Энергия связей аденин-урацил в РНК

Материал из Викиверситета
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья — часть материалов: кафедр Биохимия, Биоинформатика

Постановка задачи[править]

Вот так выглядит данная система
А вот так ее орбитали

Возьмем РНК из двух оснований: w:Аденин - система из 33 атомов и w:Урацил - система из 30 атомов. Они могут образовать различные варианты (модели) связей или просто расположений атомов. Программы молекулярного моделирования дают 3 цифры: энергию аденина, энергию урацила и их общую энергию. Хотелось бы понимать принципы расчета этой энергии. Т.е. имеем задачу: даны все расстояния между атомами, нужно рассчитать энергию систем аденина, урацила и общую.

Подходы к решению[править]

В статье Анализ статьи: Автоматизированное предсказание de novo нативной РНК третичной структуры описывается общая функция оценки энергии для расчета. Для упрощения задачи можно учитывать всего две составляющие - это радиус Ван-дер-Ваальса и радиус Гирации. В более сложных задачах участвуют порядка 10 составляющих.

Оценка радиуса Гирации[править]

Для расчета радиуса Гирации нужна матрица попарных расстояний между центроидами нуклеотидов. В данном случае, соответствующая матрица будет, например, следующей:

где х - расстояние между центроидами аденина и урацила. Например, х = 43.99 Тогда радиус Гирации:

Оценка радиусов Ван-дер-Ваальса[править]

В расчете радиусов Ван-дер-Ваальса участвуют все атомы системы, но их можно так же представить в виде матрицы пар нуклеотидов, в виде

Например, если , то

Дальше нам будет важна структура каждого нуклеотида. В расчетах компонент vdw (в данном случае только ) участвуют только 9 атомов в зависимости от типа нуклеотида (в таблице эти атомы отмечены желтым цветом).

rA - 27 rC - 28 rU - 29 rG - 26
1 P - 1 P - 1 P - 1 P - 1
2 O1P O1P O1P O1P
3 O2P O2P O2P O2P
4 O5* O5* O5* O5*
5 C5* - 2 C5* - 2 C5* - 2 C5* - 2
6 C4* C4* C4* C4*
7 O4* O4* O4* O4*
8 C3* - 4 C3* - 4 C3* - 4 C3* - 4
9 O3* O3* O3* O3*
10 C2* C2* C2* - 9 C2*
11 O2* - 9 O2* - 9 O2* O2* - 9
12 C1* - 3 C1* - 3 C1* - 3 C1* - 3
13 N1 - 8 N1 - 8 N1 - 8 N1 - 8
14 C2 C2 C2 C2
15 N3 O2 - 6 O2 - 6 N2 - 6
16 C4 - 6 N3 N3 N3
17 C5 C4 C4 C4
18 C6 N4 - 5 O4 - 5 C5
19 N6 - 5 C5 C5 C6
20 N7 C6 - 7 C6 - 7 O6 - 5
21 C8 - 7 1H5* 1H5* N7 - 7
22 N9 2H5* 2H5* C8
23 1H5* H4* H4* N9
24 2H5* H3* H3* 1H5*
25 H4* 1H2* 1H2* 2H5*
26 H3* 2HO* 2HO* H4*
27 1H2* H1* H1* H3*
28 2HO* 1H4 H3 1H2*
29 H1* 2H4 H5 H1*
30 H2 H5 H6 2HO*
31 1H6 H6 H1
32 2H6 1H2
33 H8 2H2
H8

В файле Rna vdw parameter.dat содержаться квадраты Ван-дер-Вальсовых радиусов для различных комбинаций атомов и нуклеотидов РНК. В этом файле первых две цифры - это коды соответствующих атомов, следующие две - это коды нуклеотидов, и пятая квадрат радиуса Ван-дер-Вальсса - atomvdw.

Чтобы рассчитать компонент нужно проверить все 81 комбинации, и если атомы находятся на расстоянии меньшем, чем Ван-дер-Вальсовый радиус сложить соответствующие оценки. Это можно сделать по следующему алгоритму:

dist2 = atomvdw - ();
if ( dist2 > 0.0 ) 
{
    vdw_score += ( dist2 * dist2 ) / atomvdw;
}

Дополнительно нужно также учесть возможное перекрытие центроидов:

atomvdw = 3.0 * 3.0;
dist2 = atomvdw - cendist_ij;
if ( dist2 > 0.0 ) vdw_score += ( dist2 * dist2 ) / atomvdw;

Оценка разрешенных и запрещенных конформаций[править]