Компьютерный анализ генетических текстов - Александров А.А.
ISBN 5-02-004691-4
Скачать (прямая ссылка):
1. естественно, все величины отрицательные. Расчет производится следующим образом. Предположим, что в процессе формирования спирали к
крайней паре нуклеотидов (А - на 5' конце цепи, U - на 3' конце в таблице обозначается *) (см. второй ряд) добавляется пара ° (см. 12-й столбец), тогда свободная энергия спирали изменяется на величину -1,7 ккал/моль. Очевидно, что наиболее стабильной оказывается спираль, состоящая из G-С пар, но расчет стэкинг взаимодействий показал, что наибольший вклад в свободную энергию (-3,4 ккал/моль) будет в том случае, когда эти пары расположены в спирали асимметрично, а именно следующим образом: |'Illcle--- • №Угая взаимная ориентация этих оснований дает значительно меньший вклад в свободную энергию.
Таблица 6.2 Изменение свободной энергии при добавлении комплементарной пары в спирали
---5’ А А А А и и и и G G G G С с С С
3’ --- А и G С А и G С А и G С А и G С
А: А 0 0,1 0 0 0,8 0 0 0 0 0 0 1,9 0 0 1,1 0
A:U 0.8 0.9 1 1 0,9 0,8 0,7 0,8 0,8 0, 5 1 1,7 0,7 0,7 2,1 0,7
A:G 0 1.1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1,9 0 0 1,6 0
А:С 0 0,7 0 0 0,7 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1,1 0
U: А 1 1,1 1,1 0, 8 0,9 0,5 0,5 0, 6 1,1 0,7 1,2 1,8 0,7 0, 5 2,3 0, 6
U: U 0 0,5 0 0 0,8 0 0 0 0 0 0 1,2 0 0 0,7 0
U: G 0 0,7 0 0 0,5 0 0,5 0 0 0,6 0 1,5 0 0 1,3 0
U: С 0 0,5 0 0 0,7 0 0 0 0 0 0 0,8 0 0 0,5 0
G: А 0 1,1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1,9 0 0 1,3 0
G:U 0 0,5 0 0 0,7 0 0,5 0 0 0, 5 0 1,5 0 0 1,9 0
G:G 0 1,2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1,9 0 0 1,4 0
G:C 1,1 2,3 1,3 1,3 2,1 0,7 1,9 0,8 1,6 1,3 1,4 2,9 1,1 0, 5 3,4 0,6
С: А 0 0,8 0 0 1 0 0 0 0 0 0 2 0 0 1,3 0
C:U 0 0,6 0 0 0,8 0 0 0 0 0 0 1,5 0 0 0,8 0
С: G 1,9 1,8 1,9 2 1,7 1,2 1,5 1,5 1,9 1,5 1,9 2 1 0,8 2,9 1,1
С:С 0 0,6 0 0 0,7 0 0 0 0 0 0 1,1 0 0 0,6 0
К приведенным параметрам необходимо добавить также величины свободной энергии, которые учитывают вклад свободных "хвостов" полимерной цепи. В работе (Freier et al.,1984) было тщательно проанализировано влияние неспаренных свободных концевых нуклеотидов. Оказалось, что свободная энергия в очень значительной степени зависит от последовательности крайних нуклеотидов. Наличие практически всех термоди-
намических параметров различных элементов вторичной структуры позволяет вычислить свободную энергию.
После того, как были рассмотрены структурные условия, а также термодинамические параметры образования и распада спиральных участков, можно приступить к анализу методов образования вторичной структуры РНК.
6.3. ОСНОВНЫЕ АЛГОРИТМЫ ДЛЯ ПРЕДСКАЗАНИЯ ВТОРИЧНЫХ СТРУКТУР
Комбинаторные методы. Первые, кто сыграли в "игру тРНК” были Дж. Фреско, Б.Олбертс и П.Доти ( Fresco et al., 1960 ). В 1960 г. они опубликовали работу, в которой исследовали проблему определения вторичной структуры по первичной последовательности. Они сформулировали ее как задачу нахождения конфигурации с максимальным для данной последовательности числом спаренных оснований. Выводы в этой работе носили качественный характер, так как способ нахождения подобной структуры не был найден авторами.
Через пять лет, когда в работе Холли была расшифрована нуклеотидная последовательность молекулы тРНК, принцип максимального числа нуклеотидных пар был опробован на реальной последовательности. Оказалось, что природа в качестве вторичной структуры тРНК выбрала конфигурацию "клеверного листа". Впоследствии многочисленные расчеты различных расшифрованных тРНК показали, что эта структура является общей для всех молекул. В 1974г. удалось с помощью рентгеноструктурного анализа подтвердить справедливость выбора этой структуры для тРНК. Тем самым было показано, что критерий комплементарности обладает предсказательной силой.
Однако простой подсчет максимального числа спаренных оснований для выбора вторичной структуры не всегда приводил к правильным результатам даже в случае некоторых тРНК. Для более длинных молекул, например 5S рибосомальной РНК, число возможных пар резко возрастало, что очень затрудняло выбор оптимальной структуры. При этом было сомнительно, что полученные структуры с максимальным числом нуклеотидных пар отвечают действительности, поскольку они не соответствовали биологическим свойствам этой молекулы (Lewis, Doty, 1970). Очевидно, что простой подсчет Уотсон - Криковских пар является формальным критерием и не может отражать реальной картины, происходящей при формировании вторичной структуры. Поэтому на следующем этапе исследования вторичной структуры РНК в качестве критерия стали использовать свободную энергию.
Оценка свободной энергии вторичной структуры заставила подробно проанализировать все возможные структурные элементы (рис.6.1). Ранее, при подсчете комплементарных нуклеотидов фактически анализировались только двуспиральные участки.Однако при опенке свободной энергии в ка-
