Структуры НК

Формы ДНК. Структура РНК

Задание 1

С помощью инструментов пакета 3DNA были построены модели структур A-, B- и Z-формы дуплекса ДНК, последовательность одного из цепей которого — пять повторов GATC.

Файлы с полученными моделями:

Для построения была использована команда ‹fiber -a-seq=GATCGATCGATCGATCGATC gatc-a.pdb› в случае с А-формой, опция -а заменялась на -b и -z для B- и Z-формы соответственно.

Задание 2

В цепи B экспериментально полученной структуры А-формы ДНК (3V9D) было выбрано 7 основание — тимин, который выделяется скриптом с участком сахаро-фосфатного остова в апплете ниже.

Посмотреть скрипт

Далее были определены атомы, явно обращённые в сторону большой бороздки (C4, C5, C6, O4), и атомы, явно обращённые в малую (N1, C2, O2). На Изображении 1 представленная нарисованная в MarvinSketch молекула тимина, атомы которой окрашен в зависимости от обращённости к определённой бороздке. Синим покрашены направленные в сторону малой, а красной в сторону большой.

**Изображение 1.** Тимин с окрашенными атомами

Также были измерены параметры различных форм ДНК из экспериментально полученных структур (1tne для Z-формы, 1bna для B-формы, 3v9d для A-формы). Результаты измерений приведены в таблице ниже.

	A-форма	B-форма	Z-форма
Тип спирали	правая	правая	левая
Шаг спирали (Å)	28.09	33.75	43.5
Число оснований на виток	11	10	12
Ширина большой бороздки	7.98(3:A.P 32:B.P)	17.21 (29:B:P-9:A:P)	7.2 (33:B.P-11:A.P)
Ширина малой бороздки	16.81 (10:A:P-33:B:P)	13.1 (30:B:P-14:A:P)	16.08 (28:B.P-12:A.P)

Задание 3. Определение параметров структур нуклеиновых кислот с помощью программ пакета 3DNA

В этой части практикума работа ведётся с т-РНК 1G59. К сожалению, пакет 3DNA позволяет работать только со старым форматом pdb, поэтому сначала необходимо для конвертации воспользоваться командой remediator ‹--old 1g59.pdb > 1g59_old.pdb›.

Далее с помощью команды ‹find_pair -t 1g59_old.pdb stdout | analyze› были получены файлы, в одном из которых (1g59_old.out) можно найти информацию о торсионных углах и водородных связях.

Определение торсионных углов

Ниже представлена таблица созначениями торсионных углов для первой цепи.

Strand I
  base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
   1 G     ---   -157.0    59.6    98.9  -153.8   -79.8  -171.3
   2 G    -84.9  -162.0    51.6    96.1  -155.3   -68.9  -154.4
   3 C    -69.6  -179.4    51.3    92.5  -152.5   -74.0  -148.7
   4 C    -60.1   176.5    47.0    90.4  -161.9   -83.7  -149.4
   5 C    -60.4   168.9    51.9    89.1  -157.7   -69.5  -161.6
   6 C    -66.0  -176.8    55.6    96.2  -161.6   -76.4  -165.7
   7 A    -73.5   174.6    73.2   128.9   -65.1  -113.2  -144.7
   8 G     59.7   151.9    31.3    97.1  -148.8   -79.0  -170.4
   9 G    -75.8   176.5    63.6    91.3  -160.6   -64.4  -165.4
  10 G    -63.8  -170.7    41.7    90.7  -162.9   -97.4  -156.2
  11 G    130.2  -154.5  -168.9   104.6  -118.0   -26.4  -178.1
  12 G   -109.6    56.1   178.5   110.9  -115.0   -87.5   167.2
  13 U      0.9   155.6   -12.8    97.3  -136.3   -77.9  -152.5
  14 U    -69.9   156.0    60.4    88.9  -110.2   -75.4  -153.1
  15 A    -69.8   173.1    54.9    94.0  -146.6   -61.6  -167.3
  16 G    -69.5   177.9    49.6    93.0  -157.1   -77.9  -156.7
  17 G    -61.8   178.8    44.4    93.8  -157.3   -74.7  -154.8
  18 C    -81.4   175.2    64.5    87.3  -159.0   -69.1  -157.2
  19 C    -70.5  -179.2    55.4    87.5  -157.7   -73.2  -154.6
  20 G    -66.2   172.9    62.0    87.9  -158.6   -79.5  -164.1
  21 A    -60.2  -176.6    42.0    88.8  -141.2   -66.9  -145.2
  22 G   -154.9   159.7    45.6    93.8  -144.5   -73.1  -175.6
  23 U    -68.1  -171.7    46.2    93.1  -153.8   -79.1  -166.8
  24 C    -59.7  -176.0    41.7    91.1  -151.4   -71.1  -147.9
  25 U    120.0  -154.7  -146.4    92.3  -161.4   -79.7  -170.3
  26 U    -37.9  -148.7    56.4    96.3  -148.2   -73.8  -140.9
  27 A    -68.2  -169.7    52.4    91.3  -134.5   -68.0  -162.7
  28 G    -78.8   162.3    72.4    99.5    24.2   165.6  -147.4
  29 G   -147.7  -111.4    52.7   121.2    58.6   139.0   -62.9
  30 G     ---   -161.2    55.0    98.3  -155.1   -75.7  -163.9
  31 G    -78.8  -165.2    44.9    96.0  -151.7   -71.0  -155.8
  32 C    -65.5   174.8    48.7    92.0  -152.0   -75.1  -146.4
  33 C    -57.5   175.0    44.6    91.2  -159.7   -84.2  -151.5
  34 C    -64.4   170.1    55.5    88.1  -158.5   -69.8  -162.5
  35 C    -64.6  -177.7    55.1    96.5  -162.4   -76.1  -163.7
  36 A    -75.6   175.3    74.8   130.5   -66.4  -112.1  -145.1
  37 G     60.1   151.0    30.0    93.2  -147.9   -78.5  -173.7
  38 G    -69.3   177.2    61.9    92.2  -158.5   -66.6  -166.9
  39 G    -61.2  -173.6    40.7    90.2  -159.8   -99.2  -157.4
  40 G    126.3  -151.0  -166.9   104.6  -119.8   -27.5   179.1
  41 G   -110.5    56.4   178.7   112.4  -118.9   -89.0   166.5
  42 U      9.3   148.6   -19.7    92.5  -131.1   -75.9  -152.2
  43 U    -71.9   158.4    68.3    89.9  -114.2   -74.7  -146.5
  44 A    -67.6   172.6    51.8    92.5  -147.5   -58.4  -167.8
  45 G    -79.3  -179.5    57.9    90.6  -156.5   -77.8  -157.2
  46 G    -60.6   177.9    43.0    92.2  -156.5   -75.3  -157.2
  47 C    -76.6   174.7    60.8    88.5  -159.3   -69.1  -153.4
  48 C    -68.9  -178.7    54.0    87.1  -156.5   -73.1  -153.3
  49 G    -64.2   171.0    62.2    89.1  -155.9   -81.0  -163.1
  50 A    -59.9  -178.7    41.1    87.0  -141.1   -67.4  -146.0
  51 G   -163.4   166.4    48.1    97.2  -147.7   -72.6  -174.0
  52 U    -66.5  -172.1    46.0    93.2  -153.5   -78.6  -159.6

α β γ δ ε ζ χ

A-форма (теор.) 62 173 52 88/3 178 -50 -160

B-форма (теор.) 63 171 54 123/131 155 -90 -117

	α	β	γ	δ	ε	ζ	χ
A-форма (теор.)	62	173	52	88/3	178	-50	-160
B-форма (теор.)	63	171	54	123/131	155	-90	-117

Из отрицательных значений углов α и β цепей РНК очевидно, что сравнение по средним значениям этих углов с формами ДНК не представляется возможным. Однако можно заметить, что модули этих углов зачастую достаточно близки к таковым у A- и B-форм ДНК.

Углы дельта и хи ближе к A-форме, а эпсилон по модулю к B-форме.

Водородные связи

Ниже представлена таблица с информацией о водородных связях.

RMSD of the bases (----- for WC bp, + for isolated bp, x for helix change)

            Strand I                    Strand II          Helix
   1   (0.011) ....>B:.501_:[..G]G-----C[..C]:.572_:B<.... (0.010)     |
   2   (0.008) ....>B:.502_:[..G]G-*---U[..U]:.571_:B<.... (0.015)     |
   3   (0.011) ....>B:.503_:[..C]C-----G[..G]:.570_:B<.... (0.007)     |
   4   (0.010) ....>B:.504_:[..C]C-----G[..G]:.569_:B<.... (0.008)     |
   5   (0.010) ....>B:.505_:[..C]C-----G[..G]:.568_:B<.... (0.007)     |
   6   (0.011) ....>B:.506_:[..C]C-----G[..G]:.567_:B<.... (0.007)     |
   7   (0.012) ....>B:.507_:[..A]A-----U[..U]:.566_:B<.... (0.014)     |
   8   (0.007) ....>B:.549_:[..G]G-----C[..C]:.565_:B<.... (0.010)     |
   9   (0.006) ....>B:.550_:[..G]G-----C[..C]:.564_:B<.... (0.011)     |
  10   (0.007) ....>B:.551_:[..G]G-----C[..C]:.563_:B<.... (0.010)     |
  11   (0.007) ....>B:.552_:[..G]G-----C[..C]:.562_:B<.... (0.010)     |
  12   (0.009) ....>B:.553_:[..G]G-----C[..C]:.561_:B<.... (0.010)     |
  13   (0.016) ....>B:.554_:[..U]U-**--A[..A]:.558_:B<.... (0.008)     |
  14   (0.017) ....>B:.555_:[..U]U-**+-G[..G]:.517_:B<.... (0.015)     x
  15   (0.008) ....>B:.538_:[..A]A-**--C[..C]:.532_:B<.... (0.012)     |
  16   (0.009) ....>B:.539_:[..G]G-----C[..C]:.531_:B<.... (0.010)     |
  17   (0.012) ....>B:.540_:[..G]G-----C[..C]:.530_:B<.... (0.010)     |
  18   (0.012) ....>B:.541_:[..C]C-----G[..G]:.529_:B<.... (0.011)     |
  19   (0.011) ....>B:.542_:[..C]C-----G[..G]:.528_:B<.... (0.006)     |
  20   (0.008) ....>B:.543_:[..G]G-----C[..C]:.527_:B<.... (0.010)     |
  21   (0.007) ....>B:.544_:[..A]A-**--G[..G]:.526_:B<.... (0.006)     |
  22   (0.010) ....>B:.510_:[..G]G-----C[..C]:.525_:B<.... (0.010)     |
  23   (0.015) ....>B:.511_:[..U]U-----A[..A]:.524_:B<.... (0.013)     |
  24   (0.012) ....>B:.512_:[..C]C-----G[..G]:.523_:B<.... (0.007)     |
  25   (0.017) ....>B:.513_:[..U]U-*---G[..G]:.522_:B<.... (0.010)     |
  26   (0.014) ....>B:.508_:[..U]U-**--A[..A]:.546_:B<.... (0.008)     |
  27   (0.009) ....>B:.514_:[..A]A-**--A[..A]:.521_:B<.... (0.009)     |
  28   (0.008) ....>B:.515_:[..G]G-**+-C[..C]:.548_:B<.... (0.009)     x
  29   (0.008) ....>B:.518_:[..G]G-----C[..C]:.556_:B<.... (0.015)     +
  30   (0.009) ....>D:.501_:[..G]G-----C[..C]:.572_:D<.... (0.010)     |
  31   (0.010) ....>D:.502_:[..G]G-**--U[..U]:.571_:D<.... (0.016)     |
  32   (0.010) ....>D:.503_:[..C]C-----G[..G]:.570_:D<.... (0.008)     |
  33   (0.009) ....>D:.504_:[..C]C-----G[..G]:.569_:D<.... (0.006)     |
  34   (0.009) ....>D:.505_:[..C]C-----G[..G]:.568_:D<.... (0.009)     |
  35   (0.008) ....>D:.506_:[..C]C-----G[..G]:.567_:D<.... (0.008)     |
  36   (0.009) ....>D:.507_:[..A]A-----U[..U]:.566_:D<.... (0.015)     |
  37   (0.011) ....>D:.549_:[..G]G-----C[..C]:.565_:D<.... (0.012)     |
  38   (0.008) ....>D:.550_:[..G]G-----C[..C]:.564_:D<.... (0.010)     |
  39   (0.009) ....>D:.551_:[..G]G-----C[..C]:.563_:D<.... (0.014)     |
  40   (0.007) ....>D:.552_:[..G]G-----C[..C]:.562_:D<.... (0.011)     |
  41   (0.011) ....>D:.553_:[..G]G-----C[..C]:.561_:D<.... (0.009)     |
  42   (0.017) ....>D:.554_:[..U]U-**--A[..A]:.558_:D<.... (0.008)     |
  43   (0.019) ....>D:.555_:[..U]U-**+-G[..G]:.517_:D<.... (0.022)     x
  44   (0.011) ....>D:.538_:[..A]A-**--C[..C]:.532_:D<.... (0.013)     |
  45   (0.013) ....>D:.539_:[..G]G-----C[..C]:.531_:D<.... (0.008)     |
  46   (0.008) ....>D:.540_:[..G]G-----C[..C]:.530_:D<.... (0.009)     |
  47   (0.010) ....>D:.541_:[..C]C-----G[..G]:.529_:D<.... (0.008)     |
  48   (0.010) ....>D:.542_:[..C]C-----G[..G]:.528_:D<.... (0.006)     |
  49   (0.009) ....>D:.543_:[..G]G-----C[..C]:.527_:D<.... (0.012)     |
  50   (0.009) ....>D:.544_:[..A]A-**--G[..G]:.526_:D<.... (0.009)     |
  51   (0.010) ....>D:.510_:[..G]G-----C[..C]:.525_:D<.... (0.012)     |
  52   (0.018) ....>D:.511_:[..U]U-----A[..A]:.524_:D<.... (0.009)     |
  53   (0.011) ....>D:.512_:[..C]C-----G[..G]:.523_:D<.... (0.008)     |
  54   (0.016) ....>D:.513_:[..U]U-*---G[..G]:.522_:D<.... (0.007)     |
  55   (0.015) ....>D:.508_:[..U]U-**--A[..A]:.546_:D<.... (0.008)     |
  56   (0.010) ....>D:.514_:[..A]A-**--A[..A]:.521_:D<.... (0.010)     |
  57   (0.010) ....>D:.515_:[..G]G-**+-C[..C]:.548_:D<.... (0.008)     x
  58   (0.012) ....>D:.518_:[..G]G-----C[..C]:.556_:D<.... (0.032)     +

Note: This structure contains 18[15] non-Watson-Crick base-pairs.

По данным в таблице выше можно определить номера нуклетидов, образующих стебли, и сопоставить их с существующими названиями (с чем помогла эта статья):

Акцепторный: 501–507/572–566
Т-стебель: 549–553/565–561
Антикодоновый стебелль: 538–544/532–526
D-стебель: 510–513/525–522

Также можно найти неканонические пары оснований:

502G–571U
554U–558A
555U–517G
538A–532C
544A–526G
513U–522G
508U–546A
514A–521A
515G–548C

Стекинг-взаимодействия

В файле 1g59_old.out в разделе Overlap area были найдены пары азотисных оснований с наибольшим перекрыванием. Они находились на втором шаге.

Далее с помощью команды ‹ex_str -2 stacking.pdb step2.pdb› была вырезана соответствующая 2 шагу структура.

На следующем шаге было построено изображение этой структуры с помощью команды ‹stack2img -cdolt step2.pdb step2.ps›. Результат после конвертации представлен на изображении ниже: