От последовательности к структуре: SMILES, формула и масса пептидов и ДНК с бесплатным инструментом

Ключевые термины по одной строке

От последовательности пептида к структуре

Каждая пептидная связь высвобождает одну молекулу воды. Поэтому формула линейного пептида — сумма формул остатков плюс одна H₂O для двух свободных концов.

Разобранный подсчёт, GGG: глицин — C₂H₅NO₂. Три глицина дают C₆H₁₅N₃O₆. Две пептидные связи убирают 2 H₂O. Результат: C₆H₁₁N₃O₄, моноизотопная масса 189,0750 Да.

Порядок важен. У Asp-Phe (DF) свободная NH₂ находится на аспарагиновой кислоте, а у Phe-Asp (FD) — на фенилаланине. Это разные молекулы с одинаковой формулой.

Каждый α-атом углерода имеет L-конфигурацию. По правилам CIP это S для всех стандартных остатков, кроме цистеина, который R, потому что сера старше карбоксильной группы. У глицина нет стереоцентра. Изолейцин — (2S,3S), треонин — (2S,3R).

Концевые группы меняют формулу:

• N-концевой ацетил: + C₂H₂O, +42,0106 Да.
• C-концевой амид: −OH превращается в −NH₂, −0,9840 Да.
• Циклизация «голова к хвосту»: на одну пептидную связь больше, −H₂O, −18,0106 Да.
• Дисульфидная связь: −2 H на каждую связь S–S, −2,0157 Да.

pI, заряд и коэффициент экстинкции

Суммарный заряд пептида — сумма по всем ионизуемым группам. Основная группа добавляет +1 / (1 + 10^{pH − pKa}). Кислотная группа добавляет −1 / (1 + 10^{pKa − pH}). Изоэлектрическая точка (pI) — это pH, при котором суммарный заряд равен нулю.

Инструмент использует набор pKa EMBOSS: N-конец 8,6, C-конец 3,6, Asp 3,9, Glu 4,1, His 6,5, Cys 8,5, Tyr 10,1, Lys 10,8, Arg 12,5. У GGG ионизуемые группы только на концах, поэтому pI = (3,6 + 8,6) / 2 = 6,10.

Молярный коэффициент экстинкции при 280 нм определяется Trp, Tyr и цистинами: ε₂₈₀ = 5500 × n(Trp) + 1490 × n(Tyr) + 125 × n(цистин) M⁻¹ см⁻¹ (Pace et al., 1995). Пептид без Trp, Tyr и Cys не поглощает при 280 нм.

От последовательности ДНК или РНК к структуре

У каждого нуклеотида основание находится при атоме углерода 1′ сахара: аденин и гуанин — через N9, цитозин, тимин и урацил — через N1. Все сахара — β-D. Фосфат соединяет 3′-кислород одного нуклеотида с 5′-кислородом следующего, поэтому у каждой цепи есть 5′-конец и 3′-конец.

Разобранный подсчёт, 5′-ATGC-3′: четыре дезоксинуклеозида — dA C₁₀H₁₃N₅O₃, dT C₁₀H₁₄N₂O₅, dG C₁₀H₁₃N₅O₄ и dC C₉H₁₃N₃O₄, вместе C₃₉H₅₃N₁₅O₁₆. Каждая из 3 фосфодиэфирных связей добавляет H₃PO₄ и убирает 2 H₂O, то есть в итоге PO₂ минус один H. Результат: C₃₉H₅₀N₁₅O₂₂P₃, 1173,82 г/моль. 5′-фосфат добавляет HPO₃ (+79,9663 Да).

В РНК у каждой рибозы есть 2′-OH, то есть на один атом кислорода больше на нуклеотид, и U вместо T.

• GC-состав: (G + C) / N × 100 %.
• Комплемент: A образует пару с T (с U в РНК), G — с C, читается от 3′ к 5′.
• Обратный комплемент: комплемент, записанный от 5′ к 3′.
• T_m, правило Уоллеса (меньше 14 нт): 2 × (A + T) + 4 × (G + C) °C.
• T_m, базовая GC-формула (14 нт и более): 64,9 + 41 × (G + C − 16,4) / N °C.

Как пользоваться инструментом MolDraw «последовательность в структуру»

1. Откройте страницу «последовательность пептида и ДНК в структуру» и выберите Пептид или ДНК или РНК.
2. Введите или вставьте последовательность. Пробелы, цифры, дефисы и строки заголовков FASTA игнорируются. Формат ввода сам определяет одно- или трёхбуквенный код.
3. Для пептидов при необходимости отметьте N-концевой ацетил (Ac-), C-концевой амид (-NH₂), Циклический «голова к хвосту» или Дисульфидные связи (Cys 1–2, 3–4…). Для ДНК или РНК отметьте 5′-фосфат, если 5′-конец фосфорилирован.
4. Нажмите Построить структуру. Результаты обновляются по мере ввода.
5. Используйте Копировать SMILES, Скачать MOL, Скачать SDF или Открыть в редакторе MolDraw. Рисуются последовательности до 30 остатков или нуклеотидов. Для более длинных, до 2000, по-прежнему выдаются формула, массы и SMILES.

Разобранные примеры

Пример 1: ангиотензин II для масс-спектрометрии

DRVYIHPF даёт C₅₀H₇₁N₁₃O₁₂. Моноизотопная масса 1045,5345 Да, [M+H]⁺ 1046,5418, [M+2H]²⁺ 523,7745. pI 7,54, заряд +0,22 при pH 7. Один Tyr даёт ε₂₈₀ = 1490 M⁻¹ см⁻¹.

Пример 2: окситоцин с дисульфидной связью и амидом

Введите CYIQNPCLG и отметьте C-концевой амид и Дисульфидные связи. Cys1 и Cys6 соединяются, замыкая 20-членный цикл. Результат: C₄₃H₆₆N₁₂O₁₂S₂, 1007,19 г/моль, моноизотопная масса 1006,4365 Да.

Пример 3: прямой секвенирующий праймер M13

5′-GTAAAACGACGGCCAGT-3′ содержит 17 нт, из них 9 G или C, поэтому GC = 52,9 %. При 14 нт и более применяется базовая GC-формула: T_m = 64,9 + 41 × (9 − 16,4) / 17 = 47,1 °C. Обратный комплемент — 5′-ACTGGCCGTCGTTTTAC-3′.

Пример 4: сайт EcoRI

5′-GAATTC-3′ — собственный обратный комплемент, как обычно и бывает у сайтов рестрикции. GC = 33,3 %, T_m по Уоллесу = 2 × 4 + 4 × 2 = 16 °C. Как одиночная цепь со свободными концами это C₅₉H₇₅N₂₂O₃₄P₅, 1791,22 г/моль.

Сводная таблица

Частые ошибки

• Запись пептида не с того конца. YGGFL — это Leu-энкефалин. LFGGY — другой пептид.
• Добавление воды на каждый остаток. Линейная цепь получает одну H₂O на всю цепь, а не на каждый остаток. Циклический пептид — ни одной.
• Использование средней массы для пиков МС. Пики высокого разрешения соответствуют моноизотопной массе.
• Забытые дисульфидные связи. Каждая связь S–S — это −2,016 Да.
• Путаница T и U. T — в ДНК, U — в РНК.
• Заказ праймера в виде простого комплемента. Олигонуклеотиды синтезируют от 5′ к 3′, поэтому обычно нужен обратный комплемент.
• Правило Уоллеса для длинных праймеров. Выше примерно 14 нт оно завышает T_m.

Связанные инструменты

Полезные руководства