Свобода колебаний в свернутой спирали РНК

Это отчет о проделанном исследовании. После обсуждения данное исследование может получить статус оконченного исследования. Автор: Сергей Яковлев

Значение данного вопроса

Однофрагментные спирали РНК сконструировать сравнительно легко, если основываться на формировании необходимых водородных связей. Когда уже сконструированы, например, две спирали РНК, встает задача их определенным образом стековать. Как правило при стековании спиралей, нужно образовать дополнительные неклассические водородные связи между нуклеотидами петлей готовых спиралей.

Тогда встает вопрос, на сколько свободно можно двигать углы основания цепи РНК, так чтобы не "развалить" спираль, т.е. не разрушив водородные связи спирали.

Какова же свобода колебаний ?

Оказывается, что спирали РНК настолько жесткие, что при последовательном изменении отдельно взятого любого угла у спирали будут разрушены ряд водородных связей. Небольшое изменение угла (около 0.1-1.0 градуса) будет разрушать наиболее отдаленные связи. Например, если у спирали 7 пар водородных связей, то разрушению будут подвержены 5, 6 и 7 пара (считаем от центра петли).

В этом состоит проблема последовательного моделирования. В природе одновременно меняется сразу несколько взаимосвязанных углов, и соответственно в реальности водородные связи не разрушаются. При моделировании мы вынуждены рассчитать как могли бы изменится и другие углы при наличии силы связи между водородными связями. Но это сделать не представляется возможным, т.к. рассчитать такую взаимосвязанную систему слишком сложно. Поэтому приходится моделировать последовательными итерациями. Вначале разрушая водородные связи при повороте одного угла, а затем искать какие углы и на сколько нужно повернуть, чтобы восстановить нужные водородные связи.

Как графически отобразить свободу колебаний взаимосвязанных углов ?

Если петля состоит из 7 нуклеотидов, при 6 углах главной цепи в каждом нуклеотиде, то существует 42 взаимосвязанных углов. Нужно отобразить возможность колебания этих углов графически, чтобы можно было увидеть некоторые закономерности. На рисунке выделены эти 42 области. Желтым цветом отмечены значения углов при которых не разрушается первая водородная связь, связывающая петлю. Каждой точке соответствует 0.1 градус. Красным цветом отмечено текущие положение угла. Начальное значение угла отцентрированное в каждой области приведено ниже области.

В рассматриваемом примере изменяются углы 15 нуклеотида 1, 3 и 5. Как можно наблюдать из такой "диаграммы свободы углов", не существует таких углов, которые не были бы взаимосвязанными (иначе бы желтая область была бы неизменна). Вопрос лишь в степени влияния и в каком направлении появляется свобода. Также можно видеть, что зависимость существенно не линейная и может быть описана с достаточной точностью только перечислением. Таким образом, найти общий закон взаимосвязи невозможно.