A- и В- формы ДНК. Структура РНК
Задание 1
Упражнение 1
В задании требовалось создать PDB файлы с ДНК в формах A,B,Z с последовательностью GATC с помощью программы fiber. Результат можно посмотреть в файлах: A-форма, B-форма, Z-форма.
Задание 2
Упражнение 1
С помощью программы JMol были получены изображения сахарофосфатного остова, всех нуклеотидов, всех аденинов, атомов N7 во всех гуанинах и только в первом гуанине А-формы ДНК. Результат можно увидеть на рисунках 1,2,3,4,5
Упражнения 2 и 3
Файлы PDB с пространственной структурой ДНК и тРНК были получены из базы данных PDB. В структурах не было разрывов. В файлах были оставлены только атомы, принадлежащие нуклеиновым кислотам.
Задание 3
Упражнение 1
Положение атомов тимина относительно бороздок ДНК в В-форме.
В А-форме наблюдается положение атомов тимина, противоположное В-форме. Тимин в Z-форме рассмотреть не удастся, так как в этой форме присутствуют только гуанин и цитозин, поэтому рассмотрим близкое к тимину пиримидиновое основание - Цитозин (С4). В нем к большой бороздке больше обращены атомы С4,N3,C4,N4,C5, а к малой бороздке - N1,C2,O2,C6.
Упражнение 2
| A-форма | B-форма | Z-форма | Тип спирали(левая или правая) | Правая | Левая | Левая |
| Шаг спирали(A) | 28.03 | 33.75 | 43,50 |
| Число оснований на виток | 11 | 10 | 12 |
| Ширина большой бороздки | 16,97 | 17,91 | 23,51 |
| Ширина малой бороздки | 7,98 | 11,69 | 18,30 |
Упражнение 3
Торсионные углы измерялись у тимина 7
| α P-O5' | β O5'-C5' | γ C5'-C4' | σ C4'-C3' | ε C3'-O3' | ζ O3'-P | χ C1'-N | |
| A-DNA | -51,68 | 174,80 | 41,70 | 79,07 | 147,75 | -75,11 | -157,23 |
| A-DNA (презентация) | -62 | 173 | 52 | 88/3 | 178 | -50 | -160 |
| B-DNA | -29,87 | 136,37 | 31,10 | 143,42 | -140,77 | -160,52 | -98,95 |
| B-DNA (презентация) | -63 | 171 | 54 | 123 /131 | 155 | -90 | -117 |
Задание 3
Упражнение 1
Значения торсионных углов для А, В, Z-форм, тРНК и ДНК были получены с помощью команд find_pair и analyze пакета X3DNA.
Значения торсионных углов в А и В формах для всех нуклеотидов одинаковы, в Z-форме углы для G и C имеют разные значения.
| α P-O5' | β O5'-C5' | γ C5'-C4' | σ C4'-C3' | ε C3'-O3' | ζ O3'-P | χ C1'-N | |
| A-форма | -51.7 | 174.8 | 41.7 | 79.1 | -147.8 | -75.1 | -157.2 |
| B-форма | -29.9 | 136.3 | 31.2 | 143.3 | -140.8 | -160.5 | -98.0 |
| Z-форма (для гуанинов) | 51.9 | 179 | -173.8 | 94.9 | -103.6 | -64.8 | 58.7 |
| Z-форма (для цитозинов) | -139.5 | -136.8 | 50.8 | 137.6 | -96.5 | 82.0 | -154.3 |
Из таблицы видно, что значения углов почти совпадают со значениями, посчитанными в Задании 2.
Значения торсионных углов для тРНК 1QTQ:
Strand I base alpha beta gamma delta epsilon zeta chi 1 G --- --- -176.7 86.5 -135.0 -75.5 176.3 2 G -80.2 177.0 60.7 82.4 -159.9 -71.4 -167.4 3 G -47.6 172.5 47.1 82.9 -157.8 -61.2 -162.7 4 G 163.0 177.5 174.7 83.7 -143.5 -72.1 -171.5 5 U -59.2 179.0 48.6 82.3 -175.7 -62.0 -158.1 6 A -172.2 -178.4 172.6 145.4 --- --- -143.3 7 C --- 171.9 49.0 86.8 -147.8 -70.9 -169.6 8 G -60.2 -179.7 46.1 81.7 -158.2 -68.3 -156.6 9 A -63.9 -178.5 46.4 83.4 -169.2 -77.6 -150.6 10 G 158.1 -165.5 167.8 82.7 -135.7 -69.0 -176.0 11 G -53.8 174.4 50.0 81.6 -157.8 -66.7 -170.0 12 U -61.8 -175.8 51.6 84.5 -144.5 -66.7 -159.3 13 U -72.5 178.4 51.4 85.5 --- --- -148.9 14 A --- -164.8 48.3 83.3 -148.3 -57.1 -173.6 15 U -62.6 -179.0 52.5 83.7 -140.3 -65.6 -174.8 16 U -60.7 168.5 52.5 86.6 -153.0 -57.4 -155.8 17 C -62.1 171.2 55.1 86.8 -110.9 -147.9 -175.0 18 C 116.1 -118.6 167.3 83.8 -137.2 -72.2 -174.8 19 G -62.4 172.1 44.6 79.5 -148.6 -76.9 -175.6 20 G -54.8 179.5 51.9 82.4 -157.3 -62.5 -156.4 21 C -64.7 -178.5 48.7 83.5 --- --- -143.8 22 G --- 177.5 55.3 89.4 -149.1 -70.1 179.9 23 C -68.8 -172.2 48.7 84.5 -160.2 -68.1 -158.6 24 C 149.6 -173.8 179.0 84.8 -136.7 -59.2 -171.1 25 A -52.3 172.5 49.6 82.9 179.8 -79.0 -155.8 26 A 172.2 -178.1 171.9 88.4 -125.5 -52.4 -174.9 27 G -45.7 169.2 46.0 146.2 --- --- -114.2 28 G --- 159.6 58.3 145.9 --- --- -94.0
Значения большинства торсионых углов близки к таковым у A-формы ДНК.
Значения торсионных углов и средние значения по ним для ДНК 1LRR приведены в файле. Красным цветов выделены наибольшие значения, синим - наименьшие, желтым - значения углов, не являющиеся максимумами или минимумами, но сильно отклоняющихся от большинства.
Упражнение 2
С помощью тех же команд, что и в упражнении 1, была получена информация о водородных связях, имеющая следующий вид:
Strand I Strand II Helix
1 (0.005) B:.902_:[..G]G-----C[..C]:.971_:B (0.004) |
2 (0.007) B:.903_:[..G]G-----C[..C]:.970_:B (0.005) |
3 (0.009) B:.904_:[..G]G-----C[..C]:.969_:B (0.003) |
4 (0.003) B:.905_:[..G]G-----C[..C]:.968_:B (0.005) |
5 (0.006) B:.906_:[..U]U-----A[..A]:.967_:B (0.004) |
6 (0.004) B:.907_:[..A]Ax----U[..U]:.966_:B (0.002) |
7 (0.002) B:.949_:[..C]C-----G[..G]:.965_:B (0.003) |
8 (0.003) B:.950_:[..G]G-----C[..C]:.964_:B (0.003) |
9 (0.003) B:.951_:[..A]A-----U[..U]:.963_:B (0.002) |
10 (0.008) B:.952_:[..G]G-----C[..C]:.962_:B (0.003) |
11 (0.004) B:.953_:[..G]G----xC[..C]:.961_:B (0.004) |
12 (0.002) B:.954_:[..U]U-**-xA[..A]:.958_:B (0.004) |
13 (0.004) B:.955_:[..U]Ux**+xG[..G]:.918_:B (0.013) x
14 (0.002) B:.937_:[..A]A-*---U[..U]:.933_:B (0.004) |
15 (0.006) B:.938_:[..U]U-*---U[..U]:.932_:B (0.004) |
16 (0.003) B:.939_:[..U]U-----A[..A]:.931_:B (0.004) |
17 (0.006) B:.940_:[..C]C-*---G[..G]:.930_:B (0.010) |
18 (0.006) B:.941_:[..C]C-----G[..G]:.929_:B (0.003) |
19 (0.007) B:.942_:[..G]G-----C[..C]:.928_:B (0.003) |
20 (0.006) B:.943_:[..G]G-----C[..C]:.927_:B (0.004) |
21 (0.005) B:.944_:[..C]Cx*---A[..A]:.926_:B (0.009) |
22 (0.005) B:.910_:[..G]G-----C[..C]:.925_:B (0.003) |
23 (0.006) B:.911_:[..C]C-----G[..G]:.924_:B (0.008) |
24 (0.008) B:.912_:[..C]C----xG[..G]:.923_:B (0.005) |
25 (0.003) B:.913_:[..A]A-**+xA[..A]:.945_:B (0.005) |
26 (0.004) B:.914_:[..A]A-**-xU[..U]:.908_:B (0.009) |
27 (0.020) B:.915_:[..G]Gx**+xC[..C]:.948_:B (0.003) x
28 (0.008) B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.003) +
В соответствии с полученными данными определяем, что:
Акцепторный стебель состоит из оснований 2-7 и комплементарных им 66-71;
Дигидроуридиновый стебель из 10-12 и 23-25;
Антикодоновый стебель из 37-44 и 26-33;
Т-стебель из 49-53 и 61-65.
Так же были найдены неканонические пары:
13 (0.004) B:.955_:[..U]Ux**+xG[..G]:.918_:B (0.013) x
15 (0.006) B:.938_:[..U]U-*---U[..U]:.932_:B (0.004) |
21 (0.005) B:.944_:[..C]Cx*---A[..A]:.926_:B (0.009) |
25 (0.003) B:.913_:[..A]A-**+xA[..A]:.945_:B (0.005) |
и дополнительные пары, стабилизирующие структуру:
12 (0.002) B:.954_:[..U]U-**-xA[..A]:.958_:B (0.004) | 26 (0.004) B:.914_:[..A]A-**-xU[..U]:.908_:B (0.009) | 27 (0.020) B:.915_:[..G]Gx**+xC[..C]:.948_:B (0.003) x 28 (0.008) B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.003) +
Надо заметить, что нуклеотиды, принадлежащие парам, стабилизирующим структуру, являются консервативными.
Упражнение 3
Наибольшая площадь перекрывания была у следующих пар оснований(рисунок со стэкинг-взаимодействием над каждой записью):
23 (0.006) B:.911_:[..C]C-----G[..G]:.924_:B (0.008) | 28 (0.008) B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.003) + 22 GC/GC 4.63( 1.75) 0.00( 0.00) 0.00( 0.00) 6.67( 3.56) 11.30( 5.31)
21 (0.005) B:.944_:[..C]Cx*---A[..A]:.926_:B (0.009) | 20 (0.006) B:.943_:[..G]G-----C[..C]:.927_:B (0.004) | 20 GC/AC 6.90( 4.22) 0.00( 0.00) 0.00( 0.00) 5.38( 3.66) 12.28( 7.87)
12 (0.002) B:.954_:[..U]U-**-xA[..A]:.958_:B (0.004) | 11 (0.004) B:.953_:[..G]G----xC[..C]:.961_:B (0.004) | 11 GU/AC 7.14( 4.20) 0.00( 0.00) 0.00( 0.00) 3.94( 1.36) 11.08( 5.57)