A- и B- формы ДНК. Структура РНК

Задание 1

С помощью программы 3DNA я создала pdb-файлы, описывающие структуры A- и B-формы ДНК, состоящей из 5 повторов последовательности "gatc", и Z-формы, состоящей из 5 повторов пары GC (3DNA позволяет только так).
Получившиеся файлы - gatc-a.pdb, gatc-b.pdb, gatc-z.pdb.

Задание 2

1. Для получения изображений ниже был использован Pymol, а не Rasmol, потому что так правда гораздо легче, удобнее и красивее. Для примера того, что в Rasmol тоже можно выделять различные части ДНК, была создана эта картинка (скрипт). Некоторые картинки кликабельны.

А-форма
Скрипт
Pse-файл

B-форма
Скрипт
Pse-файл

Z-форма
Скрипт
Pse-файл

2. Исходные файлы PDB:
1P47.pdb - ДНК;
1O0B.pdb - тРНК.

ДНК (pdb-файл) разрывов нет	тРНК (pdb-файл) разрывов нет

Задание 3

1. Заданное основание - тимин

А-форма
В сторону большой бороздки обращены атомы C4, O4, C5, C5M
В сторону малой бороздки обращены атомы C6, N1, C2, O2

B-форма
В сторону большой бороздки обращены атомы C6, C5, C4, O4, C5M
В сторону малой бороздки обращены атомы O2, C2, N1
Остальные атомы - N3

Z-форма (выбран цитозин)
В сторону большой бороздки обращены атомы N3, С4, N4, C5, C6
В сторону малой бороздки обращены атомы N1, C2, O2

	А-форма	B-форма	Z-форма
Тип спирали (правая или левая)	правая	правая	левая
Шаг спирали (Å)	28.0	33.8	43.5
Число оснований на виток	11	10	12
Ширина большой бороздки	8.0 (T'27 - C'8)	17.2 (A'14 - C'24)	18.3 (C'24 - C'14) или 22.5 (G'7 - G'31)
Ширина малой бороздки	16.8 (C'16 - T'27)	11.7 (T'31 - A'14)	9.9 (C'14 - G'31)

Изображения A-, B- и Z-форм с измеренными бороздками. Как выяснилось потом, значения ширины бороздок форм B и Z совпадают с полученными в 4м задании; значения же А-формы не совпадают совсем. Видимо, наш способ подсчета ширины как расстояния между ближайшими одноименными атомами комплементарных цепей все-таки слишком далек от реальности.

3. Скрипт для получения изображения и значений углов, вид подобран для А-формы.

	alpha	beta	gamma	delta	epsilon	zeta	chi
A-форма (изм.)	-51.7	174.8	41.7	79.1	-147.8	-75.1	-157.2
A-форма (презент.)	-62	173	52	88	178	-50	-160
В-форма (изм.)	-29.9	136.3	31.2	143.3	-140.8	-160.5	-98
В-форма (презент.)	-63	171	54	123, 131	155	-90	-117

Как видно, торсионные углы созданных структур и их значения из презентации отличаются, причем иногда немного (альфа-углы A-формы), а иногда просто кардинально.

Задание 4

1. С помощью команд remediator, find_pair и analyze была проанализирована структура имеющихся нуклеиновых кислот. В том числе, были получены файлы gatc-a.out, gatc-b.out, gatc-z.out, dna_old.out, rna_old.out с необходимой информацией.

Значения углов для A- и B-форм, во-первых, одинаковы для всех нуклеотидов, а, во-вторых, полностью совпали с измеренными в задании 3. Полученные значения для Z-формы:

base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
   C   -139.5  -136.8    50.9   137.6   -96.5    82.0  -154.3
   G     51.9   179.0  -173.8    94.9  -103.6   -64.8    58.7

Как видно, они различны для цитозина и гуанина, что и придает всей молекуле такую странную зигзагообразную форму.

Были определены углы в тРНК (файл). Больше всего эта тРНК похожа на А-форму ДНК, но углы краевых нуклеотидов стеблей сильно отличаются от "обычных".

Были определены углы в ДНК (файл). Все подсчеты и сравнения были сделаны в torsion.ods, здесь приведу конечные результаты.

Значения "средних" углов:

alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
-38,0	56,7	20,5	133,9	-110,2	-101,4	-118,8

Нуклеотид с наиболее отклоняющимися значениями - C'18 второй цепи (настоящий номер 929).

98,8	-141,2	-161,2	111,3	-142,9	-91,4	-154,3

Самые большие расхождения - в углах альфа, гамма, эпсилон и хи.

3. Номера нуклеотидов, образующих водородные связи, приведены в файле rna_old.out. Справа соответствующими буквами помечены пары, входящие в стебли (раскрашены на рисунке разными цветами: g, b, y и r):

            Strand I                    Strand II          Helix
   1   (0.014) B:.902_:[..G]G-----C[..C]:.971_:B (0.007)     | g
   2   (0.007) B:.903_:[..G]G-----C[..C]:.970_:B (0.007)     | g
   3   (0.005) B:.904_:[..G]G-----C[..C]:.969_:B (0.005)     | g
   4   (0.009) B:.905_:[..G]G-----C[..C]:.968_:B (0.007)     | g
   5   (0.012) B:.906_:[..U]U-----A[..A]:.967_:B (0.010)     | g
   6   (0.012) B:.907_:[..A]Ax----U[..U]:.966_:B (0.009)     | g
   7   (0.005) B:.949_:[..C]C-----G[..G]:.965_:B (0.009)     | b
   8   (0.004) B:.950_:[..G]G-----C[..C]:.964_:B (0.003)     | b
   9   (0.003) B:.951_:[..A]A-----U[..U]:.963_:B (0.002)     | b
  10   (0.007) B:.952_:[..G]G-----C[..C]:.962_:B (0.005)     | b
  11   (0.005) B:.953_:[..G]G----xC[..C]:.961_:B (0.006)     | b
  12   (0.002) B:.954_:[..U]U-*--xA[..A]:.958_:B (0.010)     | b
  13   (0.003) B:.955_:[..U]Ux**+xG[..G]:.918_:B (0.005)     x
  14   (0.009) B:.937_:[..A]A-*---U[..U]:.933_:B (0.006)     | r
  15   (0.004) B:.938_:[..U]U-*---U[..U]:.932_:B (0.005)     | r
  16   (0.004) B:.939_:[..U]U-----A[..A]:.931_:B (0.003)     | r
  17   (0.003) B:.940_:[..C]C-----G[..G]:.930_:B (0.009)     | r
  18   (0.005) B:.941_:[..C]C-----G[..G]:.929_:B (0.010)     | r
  19   (0.006) B:.942_:[..G]G-----C[..C]:.928_:B (0.005)     | r
  20   (0.009) B:.943_:[..G]G-----C[..C]:.927_:B (0.008)     | r
  21   (0.005) B:.944_:[..C]Cx*---A[..A]:.926_:B (0.009)     | r
  22   (0.011) B:.910_:[..G]G-----C[..C]:.925_:B (0.005)     | y
  23   (0.002) B:.911_:[..C]C-----G[..G]:.924_:B (0.009)     | y
  24   (0.002) B:.912_:[..C]C----xG[..G]:.923_:B (0.011)     | y
  25   (0.004) B:.913_:[..A]A-**+xA[..A]:.945_:B (0.005)     |
  26   (0.005) B:.914_:[..A]A-**-xU[..U]:.908_:B (0.009)     |
  27   (0.007) B:.915_:[..G]Gx**+xC[..C]:.948_:B (0.019)     x
  28   (0.026) B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.003)     +

В структуре есть 4 неканонические пары: 13 U-G, 15 U-U, 21 C-A и 25 A-A. Изображения двух из них, с урацилом:

Пары, не задействованные в стеблях, формируют третичную структуру тРНК. Так, пары 13 (U955 - G918, нарисованная выше неканоническая) и 28 (G218 - C956) образованы между основаниями одних и тех же двух петель:

26 (A914 - U908) и 27 (G915 - C948) пары образуют "завиток" одной цепи и соединяют ее с другой, как видно на рисунке:

4. Пары оснований с наибольшими значениями перекрываний:

 4 GU/AC  6.22( 3.44)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.03( 2.48) 10.26( 5.92)
11 GU/AC  6.53( 3.69)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.76( 1.46) 10.29( 5.15)
20 GC/AC  5.97( 3.57)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.55( 3.05) 11.52( 6.62)
22 GC/GC  4.56( 1.74)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.96( 3.74) 11.52( 5.47)

И равными нулю или наименьшими:

13 UA/UG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)
21 CG/CA  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.18( 0.00)  1.35( 0.72)  1.53( 0.72)
27 GG/CC  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)

Изображения их стекинг-взаимодействий:

Step 21	Step 11

Step 20	Step 22

Step 4	Step 13

Step 27

Понятно, почему перекрывания для 13 и 27 пар нулевые - они и следующие за ними пары расположены в совершенно разных частях молекулы. 4 и 11 пары образуют стекинг-взаимодействия внутри соответствующих стеблей, поэтому их рассматривать не очень интересно. Пары же 20-23 расположены так, что 20 и 21 расположены в одном стебле и имеют большое взаимное перекрывание, а 22 и 23 - уже в другом стебле, но тоже с большим перекрыванием. Центральные пары находятся как раз "на границе" двух стеблей в мультипетле, поэтому и перекрывание их одно из самых маленьких.

Взаимная ориентация 20 и 21 пар (step20, большое перекрывание):

Взаимная ориентация 21 и 22 пар (step21, маленькое перекрывание):