А- и В- формы ДНК. Структура РНК.

На этой странице анализируются и А, B, Z формы ДНК и РНК.

С помощью инструментов пакета 3DNA программы Putty были получены 3 формы ДНК. Действия:

подключаемся к серверу kodomo.cmm.msu.ru используя протокол ssh
переходим в нужную директорию
указываем путь к пакету 3DNA:
export PATH=${PATH}:/home/preps/golovin/progs/X3DNA/bin export
X3DNA=/home/preps/golovin/progs/X3DNA
запускаем описание програмы fiber: fiber -h
создаем A-ДНК, B-ДНК с последовательностью gatc, повторенной 5 раз
создаем Z-ДНК
сохраняем полученные структуры в соответствующих файлах gatc-*.pdb, где * - форма ДНК.

A-DNA

Выделяем различные атомы и химические группировки в A-ДНК, используя программу JMol (рисунки 1-4).


Рис. 1. Сахарофосфатный остов ДНК (красный).


Рис. 2. Все нуклеотиды (фиолетовые).


Рис. 3. Все аденины (зеленые).


Рис. 4. Атом N7 во всех гуанинах (желтый).

Структуры ДНК и РНК

На сайте http://www.rcsb.org/pdb/ скачала PDB-файлы 1H4S.pdb и 1MHD.pdb, в которых находится структура РНК-белкового и ДНК-белкового комплексов соответственно.

1. 1H4S

Структура 1H4S изначально была в виде cartoons (рис. 5), оставляю на экране только РНК (рис. 6), изменяю структуру на проволочную (рис. 7).

Рис. 5. РНК и белок в виде cartoons. Розовым выделена РНК, зеленым А-цепь белка, а красным - B.

Рис. 6. Только РНК.

Рис. 7. Проволочная РНК.

Разрывы отсутствуют в структуре 1H4S.

2. 1MHD

Проводим аналогичные опирации с ДНК (рис. 8). Разрывы также отсутствуют.

Рис. 8. Проволочная ДНК.

Сравнение структур 3-х форм ДНК с помощью JMol.

Упр. 1

В файле gatc-b.pdb определяем, где находится большая и маленькая бороздки ДНК. Находим в структуре цитозин, например 12, и определяем какие атомы у него будут обращены в сторону большой бороздки (красный), а какие в сторону малой (синий):


Цитозин. Слева сриншот из JMol, а справа его схематичное изображение из ChemSketch.

Форма ДНК	В сторону малой бороздки:	В сторону большой бороздки:	Другие атомы основания:
A-форма	c12.c5, c12.c4, c12.n4	c12.n1, c12.c2, c12.o2, c12.n3	c12.c6
B-форма	c12.n1, c12.c2, c12.o2	c12.c6, c12.c5, c12.c4, c12.n4	c12.n3
Z-форма	c6.n1, c6.c2, c6.o2	c6.c5, c6.c4, c6.n4	c6.c6, c6.n3

Упр. 2

Сравнение основных спиральных параметров разных форм ДНК:

	A-форма	B-форма	Z-форма
Тип спирали (правая или левая)	правая	правая	левая
Шаг спирали (ангстрем)	28.03	33.75	43.12
Число оснований на виток	11	10	12
Ширина большой бороздки (ангстрем)	16.97	17.76	18.30
Ширина малой борозки (ангстрем)	7.98	11.69	8.87

Упр. 3

Сравнение торсионных углов в структурах А- и В-форм ДНК:

Измерение торсионных углов в цитозине 12 А-ДНК можно увидеть на рисунке 9.

	P - O5'	O5' - C5'	C5' - C4'	C4' - C3'	C3' - O3'	O3' - P	C1' - N
A-ДНК	-51.7	174.8	41.7	79.1	147.7	-75.1	-157.2
B-форма	-29.9	136.3	31.2	143.3	-140.8	-160.5	-98.0
Значения, приведенные в презентации:
A-ДНК	-62	173	52	88 или 3	178	-50	-160
B-ДНК	-63	171	54	123 или 131	155	-90	-117

Рис. 9. Торсионные углы в А-ДНК. Подписаны атомы цитозина под номером 12.

Определение параметров структур нуклеиновых кислот с помощью программ пакета 3DNA

Упр. 1 Научиться определять торсионные углы нуклеотидов

Для 3 форм ДНК получим 3 файла с различными параметрами структуры с помощью команды:

find_pair -t gatc-*.pdb stdout | analyze, где * форма ДНК. Файлы в которых можно найти значения торсионных углов тут: A-ДНК, B-ДНК, Z-ДНК.

Далее для того, удобно было сравнивать торсионные углы создадим файл, который будет содержать их для всех трех ДНК. Наиболее сильно отличаются значения углов: alpha для всех ДНК (особенно для A c Z и B с Z), gamma для A,B с Z), delta для A и B, zeta для A и B, chi для A и B.

Так как пакет 3DNA работает только со старым форматом pdb, то для начала переведем имеющийся у нас pdb в старый (для файлов 1H4S.pdb и 1MHD.pdb):

remediator --old "XXXX.pdb" > "XXXX_old.pdb

Получим файл 1MHD_old.out и определим среднее значение каждого из торсионных углов (краевые нуклеотиды не рассматриваем); определим номер самого "деформированного" нуклеотида. Им оказывается C10 из первой цепи и A12 - из второй (рисунок 10 и 11).(с наиболее отклоняющимся значением какого-либо из торсионных углов, а лучше сразу и нескольких углов

Рис. 10. Цепь 1 ДНК. Отклонение у самого "деформированного" нуклеотида С10 выделено оранжевым цветом. Фиолетовым выделены самые отклоняющиеся торсионные углы.

Рис. 11. Цепь 2 ДНК. Отклонение у самого "деформированного" нуклеотида A12 выделено оранжевым цветом. Фиолетовым выделены самые отклоняющиеся торсионные углы.

Упр. 2 Научиться определять структуру водородных связей

Определим номера нуклеотидов, образующих стебли(stems) во вторичной структуре заданной тРНК. Для этого воспользуемся файлом 1H4S_old.out.

Рис. 12. Cтебели в тРНК 1H4S окрашены желтым. А нуклеотиды не входящие в стебели нуклеотиды - зеленым.

Неканонические пары оснований в структуре тРНК показаны на рисунке 13.

Рис. 13. Неканонические пары оснований в тРНК.

Дополнительные водородные связи в структуре тРНК показаны на рисунке 14.

Рис. 14. Дополнительные водородные связи в 1H4S. Интересно, что 5 из этих связей неканонические.

Упр. 3 Научиться находить возможные стекинг-взаимодействия

Cтэкинг взаимодействия - это гидрофобные связи, которые возникают при таком расположении ароматических молекул, которое напоминает расположение монет в стопке и поддерживается ароматическими взаимодействиями.

Посмотрим еще раз в файл 1H4S_old.out, найдем в нем информацию о стекинг взаимодействиях, найдем с набольшей и наименьшей площадью взаимодействия (рис. 15).