Конформационная динамика нуклеиновых кислот при взаимодействии с лигандами (1098269), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Результатом работы модуля является левое закручивание спиралей, котороеобеспечивает правильный ход цепи в процессе последующей минимизации энергии. Закручивание петель между ветвями псевдоузла не происходит, что необходимо для предотвращения спутывания петель псевдоузловв процессе минимизации энергии.• Readtst.pm: осуществляет разбор файла третичных контактов (tertiarystructure contacts – TST) и преобразование данных в соответствующее244множество, используемое модулем Top3st.pm.
Файл TST генерируетсявеб-сервером и описывает дополнительные третичные взаимодействия –пользователь задает номера пар взаимодействующих нуклеотидов и расстояние между ними в относительных единицах (расстояние в нанометрах деленное на 1.806 – расстояние между фосфорами пары нуклеотидов).• Readstk.pm: осуществляет разбор файла ``принудительного'' (ручного)стекинга и и преобразование данных в соответствующее множество, используемое модулем Top3st.pm, файл генерируется веб-сервером и описывает ``ручной'' стекинг выбранных спиралей - для этого пользовательзадает пары номеров конечных нуклеотидов спиралей, которые будут образовывать стекинг.• Homol.pm: поддерживает применении гомологического моделирования– пользователь задает номер ID из PDB банка гомолога, название цепи(латинская буква), выравнивание образца и модели. На основании заданных параметров производится загрузка в оперативную память указанногофайла из PDB банка и построение дополнительной (включенной) топологии модели на основе выравнивания и геометрии описываемой даннымфайлом молекулы.• Top3st.pm: создает файл топологии третичной структуры используямножества генерируемые модулями Readct.pm, Findpk.pm, Readtst.pm,Readstk.pm и Homol.pm.
Дистантные ограничения, накладываемые натретичную структуру в обязательном порядке, полностью аналогичныограничениям, создаваемым модулем Top23st.pm, причем включение автоматического поиска ближних взаимодействий, а также параметр ``gap''имеют всегда то же значение, что и при построении ``промежуточной245структуры''. Дополнительно вводятся ограничение на петли, для которых задаются барьеры внутреннего вращения нуклеотидов в форменеправильных дихедралов и углов. Дополнительные дистантные ограничения задаются на основании исходящих данных модулей Readtst.pm,Readstk.pm и Homol.pm.4.1.2Полноатомное моделирование молекулярной динамики рибосомного тоннеляПостроение систем для полноатомному моделированию рибосомного тоннеляСтруктура большой субъединицы рибосомы Escherichia coli была взята изструктуры её комплекса с эритромицином, полученной методом рентгеноструктурного анализа (PDBID:3OFR).
Структура комплекса тилозина и его производных с большой субъединицей рибосомы Escherichia coli была построена путемналожения молекулы тилозина на молекулу эитромицина. При наложении остаток микаминозы тилозина совмещался с остатком дезозамина эритромицина, аостальные участки тилозина перемещались согласованно с микаминозой. Приэтом лактонное кольцо тилозина заняло приблизительно ту же область пространства, что и лактонное кольцо эритромицина. Из полученной структурыбыл выделен фрагмент, полностью включающий в себя рибосомный туннель инаходящийся в нем тилозин и имеющий в своей основе куб с ребром длиной 7нм.
Во фрагмент отбирались все остатки, у которых хотя бы один атом попадалв заданную кубическую область. Именно структура этого фрагмента служилаосновой для моделирования структур комплексов большой субъединицы рибосомы E. coli с исследуемыми производными, которое производилось наложени246ем лактонных колец производных на лактонное кольцо тилозина.
Трехмерныеструктуры исследуемых производных получались оптимизацией геометрии впакетах GAMESS и GAUSSIAN 09 по частям: структура производных 4 разделялась на блоки (остаток сахара, аминокислоты, тилонолид...), на функциональные группы, через которые блоки связывались между собой, устанавливались ``заглушки'' — метоксигруппы (связь блоков между собой имеет эфирнуюили сложноэфирную природу, так что такая замена уместна). Частичные заряды рассчитывались с помощью пакета R.E.D.-III Tools в сочетании с пакетомGAUSSIAN 09. При этом исходные координаты для тилозина были взяты изструктуры его комплекса с 50S субъединицей рибосомы Haloarcula marismortui,полученной методом рентгеноструктурного анализа (PDBID:1K9M).Моделирование молекулярной динамики производных тилозина в рибосомном тоннеле.Для моделирования молекулярной динамики и анализа полученных траекторий использовался пакет GROMACS версии 4.5.4 с силовым полем parm99sb.Моделирование проводили в явно заданном растворителе при температуре 300K с периодом привязки 0,1 пс и термостатом масштабирования скоростей и изотропном давлении 1 бар с периодом привязки 5 пс и баростатом Берендсена.Электростатические взаимодействия описывались методом сети частиц Эвальда с Использовалась кубическая ячейка, заполняемая молекулами воды моделиTIP3P так, что моделируемый фрагмент рибосомы был покрыт 0,5 нм раствора скаждой стороны.
Отрицательный заряд системы был компенсирован добавочными ионами магния и натрия, причем ионы магния добавлялись так, чтобыобразовывались ``магниевые мостики'', а ионы натрия добавлялись затем по247остаточному принципу так, чтобы они располагались вблизи от отрицательнозаряженных групп. Все вычесления были проведены с шагом интегрирования 2фс, запись состояний моделируемой системы происходила каждые 30 пс, длинакаждой траектории составила 300 нс.
Расчеты производились на суперкомпьютере ``Ломоносов'' НИВЦ МГУ.4.1.3Влияние топологии петель на геометрию квадруплексовСоздание выборки квартетовСписок структур, содержащих G-квадруплексы, был составлен на основесписка базы данных PDB. Все найденные структуры были разделены на 8 группсогласно геометрии пространственной организации квадруплекса. На основеязыка Perl и модулей Vector::Real и Statistics::Descriptive была разработана программа, которая определяет наличие квартетов в структуре, их расположениеи измеряет геометрические параметры.
Квартет определяется следующим образом: для гуанина должен существовать сосед, контактирующий атомом N7 сатомом О6 начального гуанина. Выбранная комбинация признается квартетом,если четвертый гуанин взаимодействует с первым и все гетероциклические основания находятся в одной плоскости с максимально допустимым удалениематомов от плоскости, составляющим 2Å. Следующим квартетом квадруплексапризнавался квартет, располагающийся ближе всего к исходному и для которого расстояние между атомами С1` до ближайших нуклеотидов было не более10Å (таким образом исключались варианты, когда тетраду составляли гуаниныиз разных квартетов). Структуры, принадлещие разным ЯМР-моделям, обрабатывались как независимые квадруплексы.248Гистограмма распределения значений углов поворота квадруплекса и отклонений квартета от плоскостиДля каждой из восьми полученных групп значения параметров объединялись, и строилась гистограмма распределения.
Для углов поворота выбран диапазон от 0 до 600; отклонения от плоскости анализировались в диапазоне от 0до 2Å; диапазоны углов и расстояний разбивалис ь на 15 интервалов. Данныеанализировали с помощью программы Gnuplot (http://www.gnuplot.info).Расчёт угла поворота квартетов относительно друг друга в квадруплексеДля определения углов закрутки квадруплекса измерялся угол между двумявекторами. Первый вектор соединял атомы C1' двух соседних нуклеотидов вквартете, второй вектор соединял атомы C1' в соответствующих нуклеотидах всоседнем квартете (Рисунок 4.1).Отклонения квартета от плоскостиДля измерения степени нарушения симметричности и планарности отдельного квартета предложен оригинальный параметр - расстояние между центрамимасс двух четырёхгранников.
Первый четырёхгранник образован четырьмя атомами N9 гуанинов квартета, а второй четырёхгранник образован четырьмя атомами O6 тех же гуанинов (Рисунок 4.1). В случае если квартет симметричныйи все гуанины образуют водородные связи друг с другом, то этим параметромфиксируется планарность квартета. В случае разрыва водородных связей симметрия квартета нарушается и параметр фиксирует степень искажения квартета. Этот подход также фиксирует оба описанных выше случая одновременно.249Рисунок 4.1: Определение измеряемых параметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
