Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kodomo.cmm.msu.ru/~Redwitch/t3_files/analysis.doc Дата изменения: Mon Oct 3 19:09:26 2005 Дата индексирования: Tue Oct 2 12:39:07 2012 Кодировка: koi8-r

Структура глутаминовой тРНК из организма Escherichia coli

Автор: Любецкая А.В.

Аннотация: были изучены вторичная структура глутаминовой тРНК (pdb код -
1exd) и ее внутримолекулярные контакты, поддерживающих третичную структуру.

Ключевые слова - глутаминовая тРНК, 1exd.

Введение

Рибонуклеиновые кислоты (РНК) представляют собой полимеры из
нуклеофосфатных звеньев, соединенных фосфодиэфирной связью. В качестве
азотистых оснований в РНК присутствуют урацил, цитозин, аденин и гуанин.
Транспортные РНК участвуют в процессе трансляции в качестве
промежуточного связующего звена между нуклеиновыми кислотами и белками. Это
небольшие молекулы из 70-90 нуклеотидов, которые с помощью своих
антикодонов «узнают» за счет спаривания оснований определенные кодоны мРНК.
На 3'-конце (CCA-конец) они несут тот активный остаток аминокислоты,
который согласно генетическому коду соответствует очередному кодону мРНК
[1].
Известно, что вторичная структура тРНК по своему внешнему виду похожа
на «клеверный лист». Это изображение не передает особенностей строения
молекулы в пространстве. Структура молекулы в пространстве называется L-
формой. Заметим, что для молекул тРНК характерно присутствие большого числа
разнообразных модифицированных нуклеозидов, часто называемых минорными [2].
Глутаминовая тРНК является одной из 45 тРНК кишечной палочки
(Escherichia coli).

Цели работы

Структура глутаминовой тРНК была исследована биоинформатическими
методами, на основании чего были сделаны выводы о вторичной и третичной
структуре молекулы.

Материалы и методы

Модель пространственной структуры глутаминовой тРНК, полученная
кристаллографическими методами, была получена из базы данных PDB
(http://www.pdb.org). Структура молекулы изучалась с помощью программы
RasMol. Для более подробного изучения комплементарных взаимодействий и
особенностей глутаминовой тРНК использовались программы mfold, реализующая
алгоритм Зукера, и find_pair пакета 3DNA.

Результаты

. С помощью программы find_pair был получен список комплементарных
пар нуклеотидов в структуре глутаминовой тРНК.
Из Таблицы 1 Приложения видно, что данная тРНК содержит четыре участка,
образующие спираль.
Из записи PDB файла можно сделать вывод, что нестандартных оснований
молекула не содержит. По результатам программы find_pair видно, что в
структуре существует 9 неканонических взаимодействий: 6 из них не
соответствуют парам A-U, C-G, еще 3, возможно, характеризуются необычнымb
свойствами связи (хотя, казалось бы, являются каноническими). Помимо этого
из записи PDB файла получаем таблицу с не-уотсон-криковскими
взаимодействиями (см. Таблицу 2 Приложения). Заметим, что пара 914 (A) -
921 (A), выделенная программой find_pair как неканоническая, не отмечена в
списке не-уотсон-криковских взаимодействий списка PDB файла. Придумать
объяснение этому факту мы не смогли.
На основании информации о спиральных участках была составлена Схема 1
Приложения, иллюстрирующая вторичную структуру глутаминовой тРНК.
. При работе с программой RasMol были выявлены следующие
взаимодействия, поддерживающие стабильность пространственной
структуры глутаминовой тРНК:
1. Водородные связи.
Некомплементарные взаимодействия: 914 (A) - 921 (A);
915 (G) - 948 (G);
918 (G) - 955 (U).
Комплементарные взаимодествия: 919 (G) - 956 (C);
954 (U) - 958 (A);
913 (A) - 946 (G).
2. Неспиральный стекинг:
976 (A), 975 (C), 973 (G) - взаимодействие внутри 3' конца;
945 (G), 909 (C), 946 (G) - взаимодействие с дополнительной петлей;
957 (G), 919 (G) - 956 (C), 918 (G) - 955 (U) - взаимодействия между D- и T-
петлями.
Схема 1 Приложения показывает приведенные выше взаимодействия.
. С помощью программы mfold, по алгоритму Зукера было сделано
предсказание о возможной вторичной структуре глутаминовой
тРНК. Для получения всех возможных предсказаний варьировался
параметр программы P=N (то значение свободной энергии, на
которое энергия полученной структуры может превысить лучшее
предсказание). Наиболее близкое изображение (Схема 2
Приложения) было получено уже при P=15.

Обсуждение

Пространственная структура тРНК поддерживается в основном
некомплементарными водородными взаимодействиями, а также неспиральным
стекингом между различными частями молекулы. За счет того, что D- и T-петли
плотно взаимодействуют получается L-форма тРНК в пространстве.
Предсказание по алгоритму Зукера сильно отличается от пространственной
структуры молекулы, восстановленной по кристаллографическим данным.
Программа Зукера при построении предсказания по возможности минимизирует
нестандартные взаимодействия, которые, как показано в исследовании,
поддерживают L-форму. В нашем случае по алгоритму Зукера акцепторный
стебель выходит на две пары нуклеотидов длиннее, а акцепторный стебель - на
три пары нуклеотидов короче. D-петля предсказана верно, но строение Т-петли
практически полностью не соответствует изображению, восстановленному по
кристаллографическим данным. Структура, предсказанная по алгоритму Зукера,
не может выполнять функций тРНК.
тРНК выполняет две основные функции: акцепторную - способность
ковалентно связываться с аминоацильным остатком, превращаясь в аминоацил
тРНК, и адаптерную - способность узнавать триплет генетического кода,
соответствующий, транспортируемой аминокислоте (в нашем случае глутамин), и
обеспечить поступление аминокислоты на нужное место в белковой цепи.
Ключевыми для выполнения этих функций являются структуры антикодон (CUG для
глутаминовой тРНК) и CCA-конец акцепторного стебля, которые не участвуют во
взаимодействиях с другими частями молекулы.

Сопроводительные материалы

В файле 1exd.spt содержится скрипт для Rasmol, позволяющий
визуализировать основные элементы структуры тРНК из PDB записи 1exd.

Приложение

Таблица 1. Список комплементарных взаимодействий в глутаминовой тРНК.
Желтым цветом выделены участки, образующие спираль. Синим шрифтом
выделены неканонические пары.
|1 |902 |G |- |C |971 |
|2 |903 |G |- |C |970 |
|3 |904 |G |- |C |969 |
|4 |905 |G |- |C |968 |
|5 |906 |U |- |A |967 |
|6 |907 |A |- |U |966 |
|7 |949 |C |- |G |965 |
|8 |950 |G |- |C |964 |
|9 |951 |A |- |U |963 |
|10|952 |G |- |C |962 |
|11|953 |G |- |C |961 |
|12|954 |U |- |A |958 |
|13|955 |U |- |G |918 |
|14|937 |A |- |U |933 |
|15|938 |U |- |U |932 |
|16|939 |U |- |A |931 |
|17|940 |C |- |G |930 |
|18|941 |C |- |G |929 |
|19|942 |G |- |C |928 |
|20|943 |G |- |C |927 |
|21|944 |A |- |A |926 |
|22|910 |G |- |C |925 |
|23|911 |C |- |G |924 |
|24|912 |C |- |G |923 |
|25|913 |A |- |G |946 |
|26|914 |A |- |A |921 |
|27|915 |G |- |U |948 |
|28|919 |G |- |C |956 |

Таблица 2. Таблица, отражающая не-уотсон-криковские взаимодействия,
полученная из данных PDB записи глутаминовой тРНК. Синим цветом выделены
пары, совпадающие с результатами счета программы find_pair.

|903|G |- |C |970|
|904|G |- |C |969|
|908|U |- |A |914|
|910|G |- |G |945|
|913|A |- |G |946|
|915|G |- |U |948|
|918|G |- |U |955|
|919|G |- |C |956|
|926|A |- |A |944|
|928|C |- |G |942|
|930|G |- |C |940|
|932|U |- |U |938|
|933|U |- |A |937|
|954|U |- |A |958|

Схема 1. Схема вторичной структуры глутаминовой тРНК, а также
взаимодействий, поддерживающих ее третичную структуру.
Синим шрифтом выделены неканонические пары. Красным шрифтом обозначен
антикодон. Желтой заливкой отмечены нуклеотиды, участвующие в неспиральном
стекинге. Подчеркиванием выделены водородные связи, отвечающие за
стабильность тРНК.

AGCCA
5' G-C 3'
G-C
G-C
G-C
GAA U-A UA
C CCGCUA-UGCUCC A
G ||| ||||| G
G GGC CGAGG C
UAA U UU
G
G
A-A
C-G
C-G
G-C
G-C
A-U
U-U
U-A
C G
U

Схема 2. Изображение втоичной структуры глутаминовой тРНК, построенной
по алогоритму Зукера.
[pic]

Благодарности

Благодарю Ришу-тян за хорошее настроение и моральную поддержку, старшее
поколение за то, что они уже прошли эту пытку и Головина А.В. за то, что
иногда отвечал прямо на заданные вопросы.

Литература

1. Кольман Я., Рём К.-Г., 2004. Наглядная биохимия. Издательство «МИР».
2.О.О.Фаворова, 1998. Строение транспортных РНК и их функция на первом
(предрибосомальном) этапе биосинтеза белков. Соросовский образовательный
журнал, ?11, 71-77 (http://www.pereplet.ru/nauka/Soros/pdf/9811_071.pdf).
-----------------------






антикодоновая петля

антикодоновый стебель

дополнительная (V-) петля

Т-петля

D-петля

акцепторный стебель