Комплексы ДНК-белок

Задание 1: предсказание вторичной структуры заданной тРНК.

Упр.1. Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов

Чтобы найти инвертированные участки в последовательности 1n77 тРНК я создала файл в формате fasta, содержащий ее нуклеотидную последовательность. Далее была использована команда einverted XXX.fasta с параметрами:

Gap penalty: 4

Minimum score threshold: 10/15/20

Match score: 3

Minimum score: -4

При этом, самый правдоподобный комплементарный участок был обнаружен при параметре Minimum score threshold = 15, он напоминает акцепторный стебель, найденный в предыдущем практикуме с помощью команды find_pair (pr2):

Когда был выставлен порог = 10, алгоритм попытался найти T-стебель и точнее предсказать акцепторный. По-моему, получилось некачественно.

Если задать порог = 20, алгоритм результатов не выдает.

Упр.2. Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера.

С помощью сайта, на котором необходимо было всего лишь указать в окошке нуклеотидную последовательность тРНК, можно предсказать вторичную структуру 1n77. Алгоритм предложил две возможные структуры с отличиями в D-стебле, я выбрала ту из них, которая выглядит наиболее стабильной за счёт отсутствия основания без пары в D-стебле. К слову, другая сгенирированная модель имеет более низкую энергию, что могло бы говорить в её пользу, но эта разница незначительна(~1 kcal/mol).

Как видно, акцепторный и Т-стебли полностью предсказаны алгоритмом Зукера. Однако в смоделиованном антикодоновом-стебле уже не хватает двух комплементарных связей, тех с которых начинается и заканчивается стебель реальной структуры. За счёт этого азотистые основания в D-стебле образуют водородную связь на одну пару раньше, что приводит к тому, что только 3 взаимодействия соответствуют результатам find_pair.

Чтобы подытожить результаты, полученные в Упр1 и 2, обратимся к таблице:

Участок структуры	Позиции в структуре(по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted (threshold 15)	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5' 1 - 7 3' 5' 66 - 72 3'	5' 3 - 7 3' 5' 65 - 69 5' Буквенно предсказано 5 пар из 5 реальных, нумерация не совпадает почему-то	7 пар оснований
D-стебель	5' 10 - 13 3' 5' 22 - 25 3'	-	5 пар оснований
T-стебель	5' 49 - 53 3' 5' 61 - 65 3'	-	5 пар оснований Исчезают 2 неканонические пары (отмеченные зелёными линиями: A-C, G-A)
Антикодоновый стебель	5' 38 - 44 3' 5' 26 - 32 3'	-	4 пары оснований Исчезает одна неканоническая(U-G), появляется одна новая (G-C) за счёт того что в предыдущем стебле гуанин не связывался с аргинином
Общее число канонических пар нуклеотидов	23	5	21

Таким образои, можно уверенно сказать, что алгоритм Зукера моделирует вторичную структуру тРНК во много раз точнее, чем einverted.

Задание 2: Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

В данном задании я изучала ДНК-белковый комплекс с ID 1a02 (J и F цепи белка)

Упр.1. Определение групп атомов с помощью команды define в JMol.

скрипт-файл

Упр.2. ДНК-белковые контакты в заданной структуре. Сравнение количества контактов разной природы.

Полярными считаются атомы кислорода и азота.

Неполярными - атомы углерода, фосфора и серы.

При этом 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.

скрипт-файл

В таблице приведены результаты работы скрипта:

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	3	7	10
остатками фосфорной кислоты	12	7	19
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	3	15	18
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	0	1	1

Изучив результаты, можно сделать вывод о том, что большиство связей ДНК формирует с остатками фосфорной кислоты, причём полярные среди них преобладают.

Упр.3. Схема ДНК-белковых контактов, полученная с помощью программы nucplot.

Программа nucplot предназначена для визуализации контактов между ДНК и белком. Она работает только со старым форматом PDB (remediator 1a02.pdb > 1a02_old.pdb). Ввод (nucplot 1a02_old.pdb) позволяет получить на выходе файл nucplot.ps, который можно открыть с помощью программы gswin64.

Таким образом я получила следующее изображение:

Упр.4.

Здесь необходимо было выбрать аминокислотный остаток с наибольшим числом указанных на схеме контактов с ДНК. Я выбрала Arg537(N), который, судя по полученному с помощью nucplot изображению, формирует аж три связи с 2'дезоксирибозой ДНК. Эти связи отмечены коричневыми штришками, то есть они должны быть < 3.35 ангстрем. Однако в JMol команда (select within(3.35, [DT]5015) and [ARG]537) находит всего два атом, что противоречит полученной ранее информации. Интересно, где ошибка.

По-моему мнению наиболее важным для распознавания последовательности аминокислотным остатком является ARG421(N). Он образует две водородные связи с азотистым основанием, что является специфичным взаимодействием комплекса ДНК-белок.