвольным нуклеотидным составом получить нельзя (есть всего два варианта — поли-GC и поли-As4T-спираль). Вот какие команды были исполнены для генерирования файлов:

• fiber -seq=GATCGATCGATCGATCGATC -a gatc-a.pdb
• fiber -seq=GATCGATCGATCGATCGATC -b gatc-b.pdb
• fiber -z gatc-z.pdb

Важно отметить, что по умолчанию генерируется поли-GC-Z-спираль из 20 пар оснований.

Полученные модели можно скачать.

• A-форма
• B-форма
• Z-форма

Сравнение одной из моделей с экспериментальными данными. Изучение трёх форм ДНК

Для сравнения я выбрал A-форму ДНК (PDB ID экспериментального файла 3V9D).

Названия «большая бороздка» и «малая бороздка» в случае A-спирали несколько контринтуитивны: корректнее было бы выразиться «глубокая» и «мелкая», не называя большой бороздкой более узкую. На рис. 1 показан тимин, находящийся на положении 7 цепи B экспериментальной модели. Изображение получено при помощи MarvinSketch.

• В сторону большой бороздки обращены атомы T7.C4, T7.O4, T7.C5, T7.C6, T7.C7.
• В сторону малой бороздки обращены атомы T7.N1, T7.C2, T7.O2, T7.N3.

Далее были проанализированы ключевые особенности спиралей ДНК, сгенерированных 3DNA, с помощью визуализации и измерений в JMol. Нельзя не отметить, что число оснований на виток (и шаг спирали в ангстремах) данным методом можно измерить только с точностью до целого числа мономеров. Итоги измерений изложены в табл. 1.

Ширина бороздки должна была равняться локальному минимуму расстояний между фосфатами разноимённых цепей, и в случае Z-спирали не всегда можно было измерить их от одного атома фосфора (в данном случае пришлось выбирать разные: расстояние от фосфатов второй цепи до первого атома убывало вплоть до точки, где было произведено измерение другой бороздки).

Структура РНК

Определяем параметры структуры РНК с помощью программ find_pair и analyze пакета 3DNA.

Выданная мне структура имеет идентификатор PDB 1I9V. Я скачал соответствующий файл с сайта RCSB и преобразовал его для совместимости с 3DNA:

remediator --old ''1i9v.pdb'' > ''1i9v_old.pdb''

Вначале были определены торсионные углы нуклеотидов в структуре. Запускаем конвейер:

find_pair -t 1i9v_old.pdb stdout | analyze

Торсионные углы ищем в файле 1i9v_old.out. Для сравнения с ДНК посмотрим на наиболее характерные отличия в значениях для A- и B-спиралей (углы δ, ε, ζ, χ). На рис. 2 показано, как выглядит таблица торсионных углов. Сравнивать будем со значениями в презентации.

Перечислим, к каким значениям ближе получаются углы.

• δ ближе к значинию A-ДНК;
• ε ближе к B-ДНК;
• ζ занимает некое промежуточное положение;
• χ ближе к A-ДНК.

Обобщая, вспомнив, как выглядит стебель РНК при визуализации, а также держа в уме раздел файла Classification of each dinucleotide step in a right-handed nucleic acid structure, где встречаются только упоминания A, можно утверждать, что тяжи РНК похожи на A-форму ДНК.

Теперь определяем структуру водородных связей между основаниями. Рис. 3 показывает, как выглядит абзац, где указаны основные параметры водородных связей в парах оснований.

Видно, что структура содержит 7 неканонических пар:

• 4G..69U
• 54t..58A
• 36A..33U
• 38A..32C
• 44A..26G
• 14A..8U
• 15G..48C

Координаты стеблей (считаем хотя бы две подряд идущие пары оснований, неканоническое спаривание не учитываем на концах стебля):

• 1..7—72..66
• 49..53—65..61
• 40..43—30..27
• 10..13—25..22

Остальные 7 комплементарных пар, среди которых одна уотсон-криковская, не входят в стебли и служат для дополнительной стабилизации структуры.