На главную
Term3

A- и B- ф о р м ы Д Н К

Задание №1. С помощью программы fiber пакета 3DNA построить A- и B-форму дуплекса ДНК.

Для построения А- и В-форм дуплекса ДНК была использована программа fiber пакета 3DNA. Последовательность одной нити каждой формы - 4 раза повторенная последовательность "gatc".
Строка запроса в Unix для получения структуры дуплекса в А-форме:
fiber -a gatc_a.pdb Результат: файл gatc_a.pdb

Строка запроса в Unix для получения структуры дуплекса в В-форме:
fiber -b gatc_b.pdb Результат: файл gatc_b.pdb

Кроме параметров, задаваемых командой (требуемая форма и название выходного файла), программа спрашивает другие параметры уже в процессе создания файла (например, откуда брать последовательность (из какого-то файла или из данных, вводимых непосредственно в командой строке)).

Задание №2,3. С помощью программы fiber пакета 3DNA построить A- и B-форму дуплекса ДНК.

  A-форма B-форма DNA14.pdb
Тип спирали (правая или левая) правая правая правая
Шаг спирали (Å) 28.02 (C16A.P-G5A.P) 33.752 (A6A.P-C15A.P) 29.448 (A5A.P-Ca6A.P)
Число оснований на виток (Å) 11 10 11
Ширина большой бороздки (Å) 7.985 (A22B.P-G5A.P) 17.216 (G24B.P-A6A.P) 12.379 (A21B.P-A5A.P)
Ширина малой бороздки (Å) 16.809 (G21B.P-A14A.P) 11.693 (A10A-T27B.P) 17.199 (A25B.P.P-A9A.P)

Все расстояния были построены в программе RasMol Pick Distance. При это все структуры были изображены в модели Balls&Sticks, раскраска по атомам. На картинке ниже изображены А-форма, В-форма и неизвестной формы DNA14, вид спереди.

Рассчет расстояний производился исключительно по атомам фосфора (номера атомов указаны в таблице). Итак, перейдем к сравнению.
Все три исследуемые спирали - правозакручены (по часовой стрелке). Это говорит о том, что ДНК в исследуемом pdb-файле - не Z-формы. Хотя это было в принципе понятно и из визуального анализа - в сахаро-фосфатном оставе не было характерных для Z-формы зигзагов. Таким образом, осталось определить, А или В это форма. Из визуального анализа создается впечатление, что это А-форма, потому что А-форма имеет отверстие посередине, если смотреть с торца (это отверстие обусловлено особой конформаци, которую принимает углерод - см.(следующий практикум), задание №5).
Шаг спирали А-формы (28.02 Å) меньше шага спирали В-формы (33.752 Å). Число оснований А-формы - на 1 больше. Это, скорее всего, опять же вознимает из-за разных конформаций углерода. Расстояние между нуклеотидными парами вдоль оси спирали уменьшается; это и ведет к уменьшению длины шага спирали и увеличению числа нуклеотидов на виток. И по числу нуклеотидов на виток, и по шагу спирали исследуемая неизвестная ДНК напоминает А-форму. Плюс к этому, как и в А-форме, в неизвестной ДНК длина большой бороздки меньше длины малой (Ширина большой бороздки А и неизвестной формы 7.985 Å и 12.379 Å соответственно, ширина малой бороздки 16.809 Å и 17.199 Å).
Итак, можно сделать вывод, что неизвестая форма ДНК всё же больше похожа на А-форму. Ниже помещена картинка, изображающая все три спирали сбоку:1 - А-форма, 2 - В-форма, 3 - DNA14.

Задание №4. Провести анализ всех трёх структур ДНК, используя программы find_pair и analyze. Исследовать торсионные углы (пользуясь информацией из полученных файлов)

Сначала юыл проведен анализ трех структур ДНК с помощью команды find_pair. На выдаче было получено три файла, не содержащих никакой принципиально новой информации. В них говорится о взаимодействиях оснований в структуре (причем только про водородные связи, без учета стекинг-взаимодействий), информация о количестве спиралей и неканонических взаимодействиях между основаниями.
Чтобы получить информацию о торсионных углах (необходимую для задания), был проведен анализ структур ДНК с помощью всё той же программы find_pair, а результаты программы были перенаправлены на вход программе analyze. Строка запроса в Unix:
find_pair -t XXXX.pdb stdout | analyze ,
где ХХХХ - название файла (gatc_a.pdb, gatc_b.pdb и dna14.pdb).
В выдаче присутствует очень много файлов, но интересующая информация о торсионных углах во всех трех формах ДНК содержится в файле XXXX.pdb (XXXX - название файла). Информация находится ближе к концу документа, под заголовком "Main chain and chi torsion angles".

Перед этой таблицей есть также некий текст:

Это объяснение, что означает угол - между какими атомами он считается. Теперь проанализируем выдачу для каждого файла.
По поводу А-формы ДНК можно сказать следующее: судя по торсионным углам, приведенным в таблице, а именно судя по тому, что углы поворота относительно оси спирали практически не меняются, можно сделать вывод, что структура достаточно стабильна. Отклонения торсионных углов δ, ε и ζ у Strand I и δ и ε у Strand II достаточно малы.
По поводу В-формы можно сказать практически тоже самое - углы поворота относительно оси почти не меняются, однако поворот спирали относительно оси всё же больше, чем у А-формы. А отклонения значений торсионных углов - для Strand I это углы β, γ, δ и χ и для Strand II это углы β, γ, δ и χ - также малы.
Что касается структуры DNA14, то, если судить по ее значениям торсионных углов, спираль достаточно сильно отклоняется от главной оси. Вообще затруднительно утверждать, что эта самая ось представляет вертикальную линию. Можно предполагать, что такая структура будет устойчивее, чем более "выпрямленные" структуры А- и В-форм. Значения торсионных углов различаются достаточно сильно, что характерно для РНК. Возможно, это и есть РНК? Ответ кроется в следующем задании.

Задание №5. С помощью программы pdb2img построить изображения всех трех структур в виде стопочных моделей.

Для построения изображений была использована программа pdb2img. Строка запроса в Unix:
pdb2img -c x.pdb y.ps
Параметр -с позволяет получить цветное изображение (или черно-белое, что менее наглядно). Параметр Х - имя pdb-файла. Параметр Y - имя выходного ps-файла (который был конвертирован в формат *.JPEG с помощью программы Ghost). На выходе получаем файл с изображением структуры в стопочной модели, вид сверху.
Для получения изображения "вид сбоку" была использована команда rotate_mol. Строка запроса в Unix:
rotate_mol -b ХХХХ.pdb ХХХХ1.pdb
ХХХХ - имя входного pdb-файла. ХХХХ1 - имя получаемого pdb-файла, в котором спираль уже повернута боком.
В результате получили следующие изображения:

вид сбоку

вид сверху.
На этих рисунках отбельные квадратные плоскости изображают азотистые основания. Красным изображен аденин, зеленым - гуанин, желтым - цитозин, синим - тимин.
На изображении А-формы видна характерная полость внутри спирали. На картинке, изображающей виде сбоку видно, что азотистые основания немного наклонены по отношению к оси спирали.
На изображении В-формы видно, что внутри структуры отсутствует полость. А на изображении вида сбоку видно, что азотистые основания пркатически перпендикулярны оси спирали. По окраске стопочек видно, что в файле dna14.pdb содержится структура РНК.
При изучении полученных изображений можно сделать вывод, что внешне неизвестная структура DNA14 действительно больше похожа на А-форму. Если смотреть на изображение вида сбоку, то можно заметить, что азотистые основания наклонены меньше, чем в А-форме, но всё же не перпендикулярны оси спирали. По раскраске квадратов можно сделать вывод, что заданная неизвестная структура DNA14 - стркутура РНК (это предположение было сделано еще раньше, см. выше. И оно подтвердилось.)

Отчет в формате *.doc можно посмотреть здесь

c Pouliakhina
All rights reserved