A- и B-формы ДНК.


  1. Работа с командой fiber (пакет 3DNA).

    Используемая команда UNIX

    fiber -x -gatc_x.pdb
    где x - либо a (для получения A-формы), либо b (сответственно, B-формы), запускает работу программы fiber пакета 3DNA.

    Непосредственно указываются два параметра: форма требуемой структуры ДНК и название выходного файла. Остальные необходимые характеристики программа "узнает", задавая вопросы. Спрашивалось, откуда брать последовательность (1 – из файла, 2 – "с клавиатуры", то есть из данных, непосредственно введенных в командной строке); каков повторяющийся дезоксирибонуклеотидный мотив; сколько раз его повторять. В результате нами были получены файлы в формате pdb: для A-формы и B-формы одной и той же последовательности ДНК (gatcgatcgatcgatc).

  2. Обработка полученных результатов. Проведение измерений средствами RasMol.

    С помощью средства Pick Distance программы RasMol были получены количественные характеристики двойной спирали для ДНК известных форм (A, B) и исследуемого полинуклеотида неизвестной формы (dna9). Для получения данных о ширинах бороздок последние во всех случаях рассматривались относительно одного и того же нуклеотида – пятого по счету в первом c 5' конца витке цепи A (известно, что в RasMol цепи нити дуплекса ДНК получают названия A и B (или C, D...) независимо от типа структуры). Ведь до измерения и проведения анализа мы не можем сказать, одинакова ли ширина какой-то бороздки относительно любого нуклеотида спирали, постоянна ли она по всей длине полинуклеотидной структуры. Поэтому, чтобы избежать возможных неточностей сравнения из-за использования разных "нуклеотидов отсчета", попробуем измерять во всех случаях от одного и того же остатка фосфора (относительно начала витка). Результаты всех измерения суммированы в таблице.

    Таблица 1. Количественные и качественные характеристики разных форм ДНК.

     A-формаB-формаНеизвестная ДНК (dna9),
    измерение 1 (пятый остаток первого с 5'-конца витка цепи A)
    Неизвестная ДНК (dna9),
    измерение 2 (шестой остаток первого витка цепи A)
    Тип спирали (правая или левая) праваяправаяправая---
    Отверстие при визуальном наблюдении дуплекса с торца  имеется отсутствуетотсутствует---
    Шаг спирали (Å) 28.0233.7531.27---
    Число оснований на виток 111010---
    Ширина большой бороздки 7.9817.21*16.8518.23
    Ширина малой бороздки 16.8011.6913.1811.12

  3. Сравнение.

    В качестве анализируемой ДНК неизвестной структуры дан 11-нуклеотидный участок. Это один полный виток (и еще один нуклеотид). Наша задача – определить, какую из двух изучаемых форм ДНК (A и B) напоминает его структура. Для этого и были сделаны описанные в предыдущем пункте измерения. Сравним dna9 c известными формами ДНК, используя приведенные в таблице 1 результаты.

    Все исследуемые спирали закручены по часовой стрелке, то есть правые. Это говорит нам о том, что dna9 не находится в Z-форме (что понятно и при взгляде на дуплекс в модели backbone: сахарофосфатный остов не имеет характерной для Z зигзагообразной формы; кроме того, по выполнении команды RasMol label заметно, что исследуемый участок молекулы не является полиCG-нуклеотидом, могущим иметь Z-форму).

    Из трех изучаемых структур только A-форма напоминает трубу, то есть дуплекс такого типа имеет отверстие, видимое с торца. Ни B-форма, ни dna9 подобным отверстием не обладают, что сближает данные структуры. Интересно, что образование такой сквозной "дыры" в спирали A-формы связано с отодвиганием пар оснований от оси спирали к периферии молекулы. Наличие или отсутствие данной особенности у всех изучаемых молекул проиллюстрировано ниже (изображения получены средствами RasMol)

    Рисунок 1. Вид спиралей с торца.

    Спираль в A-форме (вид с торца)Спираль в B-форме (вид с торца)Спираль dna9

    Шаг спирали A-формы меньше, чем B: примерно 28Å против 34-х, а число оснований на виток больше: 11 против десяти. Судя по литературе, такая разница возникает вследствие принятия дезоксирибозой разных конформаций: в B-форме это C2'-эндоконформация, в A – C'3-эндоконформация. Благодаря последней (более компактной, см. Рисунок 2) расстояние между нуклеотидными парами вдоль оси спирали уменьшается, что ведет к уменьшению длины шага спирали и возрастанию числа нуклеотидов на виток. Получается, что B-форма ДНК более "растянута" вдоль, чем A. По числу нуклеотидов на виток dna9 сходна с B-формой (10 нуклеотидов), а расстояние между одинаковыми (по положению в витке) нуклеотидами разных витков, то есть шаг спирали, в dna9 равно 31.3, то есть среднее между данной характеристикой для A- и B-форм.

    Наиболее интересные различия между известными формами и изучаемой касаются ширин бороздок. Как уже было сказано в предыдущем пункте, при измерении постарались унифицировать условия опыта (для большей точности): меряли ширины бороздок от одного и того же нуклеотида относительно начала одной и той же спирали (первой с 5'-конца). Но если в случае с построенными нами с помощью fiber структурами такой подход обоснован (по последовательности цепи идентичны, выбранные нуклеотиды в обеих спиралях будут соответствовать друг другу), то данная преподавателями dna9 имеет иную последовательность. Мы не знаем, соответствует ли пятый нуклеотид витка неизвестной формы пятым нуклеотидам известных (просто говоря, неясно, на каком нуклеотиде "обрезана спираль" dna9, соответствует ди уровень такой "обрезки" тому, что есть в построенных fiber спиралях). Поэтому сделали в случае dna 9 не одно измерение, а больше. При проведении уже второго из них (результаты первого и второго измерений приведены в таблице 1) становится понятно. что в исследуемой спирали ширины бороздок непостоянны. Чтобы убедиться в необычности данного факта, измерим ширины бороздок A-и B-форм ДНК относительно разных нуклеотидов. Для любого остатка спирали ширина любой бороздки одинакова, иными словами, ширины большой и малой бороздок в A-и B- формах ДНК постоянны по всей длине.

    По определении такой интересной особенности dna9, как непостоянство ширины бороздок, сталкиваемся с трудностью сравнения. Как сравнить постоянную величину с меняющейся? Можно попытаться найти среднее, однако данный способ не кажется подходящим в нашем случае. Поэтому резюмируем: по признаку "ширина бороздки" мы можем провести лишь качественное сравнение (указав на постоянство/непостоянство величины) но не количественное.

    Итак, что можно сказать в итоге сравнения исследуемых структур по пяти признакам? По двум из них (наличие отверстия, количество оснований на виток) ДНК неизвестной структуры из файла dna9.pdb сходна с B-формой ДНК, по двум другим (тип спирали, и ее шаг) напоминает и ту, и другую форму и еще по одному (ширины бороздок) отличается от обеих. Таких результатов явно недостаточно, чтобы отнести исследуемую макромолекулу четко к форме B (которую она все же напоминает больше, чем A). Поэтому необходимо использовать дополнительные признаки. Одно из основополагающих различий исследуемых форм ДНК – разные конформации дезоксирибозы сахарофосфатного остова (A – C'3-эндо, B – C2'-эндо). Попробуем определить конформацию сахара в dna9 визуально в RasMol, пользуясь данными учебной презентации "Нуклеиновые кислоты" и сравнивая с конформациями в известных формах. Выделим по одному нуклеотиду (гуанозин-5'-монофосфату) в каждой структуре, увеличим и взглянем, "куда смотрят" атомы C2* b C3* дезоксирибозы. Результаты приведем на рисунке 2:

    Рисунок 2

    B-формаA-форма
    ДНК неизвестной формы (dna9)

    Явно видно, что конформация рибозы в dna9 та же, что в B-форме ДНК, то есть C2'-эндо. Эта характеристика резко отличает нашу ДНК от A-формы, автоматически относя в B-семейство. И можно со всей уверенностью утверждать, что форма исследуемой ДНК напоминает форму B.

    Однако не зря мы только что упомянули семейство форм B. Дело в том, что существует несколько форм ДНК с C2'-эндоконформацией сахара. Это, кроме уже известной нам B, еще и C, и D формы. Хотя из сделанного исследования ясно, что dna9 – структура не A и не Z типа, нельзя четко утверждать ее принадлежность к форме B, зная о существовании сходных с последней типов спирали. Кроме того, структура имеет явные отличия как от В (описаны выше), так и от C, и от D форм (в основном, в количестве остатков на виток: в dna9 их 10, в C – 9, в D – 8). Значит, четко можно проследить принадлежность структуры из файла dna9.pdb к семейству B-форм, но не отдельной какой-то форме данного семейства: dna9 напоминает ДНК-B.

    Почему же, наша ДНК имеет какие-то особенности структуры? С чем связано наличие последних? Особенно нас заинтересовал факт непостоянства ширин бороздок в dna9, постараемся исследовать данное явление и попытаемся объяснить его. Получили в RasMol такое изображение:

    Рисунок 3

    Красным цветом
    обозначен фосфор гуанозин-5'-монофосфата
    Зеленым цветом
    Цитидин-5'-монофосфата
    Желтым цветом
    Аденозин-5'-монофосфата
    Синим цветом
    Тимидин-5'-монофосфата
    Черным цветом
    обозначена неканоническая пара G–T

    На рисунке явно видно, что, во-первых, наш участок ДНК является палиндромным (подробнее о таких участках – здесь), во-вторых, имеет симметричные мисмэтчи (неканонические пары, от английского "mismatch") G–T. Думается, это и влияет на особенности структуры, поскольку визуально не удается найти других факторов (гетероатомов, нарушений конформации (например, анти-конформаций) и т.п.) Казалось бы, небольшой "недочет" структуры, а столь сильно влияет. Но ведь все атомы макромолекулы тесно связаны между собой, и изменение одной какой-то характеристики (например, некоторых торсионных углов) при формировании неканонической пары немедленно ведет к закономерному изменению всех остальных. Однако наличие только указанного влияния нельзя утверждать абсолютно, не изучив характеристик молекулы с помощью специальных программ (не все же мы можем увидеть глазом!).

  4. Работа с программой pdb2img. Стопочные модели

    Для визуализации трех изучаемых нами структур в виде стопочных моделей воспользуемся программой pdb2img. Запустим ее следующей командой:

    pdb2img -c x.pdb y.ps
    
    где опция -c позволяет получить цветное изображение (раскрашенное по основаниям изображение более наглядно, чем черно-белое), x – имя одного из pdb-файлов, содержащих информацию о структуре изучаемых молекул ДНК; y – имя выходного PS-файла. Такая операция, проведенная для каждой структуры, дает нам три стопочных модели, отображающих ДНК сверху. Нам необходим еще и вид сбоку. поэтому воспользуемся командой rotate_mol, запустив ее с параметром -b. Как мы поняли из help для этой команды, данный параметр позволяет получить структуру, принимая во внимание осевой момент инерции спирали (исключая остов). Как видим из выходных файлов pdb, такой структурой является повернутая к нам боком спираль, а это как раз и было необходимо. Запустим теперь pdb2img для новой тройки файлов и получим стопочные модели в боковой проекции, что и требовалось. Используя графический редактор, переведем изображения из файлов ps в формат GIF. Результаты работы (изображения) занесем в таблицу:

    Таблица 2. Результаты работы с программой pdb2img.

    Вид структурыСВЕРХУСБОКУ
    A-форма
    В-форма
    dna9

    Плоские фигуры , составляющие стопки, иллюстрируют положения нуклеотидов или даже оснований. Приведенные рисунки подтверждают сделанные в пункте 3 выводы: ДНК из файла dna9 напоминает ДНК в B-форме и точно не относится к A-форме. Особенно хорошо это заметно на виде сбоку: между последним и предпоследним во второй колонке таблицы изображениями нет разительных отличий: обе структуры прямые, достаточно тонкие, в то время как A-форма сбоку выглядит более толстой и извитой спиралью. Вид сверху можно сравнить с рисунком 1: в обоих случаях ясно видно, что спираль в A-форме напоминает трубу, а остальные – нет. Однако на рисунке 3 B-форма и dna 9 сверху не очень похожи, в отличие от торцевых видов рисунка1. Объяснить это легко: чтобы получить рисунок 1, dna9 пришлось повращать в RasMol, а программа pdb2img получила изображение из pdb-файла "как есть". Структура dna9 несколько изогнута (видно на последнем изображении таблицы), поэтому на виде сверху заметен не только торец. В общем вид сверху напоминает B-форму.

    Интересно, что при создании изображения, представленного на рисунке 3 с помощью RasMol мы использовали те же цвета, что и программа pdb2img при создании стопочных моделей, но обозначили ими нуклеотиды по-своему. Чтобы не было путаницы, "скажем за pdb2img": красным на рисунках в таблице отображен аденин, зеленым – гуанин, желтым – цитозин; синим (как у нас)– тимин. Нужно добавить, что на боковом виде dna9 заметно, что это палиндром. Кроме того, видно неканоническое взаимодействие G–T: нигде больше не лежат друг против друга зеленый и синий "квадратики".

  5. Работа с find_pair и analyze: торсионные углы и не только.

    Для получения данных использовали две команды:

    find_pair -t x.pdb y.txt
    а также
    find_pair -t x.pdb stdout | analyze
    где x – имя одного из pdb-файлов, содержащих информацию о структуре изучаемых молекул ДНК; y – имя выходного файла (в текстовом формате); -t – параметр, запрещающий программе игнорировать строки pdb-файла с индикатором "HETATM" (используется, чтобы исключить возможность оставления каких-то атомов неучтенными).

    Запуская только программу find_pair для каждой структуры (без перенаправления данных программе analyze, первая команда), получаем три файла, содержимое которых ничего нового не говорит, лишь подтверждая результаты, сделанные ранее. В выходных файлах содержится схема взаимодействий между основаниями в молекуле (только опосредуемых водородными связями взаимодействий, стэкинг не учитывается!). Также сообщается, сколько найдено спиралей (во всех случаях по одной, что понятно), сколько из них являются отдельными парами (подробнее рассуждения о подобных спиралях см. в практикуме по тРНК), сколько неканонических (не уотсон-криковских) пар. Для структур, построенных fiber, не найдено ни одной, эта программа спирали с мисмэтчами "не умеет делать". А вот в dna9 найдены упоминавшиеся выше две симметричные неканонические пары G–T. Интересно, что на схеме взаимодействий неканонические отмечаются звездочкой. Единственная незнакомая вещь – четыре колонки чисел после схемы взаимодействий. По-видимому, это какие-то характеристики не отдельных оснований, а самих взаимодействии (по четыре числа на каждое). Возможно, смысл этих цифр поможет понять analyze.

    В выдаче analyze много файлов, один из них имеет расширение out. В нем и содержится нужная нам информация о торсионных углах (и еще много других данных, но об этом чуть позже). К сожалению, в большой степени неясные четыре числа из файлов-результатов работы find_pair он не прояснил: указано, что это характеристики пар оснований, однако их значение, исходя из приведенных названий и чисел, понять не всегда удается. Что означают параметры "Propeller" и "Opening", неясно. Есть более понятная характеристика "Buckle", что означает продольный изгиб, но как оценивать этот изгиб с помощью указанных цифр, тоже остается нееясным.

    Ближе к концу каждого из трех документов out под заголовком "Main chain and chi torsion angles" содержится информация о торсионных углах для каждого нуклеотида. Перед стобственно таблицей, связывающей номера и названия нуклеотидов и значения углов, есть часть, общая для трех документов. Она объясняет, что означает каждый угол, от чего и до чего он отсчитывается:

          alpha:   O3'(i-1)-P-O5'-C5'
          beta:    P-O5'-C5'-C4'
          gamma:   O5'-C5'-C4'-C3'
          delta:   C5'-C4'-C3'-O3'
          epsilon: C4'-C3'-O3'-P(i+1)
          zeta:    C3'-O3'-P(i+1)-O5'(i+1)
    
          chi for pyrimidines(Y): O4'-C1'-N1-C2
              chi for purines(R): O4'-C1'-N9-C4>
    
    Как видим, для нуклеотидов торсионных углов больше, чем для аминокислот (семь против двух), что понятно, ведь нуклеотид сложнее по структуре, чем аминокислота (содержит больше элементов строения, которые определенным образом располагаются друг относительно друга). Может показаться, что угол χ измеряется по-разному для пуринов и пиримидинов, однако это не так, разница записи связана только с отличиями нумерации в двух типах оснований.

    Обратимся к конкретным значениям углов для трех изучаемых структур. Занесем приводимые в документах out числа в таблицу.

    Таблица 2

    A-формаB-форма
    Strand I
    base  alpha   beta gamma delta  epsilon  zeta   chi
     1 G   ---   174.8  41.7  79.0  -147.8  -75.1 -157.2
     2 A  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.8  -75.1 -157.2
     3 T  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.8  -75.1 -157.2
     4 C  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.8  -75.1 -157.2
     5 G  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.8  -75.1 -157.2
     6 A  -51.7  174.8  41.7  79.0  -147.8  -75.1 -157.2
     7 T  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.8  -75.1 -157.2
     8 C  -51.7  174.8  41.7  79.0  -147.8  -75.0 -157.2
     9 G  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.8  -75.1 -157.2
    10 A  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.8  -75.1 -157.2
    11 T  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.8  -75.1 -157.2
    12 C  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.7  -75.1 -157.2
    13 G  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.8  -75.1 -157.2
    14 A  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.8  -75.1 -157.2
    15 T  -51.7  174.8  41.7  79.1  -147.8  -75.1 -157.2
    16 C  -51.7  174.8  41.7  79.1    ---    ---  -157.2
    Strand I
     base  alpha  beta gamma delta  epsilon   zeta  chi
     1 G   ---   136.4  31.1  143.4  -140.8  -160.5 -98.0
     2 A  -29.9  136.3  31.2  143.3  -140.8  -160.5 -98.0
     3 T  -29.9  136.3  31.1  143.3  -140.8  -160.5 -97.9
     4 C  -29.9  136.4  31.1  143.4  -140.8  -160.5 -98.0
     5 G  -29.9  136.3  31.2  143.3  -140.8  -160.5 -98.0
     6 A  -29.9  136.4  31.1  143.4  -140.8  -160.5 -98.0
     7 T  -29.9  136.3  31.2  143.3  -140.8  -160.5 -98.0
     8 C  -29.9  136.3  31.1  143.3  -140.8  -160.5 -97.9
     9 G  -29.9  136.4  31.1  143.4  -140.8  -160.5 -98.0
    10 A  -29.9  136.3  31.2  143.3  -140.8  -160.5 -98.0
    11 T  -29.9  136.4  31.1  143.4  -140.8  -160.5 -98.0
    12 C  -29.9  136.3  31.2  143.3  -140.8  -160.5 -98.0
    13 G  -29.9  136.3  31.1  143.3  -140.8  -160.5 -98.0
    14 A  -29.9  136.4  31.1  143.4  -140.8  -160.5 -98.0
    15 T  -29.9  136.3  31.2  143.3  -140.8  -160.5 -98.0
    16 C  -29.9  136.4  31.1  143.4    ---     ---  -98.0
    dna9
    Strand I
       base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
       1 C     ---     ---    -52.1   101.5  -178.7   -74.2  -119.4
       2 G    -72.3  -169.3    38.4   148.8  -160.1  -140.0   -97.0
       3 C    -44.9   130.8    62.0    76.3  -156.8  -105.6  -147.2
       4 G    -32.2   135.5    63.8   113.8  -175.6  -111.9  -115.3
       5 A    -20.6   155.5    31.5   118.7   165.0   -69.6  -103.5
       6 A    -65.9  -143.8    40.0   142.4   167.6   -80.1   -89.3
       7 T    -67.9  -162.4    47.4   124.1  -178.5  -101.2  -107.2
       8 T    -71.0   168.2    74.3   115.3  -173.7   -83.5  -115.1
       9 T    -72.4   172.8    57.7    85.5  -149.7  -106.3  -127.3
      10 G    -45.4   165.3    37.0   154.7   -67.0   127.2   -82.3
      11 C    -77.8   170.7    29.6   143.6   174.1   -72.0  -101.0
      12 G    -72.1  -125.9    17.8   132.4    ---     ---    -78.9
    
    Strand II
      base    alpha    beta   gamma   delta  epsilon   zeta    chi
       1 G    -63.0   172.5    52.6    94.0    ---     ---   -136.2
       2 C    -70.5   138.3    44.0    90.8  -159.9   -79.6  -134.8
       3 G    -54.9  -177.6    50.2   150.1  -115.4   179.4   -81.0
       4 T    -66.7   173.9    55.3    82.5  -164.1   -84.5  -113.6
       5 T    -63.9  -161.6    40.9   137.6  -176.8   -85.3  -100.1
       6 T    -59.6   157.0    62.1    86.8   173.7   -64.9  -132.6
       7 A    -72.2  -152.8    41.6   131.2  -174.5  -103.8   -99.4
       8 A    -79.0  -140.5    56.4   132.0   156.4   -61.3   -95.1
       9 G    -65.2  -176.1    64.9   142.0   150.8   -77.8   -99.3
      10 C    -60.7   154.5    64.3    78.5  -174.7   -71.8  -141.0
      11 G    -94.4  -140.7    59.0   128.1   178.5  -103.8  -100.8
      12 C     ---     ---     64.1   135.3   151.7   -68.6  -108.6
    
    

    Примечание1:Для A-и B-форм ДНК приведены значения углов только для одной спирали, поскольку для нуклеотидов второй числа такие же.

    Примечание2: Понятно, что некоторые углы нельзя измерить для краевых нуклеотидов, с тем же мы сталкивались в случае белков. Дело в том что такие углы (α,ε,ζ) измеряются от атомов одного нуклеотида до атомов соседнего, для краевых остатков спирали их измерение невозможно.

    Сперва рассмотрим значения углов для известных форм ДНК: A и B. Из первой строки таблицы видно, что для любого нуклеотида в спирали одной из этих форм определенный угол имеет значение, незначительно колеблющееся вокруг определенной величины. Иными словами, численное значение каждого угла приближенно постоянно и в A-, и в B-ДНК. Но между тем же углом в ДНК A-формы и ДНК B-формы есть отличие (в A – свое постоянное значение, в B – свое). Таким образом, торсионные углы в данном случае – характеристика не отдельного нуклеотида, а спирали определенного типа в целом. Ниже приведена таблица, содержащая округленные значения углов для двух изучаемых форм.

    Угол α β γ δ ε ζ χ
    A-форма -51.7 174.8 41.7 79,1 -147.8 -75,1 -157.2
    B-форма -29,9 136,35 31,15 143,35 140.8 -160.5 -98.0

    Важно, что торсионные углы принимают все же не точное значение, а колеблются незначительно вокруг него. Это показывает некоторую лабильность молекулы ДНК. То, что данная структура не ригидна, не является "застывшей" в определенной конформации спиралью, а может претерпевать какие-то флуктуации структуры, на самом деле очень важно для многих биологических процессов. Интересно, что в B-ДНК подобная лабильность выражена больше, судя по результатам работы analyze (значения торсионных углов колеблются несколько сильнее). Можно попытаться найти эжтому биологическое объяснение: известно, чтоA-форма ДНК возникает при высушивании и считается, что организмы используют такую форму для сохранения информации в определенных условиях, например, бактерии в состоянии спор (при наличии неблагоприятных факторов микроокружения, например, того же иссушения). Поэтому структура A-ДНК более статична, нежели структура "активно работающей" ДНК в B-форме.

    В случае с dna9 ситуация совсем другая. Здесь все строки столбца таблицы, связывающей углы и нуклеотиды спирали, разные, то есть значения торсионных углов характеризуют отдельный нуклеотид, а не спираль в целом; от остатка к остатку они меняются. Более того, существуют различия между нуклеотидами разных цепей. Зная о том, что исследуемая последовательность палиндромна (что отчетливо видно и в результатах работы find_pair), можно было ожидать, что таблица для одной цепи будет перевернутой таблицей для другой, ведь палиндром зеркален и одинаково "с разных сторон". Ничего подобного! Во вместе взятых табличках для обеих спиралей нет ни одной одинаковой (и даже близкой) строки. После рассматривания такой таблички даже возникает вопрос: может ли существовать структура, данная нам преподавателями в файле dna_out, на самом деле? С чем связан такой "разброс и шатание" среди торсионных углов структуры? Вряд ли с палиндромностью, ведь в последовательности построенных нами ДНК есть маленькие палиндромные участки (каждый маленький gatc-участок такой, на самом деле), но ничего страшного с углами из-за этого не происходит. Вывод напрашивается опять тот же, что и прежде: наличие неканонического взаимодействия безжалостно "ломает" стройную структуру спирали, меняя значения торсионных углов не только для самих участников такого взаимодействия, но и для остальных нуклеотидов.

    Кроме информации о торсионных углах, файлы, полученные при работе с analyze, содержат еще много чего интересного. Кроме всего прочего, можно найти подтверждение сделанным ранее выводам о структуре dna9. Оказывается, analyze – быстрый и легкий способ определения формы ДНК (весьма полезно!). В последнем столбце таблицы под заголовком "Classification of each dinucleotide step in a right-handed nucleic acid structure: A-like; B-like; TA-like; intermediate of A and B, or other cases" дана буква, называющая форму спирали (что интересно, для каждого нуклеотида...значит, может быть химерная спираль из разных форм?). В файле для dna9 в данной графе стоит буква "B" почти во всех позициях, кроме краевых, и нет буквы "A", что подтверждает сказанное ранее: структура dna9 напоминает ДНК-B, и ни в коем случае не ДНК-A. Еще интересно: из заголовка таблицы узнаем, что возможна структура "intermediate of A and B", то есть нечто среднее между двумя формами. Не есть ли это та самая химерная спираль?

    Еще один заинтересовавший нас факт. Ближе к концу выходного документа есть таблицы, содержащие данные о конформации дезоксирибозы. Понятно, что мы обратились к ней, желая узнать, правильно ли определили ранее эту конформацию для dna9 при помощи RasMol. Оказывается, не очень правильно. Точней для отдельного взятого нами тогда нуклеотида выкладки были верны, и, действительно, судя по таблице, у этого остатка гуанозинмонофосфата конформация C2'эндо. Но мы не анализировали все нуклеотиды! С взятым случайно остатком нам просто "повезло", многие другие имеют иные, порой очень странные конформации: не только C3'эндо, но и C4'эндо, O4'эндо и даже экзоконформации!!! Причем опять же, никакой палиндромной зеркальности в их расположении не наблюдается. Снова возникает закономерный вопрос: А МОЖЕТ ЛИ DNA9 СУЩЕСТВОВАТЬ В РЕАЛЬНОСТИ? Обратимся к литературе. Коничев упоминает: "среди многочисленных теоретически возможных конформаций остатков пентоз в полинуклеотидах реализуются только две: либо C2'-эндо-, либо C3'-эндоконформации". И никаких экзо! Отсюда напрашивается вывод: в файле dna9 содержится невозможная структура; в реальности подобная ДНК существовать не может, как бы естественно она ни смотрелась сбоку в стопочной модели (последнее изображения таблицы 2).

    Кроме того, после этого можно пересмотреть влияние наличия мисмэтча TG на структуру. Скорее всего, pdb файл был каким-то образом специально изменен (или иначе построена неправильная спираль, разница непринципиальна), и не столько наличие пары GT влияет на структуру, как эти дополнительные неизвестные нам изменения. Мы рассуждаем так потому, что в природе возможно возникновение неканонических взаимодействий в ДНК (в результате точечных мутаций как последствий действия различных мутагенов или протекания спонтанных процессов: дезаминирования, например, ведущего к замете цитозина на урацил, а после метилирования – на тимин). Но ведь ДНК в этих случаях существует, хотя и с ошибками! Ее пентозы не принимают экзоконформаций, он не "разваливается", наконец! Репарация в таких случаях необходима скорей, чтобы восстановить верную генетическую информацию, а не физические характеристики спирали. Итак, делаем вывод: данная нам структура (dna9), хотя и напоминает B-форму ДНК, вряд ли существует в реальности.


.

©Ганчарова Ольга