من التسلسل إلى البنية: SMILES والصيغة والكتلة للببتيدات وDNA، مع أداة مجانية

المصطلحات الأساسية في سطر لكل منها

من تسلسل الببتيد إلى البنية

كل رابطة ببتيدية تطلق جزيء ماء واحدًا. لذا فصيغة الببتيد الخطي هي مجموع صيغ وحداته زائد H₂O واحد للطرفين الحرين.

عدّ محلول، GGG: الغلايسين C₂H₅NO₂. ثلاثة جزيئات غلايسين تعطي C₆H₁₅N₃O₆. وتزيل رابطتان ببتيديتان 2 H₂O. النتيجة: C₆H₁₁N₃O₄، ‏189.0750 Da أحادية النظير.

الترتيب مهم. في Asp-Phe ‏(DF) تقع مجموعة NH₂ الحرة على حمض الأسبارتيك، بينما تقع في Phe-Asp ‏(FD) على الفينيل ألانين. وهما جزيئان مختلفان بالصيغة نفسها.

كل ذرة كربون ألفا من نوع L. ووفق قواعد CIP يقابل ذلك S لكل الوحدات القياسية ما عدا السيستئين، فهو R لأن الكبريت يتقدم على مجموعة الكربوكسيل. ولا مركز فراغي في الغلايسين. والأيزوليوسين (2S,3S) والثريونين (2S,3R).

مجموعات الأطراف تغيّر الصيغة:

• أسيتيل على الطرف N: ‏+ C₂H₂O، ‏+42.0106 Da.
• أميد على الطرف C: تصبح −OH ‏−NH₂، ‏−0.9840 Da.
• حلقي من الرأس إلى الذيل: رابطة ببتيدية إضافية، −H₂O، ‏−18.0106 Da.
• رابطة ثنائي الكبريتيد: ‏−2 H لكل رابطة S–S، ‏−2.0157 Da.

pI والشحنة ومعامل الخمود

الشحنة الصافية للببتيد هي مجموع شحنات كل المجموعات القابلة للتأين. المجموعة القاعدية تضيف +1 / (1 + 10^{pH − pKa}). والمجموعة الحمضية تضيف −1 / (1 + 10^{pKa − pH}). ونقطة التعادل الكهربائي (pI) هي قيمة pH التي تكون عندها الشحنة الصافية صفرًا.

تستخدم الأداة مجموعة pKa الخاصة بـ EMBOSS: الطرف N ‏8.6، والطرف C ‏3.6، وAsp ‏3.9، وGlu ‏4.1، وHis ‏6.5، وCys ‏8.5، وTyr ‏10.1، وLys ‏10.8، وArg ‏12.5. وفي GGG لا توجد إلا مجموعتا الطرفين، لذا pI = (3.6 + 8.6) / 2 = 6.10.

يأتي معامل الخمود المولي عند 280 nm من Trp وTyr والسيستينات: ε₂₈₀ = 5500 × n(Trp) + 1490 × n(Tyr) + 125 × n(cystine) M⁻¹ cm⁻¹ ‏(Pace وزملاؤه، 1995). والببتيد الخالي من Trp وTyr وCys لا يمتص عند 280 nm.

من تسلسل DNA أو RNA إلى البنية

لكل نيوكليوتيدة قاعدة على الكربون ‎1′ للسكر: الأدينين والغوانين عبر N9، والسيتوسين والثايمين واليوراسيل عبر N1. وكل السكريات β-D. ويربط الفوسفات أكسجين ‎3′ لنيوكليوتيدة بأكسجين ‎5′ للتالية، فلكل سلسلة طرف ‎5′ وطرف ‎3′.

عدّ محلول، 5′-ATGC-3′: النيوكليوزيدات الديوكسية الأربعة هي dA ‏C₁₀H₁₃N₅O₃، وdT ‏C₁₀H₁₄N₂O₅، وdG ‏C₁₀H₁₃N₅O₄، وdC ‏C₉H₁₃N₃O₄، ومجموعها C₃₉H₅₃N₁₅O₁₆. وكل رابطة من روابط الفوسفوديستر الثلاث تضيف H₃PO₄ وتزيل 2 H₂O، أي PO₂ صافيًا ناقص ذرة H واحدة. النتيجة: C₃₉H₅₀N₁₅O₂₂P₃، ‏1173.82 g/mol. ويضيف فوسفات ‎5′ المجموعة HPO₃ ‏(+79.9663 Da).

في RNA توجد مجموعة 2′-OH على كل ريبوز، أي ذرة أكسجين إضافية لكل نيوكليوتيدة، وU بدل T.

• محتوى GC: ‏(G + C) / N × 100 %.
• المتمم: يقترن A بـ T ‏(U في RNA)، وG بـ C، ويُقرأ من ‎3′ إلى ‎5′.
• المتمم العكسي: المتمم مكتوبًا من ‎5′ إلى ‎3′.
• T_m، قاعدة Wallace (أقل من 14 nt): ‏2 × (A + T) + 4 × (G + C) °C.
• T_m، معادلة GC الأساسية (14 nt أو أكثر): ‏64.9 + 41 × (G + C − 16.4) / N °C.

كيف تستخدم أداة تحويل التسلسل إلى بنية في MolDraw

1. افتح صفحة تسلسل الببتيد والحمض النووي إلى بنية واختر ببتيد أو DNA أو RNA.
2. اكتب التسلسل أو الصقه. تُتجاهل المسافات والأرقام والشرطات وأسطر ترويسة FASTA. ويكتشف صيغة الإدخال الرمز أحادي الحرف أو ثلاثي الأحرف تلقائيًا.
3. للببتيدات، فعّل أسيتيل على الطرف N (Ac-) أو أميد على الطرف C (-NH₂) أو حلقي من الرأس إلى الذيل أو روابط ثنائي الكبريتيد (Cys 1–2، 3–4…) حسب الحاجة. ولـ DNA أو RNA، فعّل 5′-phosphate إن كان الطرف ‎5′ مفسفرًا.
4. اضغط ابنِ البنية. وتتحدث النتائج أثناء الكتابة.
5. استخدم نسخ SMILES أو تنزيل MOL أو تنزيل SDF أو افتح في محرر MolDraw. يُرسم ما يصل إلى 30 وحدة أو نيوكليوتيدة. أما التسلسلات الأطول، حتى 2000، فتعطي مع ذلك الصيغة والكتل وSMILES.

أمثلة محلولة

المثال 1: الأنجيوتنسين II لمطيافية الكتلة

يعطي DRVYIHPF الصيغة C₅₀H₇₁N₁₃O₁₂. الكتلة أحادية النظير 1045.5345 Da، و[M+H]⁺ ‏1046.5418، و[M+2H]²⁺ ‏523.7745. وpI ‏7.54، والشحنة +0.22 عند pH 7. ووحدة Tyr واحدة تعطي ε₂₈₀ = 1490 M⁻¹ cm⁻¹.

المثال 2: الأوكسيتوسين مع ثنائي كبريتيد وأميد

اكتب CYIQNPCLG وفعّل أميد على الطرف C وروابط ثنائي الكبريتيد. ترتبط Cys1 وCys6 فتنغلق حلقة من 20 ذرة. النتيجة: C₄₃H₆₆N₁₂O₁₂S₂، ‏1007.19 g/mol، وأحادية النظير 1006.4365 Da.

المثال 3: بادئ التسلسل الأمامي M13

للتسلسل 5′-GTAAAACGACGGCCAGT-3′ ‏17 nt منها 9 G أو C، فـ GC = 52.9 %. ومع 14 nt أو أكثر تنطبق معادلة GC الأساسية: T_m = 64.9 + 41 × (9 − 16.4) / 17 = 47.1 °C. والمتمم العكسي هو 5′-ACTGGCCGTCGTTTTAC-3′.

المثال 4: موقع EcoRI

التسلسل 5′-GAATTC-3′ متمم عكسي لنفسه، كما هي حال مواقع القطع عادةً. GC = 33.3 %، وT_m وفق Wallace = 2 × 4 + 4 × 2 = 16 °C. وبوصفه سلسلة مفردة بطرفين حرين صيغته C₅₉H₇₅N₂₂O₃₄P₅، ‏1791.22 g/mol.

جدول ملخص

أخطاء شائعة

• كتابة الببتيد من الطرف الخطأ. ‏YGGFL هو Leu-إنكيفالين، أما LFGGY فببتيد مختلف.
• إضافة جزيء ماء لكل وحدة. تحصل السلسلة الخطية على H₂O واحد إجمالًا، لا واحد لكل وحدة. والببتيد الحلقي لا يحصل على شيء.
• استخدام الكتلة المتوسطة لقمم مطيافية الكتلة. القمم عالية الدقة تطابق الكتلة أحادية النظير.
• نسيان روابط ثنائي الكبريتيد. كل رابطة S–S تساوي −2.016 Da.
• الخلط بين T وU. ‏T في DNA، وU في RNA.
• طلب البادئ على هيئة المتمم البسيط. تُخلَّق قليلات النيوكليوتيدات من ‎5′ إلى ‎3′، لذا تحتاج عادةً إلى المتمم العكسي.
• استخدام قاعدة Wallace للبادئات الطويلة. فهي تبالغ في تقدير T_m فوق نحو 14 nt.

أدوات ذات صلة

أدلة ذات صلة