Комплексы ДНК-белок

Задание 1. Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

Упражнение #1 (задание множеств атомов с помощью команды define)

Для выполнения этого упражнения потребовалось вспомнить про команду define и составить два скрипт-файла.
Один - со списком множеств, которые мы определили. А второй - последовательно выдающий изображения.

Упражнение #2 (описание ДНК белковых контактов в заданной структуре; сравнение количества контактов разной природы)

Чтобы заполнить таблицу потребовалось так же как и в предыдущем упражнении, написать два скрипт-файла: первый скрипт - в нём просто список множеств, а второй скрипт - последовательно выводит на экран изображения структуры и атомов, которые требуются для определения ДНК-белкового контакта соответствующего типа.

По результатам определения числа контактов была составлена таблица:

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
• остатками 2'-дезоксирибозы	1	13	14
• остатками фосфорной кислоты	10	15	25
• остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	0	0	0
• остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	2	5	7

Краткое пояснение данных, указанных в таблице:

Во-первых: Контактов с фосфатом и дезоксирибозой гораздо больше, чем с азотистыми основаниями. Вероятнее всего, это обусловлено геометрией молекул (атомы рибозы и фосфата находятся ближе к белку, так как расположены кнаружи от оснований).
Во-вторых: Контактов с азотистыми основаниями совсем немного, и все эти взаимодействия происходят между белком и атомами малой бороздки. Это тоже можно объяснить геометрией молекулы ДНК: большая бороздка уже и глубже, а малая - шире, атомы оснований расположены ближе к поверхности, следовательно, атомам белка легче с ними контактировать.
В-третьих: Неполярных контактов больше, чем полярных, так как всё-таки в белке преобладают неполярные атомы (в основном атомы углерода); кроме того, в качестве критерия отбора неполярных взаимодействий мы указали не 3.5 А, как для полярных, а 4.5 А - большее число атомов может быть охвачено.

Упражнение #3 (получение популярной схемы ДНК-белковых контактов с помощью программы nucplot)

При помощи программы nucplot была получена схема ДНК-белковых контактов. Правда, мы получили изображение для цепей B и C, но, поскольку цепи B/C и E/F идентичны, по этой схеме мы можем судить и о ДНК-белковых контактах исследуемых цепей E и F:

На схеме мы видим меньше ДНК-белковых контактов, чем было найдено с помощи программы RasMol, так как, возможно, выбранные значения расстояний между атомами не всегда соответствуют наличию контакта между ними.

Упражнение #4 (выбор определённых аминокислотных остатков на схеме)

Arg116 и Arg118
↓
аминокислотные остатки с наибольшим числом
указанных на схеме контактов с ДНК

Asn150
↓
аминокислотный остаток, наиболее важный, на мой взгляд,
для распознавания последовательности ДНК, поскольку он
связывается с тимином, который, в свою очередь, связан с
гемиметилированным аденином.

Этот контакт наиболее специфичен, поэтому он вполне может
быть распознающим.

Задание 2. Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

Упражнение #1 (предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов)

Чтобы найти инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях мы воспользовались программой einverted из пакета EMBOSS.

При стандартных установках программа не находила комплементарных пар, результат появилcя только при таких параметрах:

Gap penalty = 10
Minimum score threshold = 20

В результате был получен файл 1QTQ.inv. Найдено 7 комплементарных пар, в числе которых и 6 пар акцепторного ствола, найденных ранее при помощи программы find_pair. Первая пара из этих семи не была найдена этой программой, т.к. PDB-файл не содержит данных об этих позициях (по крайней мере, RasMol их не видит).

Результат предсказания этим способом представлен в таблице сравнения реальной вторичной структуры тРНК и её предсказаний.

Упражнение #2 (предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера)

Для реализации алгоритма Зукера мы воспользовались программой mfold из пакета EMBOSS.

При параметрах, заданных по умолчанию (Р=5%), выдается только один вариант структуры, причем явно неверный. Правильно определены только D-стебель и D-петля:

При Р=10% программа выдает уже 2 варианта, но они тоже неверны (к предыдущему добавляется еще один, где неправильно определены даже D-структуры). Зато при Р=15% мы получим уже 4 варианта структуры, и один из них будет таким:

Как видно из рисунка, определяются уже все части вторичной структуры, причем канонические пары определяются так же, как и в find_pair, хоть и с небольшой разницей в нумерации. Эта разница объясняется тем, что некоторые позиции в файле 1QTQ.pdb (и, как следствие, в 1QTQ.out) не описаны. По той же причине mfold определил еще одно каноническое взаимодействие (U901 - A971), не описанное find_pair. Тем не менее, mfold не видит неканонических взаимодействий (на рисунке они отмечены зеленым).

Таблица сравнения реальной вторичной структуры тРНК и её предсказаний

Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5' 902-907 3' 5' 966-971 3' Всего 6 пар	Предсказано 7 пар (6 из них присутствовали в файле 1QTQ.out)	Предсказано 7 пар (6 из них присутствовали в файле 1QTQ.out)
D-стебель	5' 910-912 3' 5' 923-925 3' Всего 3 пары	Предсказано 0 пар из 3 реальных	Предсказано 3 пары из 3 реальных
T-стебель	5' 949-953 3' 5' 961-965 3' Всего 5 пар	Предсказано 0 пар из 5 реальных	Предсказано 5 пар из 5 реальных
Антикодоновый стебель	5' 926-933 3' 5' 937-944 3' Всего 8 пар	Предсказано 0 пар из 8 реальных	Предсказано 5 пар из 8 реальных
Общее число канонических пар нуклеотидов	19	7	20

Андрей Викторович, если Вам не трудно, то напишите на сайте (kodomo.fbb.msu.ru) или отправьте на мою почту (ivladmnev@gmail.com), дату и время, когда Вам будет удобно принять пересдачу контрольной работы (от 12.10.2012).
На почту Вам лично писать не стал, так как мне показалось, что написать в конце проверяемого Вами практикума будет лучше.

C уважением,
Мнёв Владислав (студент 2-ого курса ФББ МГУ, группа 201)