Протокол занятия 8

Описание полученной структуры

PDB-код структуры: 1f7u

Структура LIGASE/RNA (ARGINYL-TRNA SYNTHETASE COMPLEXED WITH THE TRNA(ARG) AND L-ARG)

Идентификаторы цепей тРНК: TRNA(ARG) (цепь В, ID:1), белок: ARGINYL-TRNA SYNTHETASE (цепь А, ID:2)

Организм: SACCHAROMYCES CEREVISAE (YEAST)

Макромолекула в структуре:

Идентификатор	Название
цепь A	Аргинил-тРНК-синтетаза

Последовательность тРНК (аргинин)

PSU U C C U C G U 1MG 2MG C C C
A A H2U G G H2U C A C G G C M2G
PSU C U G G C U I C G A A C
C A G A A G A H2U U 5MC C A G
G 5MU PSU C A 1MA G U C C U G G
C G G G G A A G C C A

Модифицированные основания, входящие в данную последовательность:

Идентификатор	Формула	Название
PSU	3(C9 H13 N2 O9 P)	псевдоуридин-5'-монофосфат
1MG	C11 H16 N5 O8 P	1N-метилгуанозин-5'-монофосфат
2MG	C11 H16 N5 O8 P	2N-метилгуанозин-5'-монофосфат
H2U	3(C9 H15 N2 O9 P)	5,6-дигидроуридин-5'-монофосфат
M2G	C12 H18 N5 O8 P	N2-диметилгуанозин-5'-монофосфат
5MC	C10 H16 N3 O8 P	5-метилцитидин-5'-монофосфат
5MU	C10 H15 N2 O9 P	5-метилуридин-5'-монофосфат
1MA	C11 H18 N5 O7 P	6-гидро-1-метиладенозин-5'-монофосфат

В PDB-записи (файл 1f7u.pdb) цепь тРНК (аргинин) пронумерована с 901 по 976 (без пропусков).

Анализ структуры программой find_pair

В структуре найдено 2 спиралеподобных элемента структуры (2 дуплекса):

PSUUCCUCG U 1MG 2MGCCCAA H2U G GH2UCA CGGCM2GPSUCUGG CUICGAA CCAGAA GAH2U U 5MCCAGG5MUPSU CA 1MA GU CCUGGCGGGGAA GCCA

1-красная: (901-907, 961-972, 958, 917, 949-955) - 28 нуклеотидов

2-зеленая: (910-915, 939-944, 922-931, 908, 948) - 24 нуклеотида

Данный результат был получен в сответствии с выдачей программы, что говорит о том, что в данном случае под спиралями тРНК понимаются элементы третичной структуры. Хотя вообще, спиралями РНК считаются стебли, то есть элементы вторичной структуры. На картинке видно, что структура стабилизируется не только засчет водородных связей, но и засчет стекинг-взаимодействий между основаниями (среди которых есть и модифицированные, что также играет определенную роль). Поэтому единичный контакт (918, 956) - 2 нуклеотида, найденный программой, не является спиралью.

Анализ структуры программой RasMol

Изображение третичной структуры тРНК (аргинин):

Спирали изображены в соответствии с раскраской, указанной выше, подписаны номера отомов фосфора 5'-концевого и 3'-концевого остатков.

Последовательность команд, использованная для создания картинки:

define helix1 901-907:B, 961-972:B, 958:B, 917:B, 949-955:B
define helix2 910-915:B, 939-944:B, 922-931:B, 908:B, 948:B

background white
restrict rna
backbone on
color cpk

select helix1
color red

select helix2
color green

select helix3
color blue

select *901:B.p or *976:B.p
label %r
set fontsize 10
set fontstroke 1

Изображение вторичной структуры тРНК (аргинин):

Здесь показана вторичная структура тРНК, а именно 4 спирали, стабилизированные только засчет водородных связей.
1 спираль - 901-907:В, 966-972:В (выделена красным цветом);
2 спираль - 949-953:В, 961-965:В (выделена синим цветом);
3 спираль - 939-944:B, 926-931:B (выделена черным цветом);
4 спираль - 910-913:B, 922-925:B (выделена зеленым цветом).

Примеры водородных связей между основаниями, не сводящийся к Уотсон-Криковскому спариванию комплементарных оснований

G968B.n1-U905B.o2: 2.72Å

G968B.o6-U905B.n3: 2.75Å

G924B.o6-G945B.n2: 3.47Å

M2G926B.o6-A944B.n1: 3.43Å

PSU927B.o2-A943B.n6: 3.34Å

A937B.n1-G931B.o6: 3.32Å

Примеры внеспирального стекинг-взаимодействия между основаниями:

A957.n3-G918n2: 3.77Å

A937B.n3-C932B.n4: 3.55Å

A976B.n1-C975B.n4: 3.91Å

Форма спирали тРНК

Ширина большой бороздки 8.29Å (U963B.P-C904B.P), ширина малой бороздки 16.55Å (G964B.P-5MU954B.P). Судя по результатам задания 7 - определение форм ДНК, в данной структуре спирали тРНК имеют A-форму.

Исследование структуры с помощью программы einverted

Для выполнения этого задания был создан файл (tRNA_arg.fasta), содержащий только последовательность тРНК, причем переформатированную. Для этого модифицированные основания были заменены наиболее близкими по структуре (PSU, 5MU на U и так далее), формат самого файла был изменен в Unix-формат. Помимо этого, в последоватлеьности тРНК (аргинин) оказался модифицированный нуклеотид инозин (I). Такой нуклеотид, состоящий из пуринового азотистого основания гипоксантина и рибозы, промежуточный продукт обмена нуклеиновых кислот, обычно встречается в РНК. В организме возникает при дезаминировании аденозина и необходим для трансляции генетического кода. Программа изначально предназначена для работы с последовательностями ДНК, в которых таких модифицированных нуклеотидов нет, поэтому его также требуется заменить. По структуре инозин родственен пуриновым основаниям, поэтому был заменен на R (обозначение пуринового нуклеотида).
Таким образом, была запущена программа со следущими параметрами:
- Gap penalty 5
- Match score 5
- Mismatch score -4
- Minimum score threshold 10
Был найден один инвертированный повтор (в pdb-файле это соответственно участки 925-934, 937-945):

Таким образом, полученные результаты не очень хорошо совпадают с результатами, выданными программой find_pair. Наиболее "хорошие" получившиеся в данном случае участки 927-931 и 934-938 лишь частично содержаться в спиралях, найденных find_pair (первый целиком входит во 2 найденную спираль, второй же вообще не содержится ни в одной из спиралей).

Исследование структуры с помощью программы mfold

Структура была выбрана в соответствии с наличием водородных связей в тРНК (найденных с помощью программы find_pair). Единственное отличие присутствует в верхней части спирали (слева, верхний конец) полученного изображения структуры, но по сравнению с остальной выдачей mfold данное изображение наиболее оптимально.
Вернуться на страничку третьего семестра