• Задания 1-2,4 нужно подготовить к занятию 2, желательно также подготовить хотя бы частично задание 5.
• задания 4-7 — к занятию 3,
• задания 8,9 — к занятию 4,
• результаты выполнения части заданий ?? 7-9 нужно оформить в виде отчета,
  отчет прикрепить к учебному сайту до 25 сентября,
  содержание отчета и его формат

• названия азотистых оснований, нуклеозидов и нуклеотидов (a,t,g,c,u), включая принцип нумерации атомов.
• структуру фосфодиэфирной связи,
• структуру водородных связей в канонических парах,
• различия в химическом строении ДНК и РНК.

Рекомендуем посмотреть вопросы теста ?1 !

Для работы дома можно взять архив P:/SupplMaterials/ChemSketch/chemsk8_.exe.
Результаты сохранить в файле H:/Term3/Practice1/ nucl.sk2.
В работе используйте готовые заготовки (Template > Template Window > DNA/RNA Kit).

Упр.1. Нарисовать на одном листе (1) 2'-дезоксигуанозиндифосфат, (2) 2'-дезокситимидинмонофосфат, (3) уридин, (4) псевдоуридин. Пронумеровать атомы остатков азотистых оснований и сахара. Выделить красным цветом атомы, связанные N-гликозидной связью.
См. подсказки.

Упр.2. На следующей странице воспроизвести изображение фрагмента двухцепочечной ДНК, приведенное в презентации к занятию 1.
См. подсказки.

Форма контроля — итоговая контрольная.

Для заданного азотистого основания на новом листе нарисовать каноническую пару и все возможные на ваш взгляд неканонические пары. Водородные связи указать пунктирными линиями.
Для упрощения задачи работаем именно с основаниями, и будем считать, что донорами водорода являются группы -NH2 и >NH, а акцепторами водорода атомы О и N, которые не связаны с водородом. При выполнении упражнения полезно помнить, что водородные связи имеют примерно одинаковую длину и геометрию . То же упр., но выполненное с нуклеотидами и/или с рассмотрением возможных таутомеров (Chemsketch может показать варианты), будет оценено на более высокий балл.

Пакет 3DNA — один из популярных пакетов программ для анализа и простейшего моделирования структур нуклеиновых кислот. Работает под операционной системой LINUX. Желающие могут почитать подробное описание пакета (в формате postscript).

С помощью программы Рutty, используя протокол ssh, подсоединитесь к серверу kodomo-count.cmm.msu.ru.
Перейдите в директорию Term3/Practice2.

Форма контроля — итоговая контрольная.

Упр.1. Научиться выделять разные атомы и химические группировки, используя предопределенные множества RasMol.
В этом упражнении используйте файлы, созданные в упр.4.
Выделите цветом или способом отображения
а) сахарофосфатный остов ДНК;
б) все нуклеотиды;
в) все аденины;
г) атом N7 во всех гуанинах и/или только в первом по последовательности.
См. подсказки программы RasMol.

Форма контроля — итоговая контрольная.

Упр.2. Получить файлы PDB.
В таблице заданы идентификаторы PDB. Найдите соответствующие документы на сайте PDB. Рассмотрите в окне "Images and Visualization" варианты структуры (асимметрическую единицу, варианты биологических единиц), выберите подходящую. Единственное обязательное условие — должны быть представлены обе цепи ДНК!
Используйте кнопки левого меню для того, чтобы скопировать выбранный вариант файла в вашу рабочую директорию H:/Term3/Practice2.

Упр.3. Проверить заданные структуры ДНК и РНК на наличие разрывов.
Откройте полученные в упр.2. файлы PDB в RasMol. Получите изображение только нуклеиновой кислоты в проволочной модели. Внимательно рассмотрите структуру, возможно, что в ней есть разрывы.
Такие разрывы могут возникать по разным причинам:
1) структура действительно содержит несколько фрагментов;
2) рентгеноструктурный анализ не позволил определить координаты части атомов;
3) Вы ошиблись при определении множества атомов;
4) RasMol требует более сложного способа определения множества атомов, чем Вы предполагали.
Разберитесь!!
Сохраните координаты атомов только ДНК и РНК в отдельных файлах для дальнейшей работы.

Форма контроля — отчет.

Создайте в директории Term3 поддиректорию Practice3, а в ней файл отчета analysis.doc (или analysis.html).

Упр.1. Научиться находить большие и малые бороздки.
Откройте в RasMol файл gatc-b.pdb, полученный при выполнении задания 4. Рассмотрите структуру и визуально определите большую и малую бороздку. Выберите заданное вам азотистое основание в любом удобном для вас месте структуры. Определите, какие атомы основания явно обращены в сторону большой бороздки, а какие — в сторону малой.
С помощью ChemSketch получите изображение основания, выделите красным цветом атомы, смотрящие в сторону большой бороздки, синим — в сторону малой. Посмотрите, как в файле PDB называются эти атомы, и приведите на этом же листе резюме следующего вида:
1. В сторону большой бороздки обращены атомы с13.n4,....... (13 - номер выбранной позиции)
2. В сторону малой бороздки обращены атомы ......."
3. Остальные атомы основания........
Посмотрите, куда обращены те же атомы в А- и Z-форме!

Упр.2. Сравнить основные спиральные параметры разных форм ДНК.
Откройте в RasMol файлы, полученные при выполнении задания 4.Скопируйте в отчет следующую таблицу. Изучите структуры, полученные данные внесите в таблицу.

	A-форма	B-форма	*Z-форма
Тип спирали (правая или левая)
Шаг спирали (Å)
Число оснований на виток
Ширина большой бороздки
Ширина малой бороздки

При заполнении двух нижних строк указывайте, от фосфата какого нуклеотида измерялась ширина бороздок.
См. подсказки.

Упр.3. Сравнить торсионные углы в структурах А- и В-форм.
С помощью команды Settings->Torsion RasMol измерьте торсионные углы выбранного в упр. 1 нуклеотида. Сравните значения углов в А- и В-форме, сравните со значениями, приведенными в презентации.

Форма контроля — итоговая контрольная и отчет.

Внимание! Пакет 3DNA пока работает только со старым форматом PDB.
Для перевода файлов в старый формат используйте программу remediator, установленную на kodomo-count.
Синтаксис:
remediator --old XXXX.pdb > XXXX_old.pdb

Для анализа структур нуклеиновых кислот будем использовать программы find_pair и analyze. См. подсказки..

Упр.1. Научиться определять торсионные углы нуклеотидов.
1. Сравнить значения торсионных углов в структурах А-, В- и Z-форм ДНК (файлы gatc-b.pdb, gatc-а.pdb, gatc-z.pdb, созданные при выполнении задания 3); определить, значения каких углов отличаются в наибольшей степени.
2. Определить значения торсионных углов в заданной структуре тРНК; определить, на какую из форм больше всего похожа заданная структура.
3.*Определить торсионные углы в заданной структуре ДНК; с помощью Excel определить среднее значение каждого из торсионных углов (краевые нуклеотиды не рассматривать); определить номер самого "деформированного" нуклеотида (с наиболее отклоняющимся значением какого-либо из торсионных углов, а лучше сразу и нескольких углов).

Упр.2. Научиться определять структуру водородных связей.
1.* Определить номера нуклеотидов, образующих стебли(stems) во вторичной структуре заданной тРНК.
2.* Определить неканонические пары оснований в структуре тРНК.
3.* Определить, есть дополнительные водородные связи в тРНК, стабилизирующие ее третичную структуру (для этого следует рассмотреть комплементарные пары, не имеющие отношения к стеблям).

Упр.3.* Научиться находить возможные стекинг-взаимодействия
Откройте файл ХХХХ.out с характеристикой структуры тРНК.
Найдите данные о величине площади "перекрывании" 2-х последовательных пар азотистых оснований. Для пар с наибольшими значениями получите стандартное изображение стекинг-взаимодействия. Полезно также
1) сравнить изображения с максимальной и минимальной площадью перекрывания;
2) проверить взаимную ориентацию оснований с помощью RasMol.

Упр.1.Вспомнить, как с помощью команды define RasMol задавать множества атомов.
1. Определите множество атомов кислорода рибозы (set1).
2. Определите множество атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты (set2).
3. Определите множество атомов азота в азотистых основаниях (set3).
4. Создайте скрипт-файл с определениями этих множеств.
5. Создайте скрипт-файл, вызов которого в RasMol даст последовательное (с паузами!) изображение всей структуры, только ДНК в проволочной модели, той же модели, но с выделенными шариками множеством атомов set1, затем set2 и set3.

Упр.2. * Описать ДНК-белковые контакты в заданной структуре. Сравнить количество контактов разной природы.

Будем считать полярными атомы кислорода и азота, а неполярными – атомы углерода, фосфора и серы.
Назовем полярным контактом ситуацию, в которой расстояние между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5Å. Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5Å.
См. также подсказки..
Определите число контактов и заполните следующую таблицу.

Таблица. Контакты разного типа в комплексе XXXX.pdb

Сравните количество контактов разного типа, напишите краткое резюме в отчете.

Упр.3. * Получить популярную схему ДНК-белковых контактов с помощью программы nucplot
См. подсказки..

Упр.4. * На полученной схеме выбрать
а) аминокислотный остаток с наибольшим числом указанных на схеме контактов с ДНК;
б) аминокислотный остаток, по-вашему мнению, наиболее важный для распознавания последовательности ДНК.
В отчете привести обоснование выбора, а также 2 картинки, полученные с помощью RasMol. Картинки должны иллюстрировать контакты выбранных аминокислотных остатков с ДНК. Под картинками приведите подписи, поясняющие изображение.

Упр.1. *Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов

Упр.2. *Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера.
Программа mfold из пакета EMBOSS реализует алгоритм Зукера. Постарайтесь подобрать параметры для получения предсказания, наиболее близкого к реальной структуре. Результаты внесите в таблицу, приведенную ниже.
Сохраните и внесите в отчет картинку с лучшим предсказанием, а также укажите, каким по счету оно было.

Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла XXXX.pdb