Просмотр сворачивания ДНК и РНК
Уравнения этой модели
| ΔG | свободная энергия структуры (ккал/моль) | отрицательная — структура стабильнее открытой цепи; программа находит спаривание с наименьшей ΔG, структуру с минимальной свободной энергией | |
|---|---|---|---|
| ΔG_stack | энергия каждой пары оснований в стопке со следующей | по таблицам ближайших соседей: от −0,9 до −3,4 ккал/моль на стопку в РНК, от −0,6 до −2,2 в ДНК, GC-богатые стопки — самые сильные; именно это держит стебель | |
| ΔG_loop | цена каждой петли | положительная: замыкание шпильки стоит 5–6 ккал/моль, выпячивание 3–4, внутренняя петля 1–3, разветвление 3,4; стебель образуется, только если его стопки дают больше, чем стоят его петли |
При текущих значениях:
| T | Температура T (°C) | структура рассчитана при этой температуре; с её ростом стебли плавятся | |
|---|---|---|---|
| ΔH | энтальпия структуры | тепло, выделяющееся при образовании стопок, в ккал/моль | |
| ΔS | энтропия структуры | свобода, теряемая при связывании цепи в петли, в кал/(моль·К); чем теплее, тем сильнее она мешает сворачиванию |
При текущих значениях:
| T_m | температура плавления структуры | где ΔG достигает нуля и структура распадается; график показывает, как ΔG в зависимости от температуры пересекает там ноль |
|---|
При текущих значениях:
| n | число неспаренных оснований в петле | большие петли стоят дороже, но растёт это медленно — член Якобсона — Штокмайера; наименьшая петля шпильки — 3 основания |
|---|
Как пользоваться просмотром сворачивания ДНК и РНК
- Вставьте последовательность одной цепи (до 200 оснований) и выберите РНК или ДНК. Программа находит спаривание с наименьшей свободной энергией и рисует его: стебли — двойными спиралями, петли между ними — кольцами, каждое основание окрашено (зелёный A, красный T или U, синий G, жёлтый C).
- Под картинкой читайте структуру в скобочной записи, где парные скобки — спаренные основания, а точки — неспаренные, вместе со свободной энергией, числом стеблей и шпилек и температурой плавления.
- Повышайте температуру и смотрите, как первыми расходятся самые слабые стебли, пока цепь не раскроется; график показывает, как свободная энергия структуры проходит через ноль в точке плавления. Для праймера, спаренного с комплементарной цепью, а не свёрнутого сам на себя, температуру плавления даёт Калькулятор Tm праймеров.
Частые вопросы
Как предсказывается структура?
По модели ближайших соседей, которую используют программы вроде mfold и RNAfold: каждая пара оснований, уложенная на следующую, вносит измеренную энергию (сильно отрицательную для стопок G–C, слабее для A–U или A–T), а каждая петля стоит энергии в зависимости от вида и размера. Поиск динамическим программированием перебирает все спаривания и оставляет то, где сумма наименьшая, — структуру с минимальной свободной энергией. Энергии здесь — опубликованные таблицы для РНК и ДНК в упрощённом виде; специализированная программа будет отличаться в деталях, особенно для длинных последовательностей, а никакой метод вторичной структуры не предсказывает псевдоузлы и G-квадруплексы.
Что такое аптамер?
Короткий фрагмент ДНК или РНК, обычно 20–80 оснований, отобранный так, чтобы сворачиваться в форму, прочно связывающую одну молекулу-мишень, как это делает антитело. Работает именно структура, поэтому работа с аптамерами начинается как раз с такого предсказания структуры. Последовательность по умолчанию — РНК-аптамер к теофиллину, который связывает препарат во внутренней петле.
Что означают скобки?
Скобочная запись пишет по символу на основание: точку для неспаренного основания, открывающую скобку для основания, спаренного с более дальним, и закрывающую — для его партнёра. ((((....)))) — шпилька из четырёх пар с петлёй из четырёх оснований.
Почему РНК сворачивается, а ДНК обычно двойная спираль?
Обе могут сворачиваться сами на себя в одноцепочечном виде. ДНК в клетке в основном спарена с комплементарной цепью, поэтому у неё нет свободных оснований для сворачивания, а РНК синтезируется одноцепочечной и сворачивается сразу после транскрипции. Одноцепочечная ДНК, например праймер или ДНК-аптамер, сворачивается так же, как РНК, с несколько более слабыми стеблями.
Пишет, что WebGL выключен.
Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.
Загружается ли что-нибудь?
Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.