- Краткое описание структуры в файле 1H4S.pdb (AMINOACYL-TRNA SYNTHETASE или PROLYL-TRNA SYNTHETASE FROM THERMUS THERMOPHILUS COMPLEXED WITH TRNAPRO(CGG) AND A PROLYL-ADENYLATE ANALOGUE).
Данная структура из THERMUS THERMOPHILUS состоит из двух молекул,одна из которых -молекула TRNAPRO(CGG) (цепь Т), а другая -молекула PROLYL-TRNA SYNTHETASE,состоящая из цепей А и В .
Для исследования была выбрана цепь T, представляющая аминоацил-тРНК со следующей последовательностью(примечание: в поле SEQRES приведена полная последовательность тРНК с 1 по 77 нуклеотид,однако в поле ATOM заданы координаты атомов оснований с 4 по 69):
[1] 5' - C G G G G A G U A G C G C A G C C C G G U A G C G C A C C U C G U U C G G G A C G A G G G G G G C G C U G G 5MU PSU C A G A U C C A G U C U C C C C G A C C A -3` [77],
[4] 5' - G G A G U A G C G C A G C C C G G U A G C G C A C C U C G U U C G G G A C G A G G G G G G C G C U G G 5MU PSU C A G A U C C A G U C U C -3` [69],
где 1(4) и 77(69) - номера первого и последнего нуклеотида соответственно.
В последовательности на 3'-конце есть триплет CCA (С75,С76,А77)( но координаты его атомов не определены), к которому присоединяется аминокислота.
Примечание: в структуре определены не все модификации оcнований- только 5MU-54 и PSU-55, кроме того есть вставка в D-петле (А17). - Исследование вторичной структуры
С помощью программы find_pair пакета 3DNA были определены возможные водородные связи
между азотистыми основаниями ( rna_old.out). В соответствии с полученными данными:
Акцепторный стебель состоит из участка G4-G6(Рис.1- красный) и комплементарного ему участка C69-C66(Рис.1- оранжевый).
Т-стебель состоит из участка G49-G53(Рис.1- синий) (комплиментарный ему участок U65-C61(Рис.1- синий), затем в этой цепи идет выпетливание U60-A59, А57 (Рис.1- сиреневый), потом идет связь G58-u54(или 5MU54) (Рис.1- желтый), далее связь с D-петлей через Р55 (PSU55) , С56 соответственно с G18 , G19(Рис.1- серый).
D-стебель состоит из участка С10-С13 и комплементарного ему участка G22-G25 (Рис.1-зеленый ), причем на участке цепи С13-G22 нуклеотиды G15 ,G18 , G19 образуют водородные связи с нуклеотидами С48, Р55, С56 (Связь G15-C48 на Рис.1 cерого цвета).
Антикодоновый стебель(Рис.1- оранжевый) состоит из участка А26-А32 и комплементарного ему участка G44-U38, антикодон- СGG (C34 G35 G36)(на рис.1 в шарнирной модели) для Arg.
Структуру стеблевых дуплексов поддерживают 16 канонических и 6[4] неканонических пар оснований.
Рис.1. Вторичная структура аргининовой тРНК из THERMUS THERMOPHILUS.
Вторичная структура аргининовой тРНК из THERMUS THERMOPHILUS.(другая модель)
Скрипт для получения изображения.
select all
restrict none
restrict rna
wireframe
select 4-7:T or 66-69:T
color red
wireframe 80
pause
select 49-53:T or 61-65:T
color blue
wireframe 80
pause
select 10-13:T or 22-25:T
color green
wireframe 80
pause
select 58:T or 54:T
color yellow
wireframe 80
pause
select 18-19:T or 55-56:T
color grey
wireframe 80
pause
select 59-60:T or 57:T
color violet
wireframe 80
pause
select 26-32:T or 38-44:T
color orange
wireframe 80
pause
select 34-36:T
wireframe 80
cpk 120
pause
Неканонические пары нуклеотидов в структуре.Пара нуклеотидов Число водородных связей Атомы,длина связи (Å) Атомы,длина связи (Å) Примечание G49-U65 (Т-стебль,на рис.1-зеленый) 2 O6 - N3 ( 2.92) N1 - O2 (2.94) u54-G58 (Т-стебль,на рис.1-желтый) 2 N3 - N7 (2.51) O2 * O6 (2.55) U[5MU]- 5-METHYLURIDINE 5'-MONOPHOSPHATE P55-G18 (связь стебля D и Т, рис.1 -серый) 2 O4 * N1 (2.69) O2'* O6 (3.43) P[PSU]- PSEUDOURIDINE-5'-MONOPHOSPHATE G44-A26 (антикодоновый стебель, рис.1 -оранжевый) 2 O6 - N6 (3.05) N1 - N1 (2.98) A14-U8 (D-петля и основание,не принадлежащее стеблям) 2 N7 - N3 (2.65) N6 - О2 (2.49) В классической паре,например в A6 -U67, водородные связи возникают между N6 - O4 и N1 - N3. G15-C48 (D-петля и основание,не принадлежащее стеблям) 2 N1 - O2 (2.73) N2 - N3 (2.77) В классической паре,например в G5 -C68,3 водородные связи возникают между O6 - N4, N1 - N3 и N2 - O2.
Вывод:
-в структуре нет вариабельной петли,
-в T-петле отсутствует остаток тимидинна,
-некакнонические пары в данной структуре находятся в T- стебле и антикодоновом стебле, а также в связи D-петли с основаниями,не принадлежащими стеблям,
-в D-петле отсутствует остаток дигидроуридина,однако это может быть связано с тем,что в данной структуре не определены все модифицированные основания. - Исследование третичной структуры
1. В файле staking.pdb программа analyze выдала все возможные стекинг-взаимодействия в данной структуре- 24 взаимодействия для 25 пар оснований.
Из них интересующими нас взаимодействиями могут быть пары:
-№10 uP/GG(54-55/58-18), то есть связь D-петли и Т-петли,
-№11 PA/UG (55-38/18-32) ,то есть связь Т-петля -антикодоновый стебель,
-№18 GG/CA (44-10/25-26), то есть связь D-стебля и антикодонового стебля,
-№22 CA/UG (13-14/8-22), то есть связь D-петли(14)-стебля(13) и конца акцепторного стебля(8)-середины антикодонового стебля(22),
-№23 AG/CU (14-15/48-8), то есть связь D-петли и конца акцепторного стебля(8)-начала Т-стебля(48),
-№24 GG/CC (15-19/48-56), то есть связь D-петли и начала Т-стебля(48)-Т-петли(56).
В файле rna_old.out указаны возможные стекинг-взаимодействия между динуклеотидными парами данной тРНК.При этом в 5 колонках указываются площади перекрывания оснований сительно друг друга ( колонки i1-i2 и j1-j2) , площади перекрывания нуклеотида одной цепи относительно нуклеотида другой цепи (соответственно колонки i1-j2 и j1-i2), а также сумированная площадь перекрывания пар( в скобках дана площадь перекрывания только основных атомов пиримидинового или пуринового колец, без скобок-площадь,учитывающая нециклические атомы).
Таким образом, изучив вероятные стекинг-взаимодействия в файле staking.pdb и площади их перекрывания в файле rna_old.out, делаем вывод, что наиболее возможно взаимодействие №10 (площадь перекрывания- 13.24),а также может быть взаимодействие 22( соответственно 6.13).
Рис.2.Связь D-петли и Т-петли.Cтекинг-взаимодействие №10 uP/GG(54-55/58-18).
Рис.3.Связь D-петли(14)-стебля(13) и конца акцепторного стебля(8)-середины антикодонового стебля(22).Стекинг-взаимодействие №22 CA/UG (13-14/8-22).
2. В данной структуре тРНК есть дополнительные взаимодействия между D-петлей и Т-стеблем через две пары Р55 (PSU55)-G18 (Рис.3) (неканоническая), С56-G19(Рис.1- серый, Рис.4). Так же есть дополнительная неканоническая связь G15-C48(Рис.5) между D-петлей и началом T-cтебля.
Рис.4.Неканоническая пара Р55 (PSU55)-G18.
Рис.5.Пара С56-G19.
Рис.6.Неканоническая пара G15-C48.
- Предсказание вторичной структуры тРНК
Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла 1H4S.pdb
Работа с программой einverted.На вход даем последовательность rna.fasta.
Штраф за геп[12]: 12 ,минимальное значение порога [50]:10. Значение основания (канонической пары) [3]:3.Значение неканонической пары("несоответствие") [-4]:-4.Программа ничего не находит.
Штраф за геп[12]: 2 ,минимальное значение порога [50]:2. Значение основания (канонической пары) [3]:3.Значение неканонической пары("несоответствие") [-4]:-4.Результаты в таблице.Исходный файл программы.Участок структуры
(расшифровку названий см. на рис. 2 в статье О.О.Фаворовой)Позиции в структуре
(по результатам find_pair)Результаты предсказания
с помощью einvertedРезультаты предсказания
по алгоритму Зукера (p=15, рисунок1)Акцепторный стебель 5' 4-7 3'
5' 66-69 3'
Всего 4 парыПредсказано 4 пары из 4(но поскольку в программе аnalyze на вход задавался файл,полученный из исходного файла pdb, где не определены координаты атомов оснований 1-3 и 70-77, а в программе einverted задается сразу вся последовательность,то все же различия есть:einverted выдает 7 пар,включая не опеределенные в pdb-файле, то есть 1-72,2-71,3-70 4 из 4 D-стебель 5' 10-13 3'
5' 22-25 3'
Всего 3 парыНе предсказано ни одной пары 3 из 3 T-стебель 5' 49-53 3'
5' 61-65 3'
Всего 5 парНе предсказано ни одной пары 5 пар Антикодоновый стебель 5' 26-32 3'
5' 38-44 3'
Всего 7 парПредсказано 6 пар из 7 7 пар,но есть несоответствие между парами: в mfold показано взаимодействие между
5' 27-34 3' - 3' 38-44 5'Общее число канонических пар нуклеотидов 19 10(неканонических пар нет) 19 (неканонических пар нет) 
Изображение структуры, полученное при помощи программы mfold при Р=15.