schmelzen - Online in der Cloud

PROGRAMM:

NAME/FUNKTION

Schmelzen – Berechnung des nächsten Nachbarn der Nukleinsäurehybridisierung

ZUSAMMENFASSUNG

Schmelzen [Optionen]

BESCHREIBUNG

Schmelzen berechnet für einen Nukleinsäure-Duplex die Enthalpie und die Entropie der Helix.
Spulenübergang und dann seine Schmelztemperatur. Es gibt drei Arten der Hybridisierung
möglich: DNA/DNA, DNA/RNA und RNA/RNA. Das Programm verwendet die Methode der nächstgelegenen
Nachbarn. So kann beispielsweise der Satz thermodynamischer Parameter einfach verändert werden
nach einem experimentellen Durchbruch. Melting ist im doppelten Sinne ein kostenloses Programm
Begriff. Es ist kostenlos und Open Source. Darüber hinaus ist es in ISO C und codiert
kann auf jedem Betriebssystem kompiliert werden. Einige Perl-Skripte werden bereitgestellt, um zu zeigen, wie das geht
Das Schmelzen kann als Baustein für die Entwicklung ehrgeizigerer Programme dienen.

OPTIONAL

Die Optionen werden nacheinander behandelt. Wenn ein Konflikt zwischen dem Wert von zwei besteht
Optionen, letzteres löscht normalerweise erstere.

-ADatei.nn
Informiert das zu verwendende Programm Datei.nn als alternativer Satz des nächsten Nachbarn
Parameter anstelle des Standardwerts für den angegebenen Hybridisierungstyp. Der
Die Standardverteilung von Melting stellt einige gebrauchsfertige Dateien bereit: all97a.nn
(Allawi et al. 1997), bre86a.nn (Breslauer et al. 1986), san96a.nn (SantaLucia et al
1996), sug96a.nn (Sugimoto et al. 1996) san04a.nn (Santalucia et al. 2004) (DNA/DNA),
fre86a.nn (Freier et al. 1986), xia98a.nn (Xia et al. 1998), (RNA/RNA) und sug95a.nn
(Sugimoto et al. 1995), (DNA/RNA).

Das Programm sucht nach der Datei in einem Verzeichnis, das während des Vorgangs angegeben wurde
Installation. Wenn jedoch eine Umgebungsvariable NN_PATH definiert ist, erfolgt das Schmelzen
Suchen Sie zuerst in diesem. Seien Sie vorsichtig, die Option -A ändert den Standardparameter
durch die Option definierter Satz -H.

-Ckomplementäre_sequenz
Betritt die komplementäre Sequenz von 3' bis 5'. Diese Option ist obligatorisch, falls vorhanden
sind Unstimmigkeiten zwischen den beiden Strängen. Wenn es nicht verwendet wird, führt das Programm eine Berechnung durch
es als Komplement der mit der Option eingegebenen Sequenz ES.

-Ddnadnade.nn
Informiert das Programm, die Datei zu verwenden dnadnade.nn um den Beitrag von zu berechnen
baumelnde Enden zur Thermodynamik des Helix-Spiral-Übergangs. Die baumelnden Enden sind
vom Näherungsmodus nicht berücksichtigt.

-FFaktor
Dies ist ein Korrekturfaktor, der zur Modulation der Wirkung der Nukleinsäure verwendet wird
Konzentration bei der Berechnung der Schmelztemperatur. Siehe Abschnitt ALGORITHMUS
.

-Gx.xxe-xx
Magnesiumkonzentration (im Moment keine maximale Konzentration). Der Effekt
von Ionen auf die thermodynamische Stabilität von Nukleinsäure-Duplexen ist komplex,
und die Korrekturfunktionen sind bestenfalls grobe Näherungen. Die veröffentlichten
Tm-Korrekturformel für zweiwertige Mg2+-Ionen von Owczarzy et al(2008 Dose
Berücksichtigen Sie die kompetitive Bindung einwertiger und zweiwertiger Ionen an der DNA.
Diese Formel gilt jedoch nur für DNA-Duplexe.

-h Zeigt eine kurze Hilfe an und beendet mit EXIT_SUCCESS.

-Hhybridisierungstyp
Gibt den Hybridisierungstyp an. Dadurch wird der nächste Nachbarsatz festgelegt, der verwendet werden soll, wenn
Die Option stellt keinen Alternativsatz bereit -A (Denken Sie daran, dass die Optionen gelesen werden
der Reihe nach). Darüber hinaus bestimmt dieser Parameter die zu verwendende Gleichung, wenn die
Die Sequenzlänge überschreitet die Anwendungsgrenze des Nearest-Neighbor-Ansatzes
(vom Autor willkürlich zusammengestellt). Mögliche Werte sind DNA, dnarna und rnadna
(synonym), und rnarna. Aus Kompatibilitätsgründen die Werte der vorherigen
Versionen des Schmelzens A, B, C, F, R, S, T, U, W sind jedoch noch verfügbar starker
veraltet. Nutzen Sie die Option -A einen alternativen Satz der Thermodynamik zu erfordern
Parameter. WICHTIG: Wenn es sich bei dem Duplex um einen DNA/RNA-Heteroduplex handelt, muss die Sequenz des
DNA-Strang muss mit der Option eingegeben werden ES.

-IEingabedatei
Gibt den Namen einer Eingabedatei an, die die Parameter des Laufs enthält. Die Eingabe
muss einen Parameter pro Zeile enthalten, formatiert wie in der Befehlszeile. Die Bestellung
ist nicht wichtig, ebenso Leerzeilen. Beispiel:

###Anfang###
-Hdnadna
-Asug96a.nn
-SAGCTCCGACTC
-CTCGAGGGTGAG
-N0.2
-P0.0001
-v
-Ksan96a

###Ende###

-iDatei.nn
Informiert das Programm, file.nn als alternativen Satz von Inosinpaaren zu verwenden
Parameter anstelle des Standardwerts für den angegebenen Hybridisierungstyp.
Die Standarddistribution von Melting stellt einige gebrauchsfertige Dateien bereit:
san05a.nn
(Santalucia et al. 2005) für Desoxyinosin in DNA-Duplexen, bre07a.nn (Brent M
Znosko
et al. 2007) für Inosin in RNA-Duplexen. Beachten Sie, dass nicht alles Inosin
nicht übereinstimmend
Wobble-Paare wurden untersucht. Daher könnte es unmöglich sein
berechnen
die Tm eines Duplex mit Inosinpaaren. Darüber hinaus sind diese Inosinpaare nicht vorhanden
gemacht
durch den Approximationsmodus berücksichtigt.

-Ksalt_correction
Ermöglicht die Wahl einer anderen Korrektur für die Natriumkonzentration. Momentan,
man kann zwischen wählen nass91a, san96a, san98a. Siehe Abschnitt ALGORITHMUS. TP. BI.
„-k“ „x.xxe-xx“
Kaliumkonzentration (im Moment keine maximale Konzentration). Der Effekt
von Ionen
Die thermodynamische Stabilität von Nukleinsäure-Duplexen ist komplex und die
korrigieren
Funktionen sind bestenfalls grobe Näherungen. Die veröffentlichte Tm-Korrektur
Formel für
Natriumionen von Owczarzy et al. (2008) ist daher auch auf Puffer anwendbar
enthält Tris oder
KCl. Monovalente K+-, Na+- und Tris+-Ionen stabilisieren DNA-Duplexe
mit ähnlicher Wirksamkeit und ihre Auswirkungen auf die Duplexstabilität addieren sich.
Allerdings diese Formel
gilt nur für DNA-Duplexe.

-L Druckt die rechtlichen Informationen und beendet mit EXIT_SUCCESS.

-Mdnadnamm.nn
Informiert das Programm, die Datei zu verwenden dnadnamm.nn um den Beitrag von zu berechnen
Fehlanpassungen an die Thermodynamik des Helix-Spiral-Übergangs. Beachten Sie, dass nicht alle
Nicht übereinstimmende Crick-Paare wurden untersucht. Daher könnte es unmöglich sein
um die Tm eines nicht übereinstimmenden Duplex zu berechnen. Darüber hinaus werden diese Abweichungen nicht berücksichtigt
durch den Approximationsmodus berücksichtigt.

-Nx.xxe-xx
Natriumkonzentration (zwischen 0 und 10 M). Die Wirkung von Ionen auf die Thermodynamik
Die Stabilität von Nukleinsäureduplexen und die Korrekturfunktionen sind komplex
sind bestenfalls grobe Näherungswerte. Darüber hinaus sind sie im Allgemeinen nur zuverlässig
für [Na+] gehört zu [0.1,10M]. Wenn keine anderen Ionen vorhanden sind
Lösung können wir nur die Natriumkorrektur verwenden. Im anderen Fall verwenden wir die
Owczarzys
Algorithmus.

-OAusgabedatei
Die Ausgabe erfolgt an diese Datei statt an die Standardausgabe. Der Name des
Datei kann weggelassen werden. Anschließend wird automatisch ein Name des Formulars generiert
MeltingYYYYMMMMDD_HHhMMm.out (natürlich können Sie es auf POSIX-kompatiblen Systemen emulieren
dies mit der Umleitung von stdout in eine Datei, die mit dem Programmdatum erstellt wurde).

-Px.xxe-xx
Konzentration des Nukleinsäurestrangs im Überschuss (zwischen 0 und 0.1 M).

-p Gibt das Verzeichnis zurück, das die Sätze kalorimetrischer Parameter enthalten soll und
mit EXIT_SUCCESS beenden. Wenn die Umgebungsvariable NN_PATH gesetzt ist, wird sie zurückgegeben.
Andernfalls wird der bei der Kompilierung standardmäßig definierte Wert zurückgegeben.

-q Schalten Sie die interaktive Korrektur falsch eingegebener Parameter aus. Nützlich zum Laufen
über einen Server oder ein Batch-Skript. Die Standardeinstellung ist AUS (dh interaktiv eingeschaltet). Der
Schalter funktioniert in beide Richtungen. Deshalb wenn -q wurde in einer Eingabedatei festgelegt, eine andere
-q in der Befehlszeile schaltet den Ruhemodus aus (dasselbe gilt, wenn zwei -q eingestellt sind
in derselben Befehlszeile).

-SReihenfolge
Sequenz eines Strangs des Nukleinsäure-Duplex, eingegeben von 5' nach 3'. WICHTIG: Wenn
Da es sich um einen DNA/RNA-Heteroduplex handelt, muss die Sequenz des DNA-Strangs eingegeben werden.
Uridin und Thymidin gelten als identisch. Die Basen können oben oder sein
Kleinbuchstaben.

-Txxx Größenschwelle vor der Näherungsberechnung. Der Nearest-Neighbour-Ansatz
wird nur verwendet, wenn die Länge der Sequenz unter diesem Schwellenwert liegt.

-tx.xxe-xx
Konzentration des Tris-Puffers (im Moment keine maximale Konzentration).
Die Wirkung von Ionen auf die thermodynamische Stabilität von Nukleinsäuren
Duplexe sind komplex und die Korrekturfunktionen bestenfalls
grobe Näherungen. Die veröffentlichte Tm-Korrekturformel für Natriumionen von
Owczarzy et al(2008) ist daher auch auf Puffer anwendbar, die Tris oder enthalten
KCl. Monovalente K+-, Na+- und Tris+-Ionen stabilisieren DNA-Duplexe auf ähnliche Weise
Potenz und
ihre Auswirkungen auf die Duplexstabilität sind additiv. Diese Formel gilt jedoch nur für
DNA
Maisonetten. Seien Sie vorsichtig, die Tris+-Ionenkonzentration beträgt etwa die Hälfte der Gesamtkonzentration
Tris-Puffer
Konzentration.

-v Steuern Sie den ausführlichen Modus und geben Sie viel mehr Informationen über den aktuellen Lauf aus (versuchen Sie es
schauen Sie es sich einmal an, um zu sehen, ob Sie etwas Interessantes finden können). Die Standardeinstellung ist AUS. Der Schalter
funktioniert in beiden Sinnen. Deshalb wenn -v wurde in einer Eingabedatei festgelegt, eine andere -v on
Die Befehlszeile schaltet den ausführlichen Modus aus (dasselbe gilt, wenn zwei -v sind eingeschaltet
dieselbe Befehlszeile).

-V Zeigt die Versionsnummer an und beendet mit EXIT_SUCCESS.

-x Erzwingen Sie, dass das Programm einen Näherungswert tm basierend auf dem G+C-Inhalt berechnet. Diese Option
ist mit Vorsicht zu verwenden. Beachten Sie, dass eine solche Berechnung zunehmend falsch ist
die Länge des Duplex nimmt ab. Darüber hinaus werden Nukleinsäuren nicht berücksichtigt
Säurekonzentration, was ein schwerwiegender Fehler ist.

ALGORITHM

Thermodynamik of Helix-Spule Übergang of Nukleinsäure Säure
Der Ansatz des nächsten Nachbarn basiert auf der Tatsache, dass der Helix-Spiral-Übergang wie folgt funktioniert
ein Reißverschluss. Nach einer anfänglichen Anheftung breitet sich die Hybridisierung seitlich aus.
Daher hängt der Prozess von den benachbarten Nukleotiden an jedem Strang (den Crick’s) ab
Paare). Zwei Duplexe mit den gleichen Basenpaaren könnten unterschiedliche Stabilitäten haben und so weiter
im Gegenteil, zwei Duplexe mit unterschiedlichen Sequenzen, aber identischen Sätzen von Crick-Paaren
wird die gleichen thermodynamischen Eigenschaften haben (siehe Sugimoto et al. 1994). Dieses Programm
berechnet zunächst die Hybridisierungsenthalpie und -entropie aus den Elementarparametern von
jedes Crick's-Paar.

DeltaH = deltaH(Einleitung) + SUM(deltaH(Crick-Paar))
DeltaS = deltaS(Initiierung) + SUM(deltaS(Crick-Paar))

Siehe Wetmur JG (1991) und SantaLucia (1998) für ausführliche Übersichten über die Nukleinsäure
Hybridisierung und auf dem unterschiedlichen Satz von Parametern für den nächsten Nachbarn.

Ergebnisse of Fehlpaarungen und baumelnd endet
Auch die nicht übereinstimmenden Paare werden berücksichtigt. Allerdings die thermodynamischen Parameter
sind immer noch nicht für alle möglichen Fälle verfügbar (insbesondere wenn beide Positionen verfügbar sind).
nicht übereinstimmend). In einem solchen Fall wird das Programm beendet, da es nicht in der Lage ist, relevante Ergebnisse zu berechnen
mit einer Warnung.

Die beiden ersten und -Positionen können nicht unterschiedlich sein. in einem solchen Fall ist das Ergebnis
unvorhersehbar und alle Fälle sind möglich. zum Beispiel (siehe Allawi und SanLucia 1997),
die Maisonette

BEIM
GTGAGCTCAT
TACTCGAGTG
TA

ist stabiler als

AGTGAGCTCATT
TTACTCGAGTGA

Die baumelnden Enden, also die umgepaarten terminalen Nukleotide, können berücksichtigt werden.

Beispiel
DeltaH(
AGCGATGAA-
-CGCTGCTTT
) = DeltaH(AG/-C)+DeltaH(A-/TT)
+DeltaH(initG/C)+DeltaH(initA/T)
+DeltaH(GC/CG)+DeltaH(CG/GC)+2xDeltaH(GA/CT)+DeltaH(AA/TT)
+Delta(AT/TG-Nichtübereinstimmung) +DeltaG(TC/GG-Nichtübereinstimmung)

(Die gleiche Berechnung wird für DeltaS durchgeführt)

Die Schmelzen Temperatur
Dann wird die Schmelztemperatur nach der folgenden Formel berechnet:

Tm = DeltaH / (DeltaS + Rx ln ([Nukleinsäure]/F))
Tm in K (für [Na+] = 1 M )
+ f([Na+]) – 273.15
Korrektur für die Salzkonzentration (wenn nur Natriumkationen im Salz vorhanden sind).
Lösung) und um die Temperatur in Grad Celsius zu erhalten. (Tatsächlich gibt es einige Korrekturen
direkt im DeltaS enthalten (siehe das von SanLucia 1998)

Korrektur für die Konzentration of Nukleinsäure Säure
Wenn die Konzentration der beiden Stränge ähnlich ist, ist F im Falle der Selbstkomplementärheit 1
Oligonukleotide, sonst 4. Wenn ein Strang im Überschuss vorhanden ist (z. B. bei der PCR
Experiment), F ist 2 (Eigentlich müsste die Formel die Differenz von verwenden
Konzentrationen statt der Gesamtkonzentration, aber wenn der Überschuss ausreichend ist, wird die
Es kann davon ausgegangen werden, dass die Gesamtkonzentration mit der Konzentration des Strangs identisch ist
Überschuss).

Beachten Sie jedoch, dass MELTING von der Annahme ausgeht, dass es keine Selbstorganisation gibt. dh Die Berechnung funktioniert
Nehmen Sie keinen entropischen Term, um die Selbstkomplementarität zu korrigieren.

Korrektur für die Konzentration of Salz
Wenn die Lösung nur Natriumionen enthält, können wir die folgenden Korrekturen verwenden:

Die Korrektur kann zwischen gewählt werden nass91a, vorgestellt in Wetmur 1991 dh
16.6 x log([Na+] / (1 + 0.7 x [Na+])) + 3.85

san96a vorgestellt in SantaLucia et al. 1996 dh
12.5 x log[Na+]

und san98a vorgestellt in SantaLucia 1998 dh eine Korrektur des Entropieterms ohne
Änderung der Enthalpie
DeltaS = DeltaS([Na+]=1M) + 0.368 x (N-1) x ln[Na+]

Wobei N die Länge des Duplex ist (SantaLucia 1998 verwendete tatsächlich „N“ für die Anzahl der nicht-
terminale Phosphate, das entspricht praktisch unserem N-1). VORSICHT, diese Korrektur ist
soll die in cal.mol-1.K-1 ausgedrückten Entropiewerte korrigieren!!!

Korrektur für die Konzentration of Ionen wann Andere einwertig Ionen so as Tris+ und K+ or
zweiwertig Mg2 + Ionen sind hinzugefügt
Wenn nur Na+-Ionen vorhanden sind, können wir die Korrektur für die Salzkonzentration verwenden (siehe
über). Im umgekehrten Fall verwenden wir die Korrektur von Magnesium und einwertigen Ionen
von Owczarzy et al. (2008). (nur für DNA-Duplexe)

[Mon+] = [Na+] + [K+] + [Tris+]

Wobei [Tris+] = [Tris-Puffer]/2. (in der Option -t ist es die Tris-Pufferkonzentration
welches eingegeben wird).

Wenn [Mon+] = 0, sind die zweiwertigen Ionen die einzigen vorhandenen Ionen
und die Schmelztemperatur beträgt:

1/Tm(Mg2+) = 1/Tm(1M Na+) + a - bx ln([Mg2+]) + Fgc x (c + dx ln([Mg2+]) + 1/(2 x (Nbp -
1)) x (- e +fx ln([Mg2+]) + gx ln([Mg2+]) x ln([Mg2+]))

wobei: a = 3.92/100000. b = 9.11/1000000. c = 6.26/100000. d = 1.42/100000. e =
4.82/10000. f = 5.25/10000. g = 8.31/100000. Fgc ist der Anteil der GC-Basenpaare in
die Sequenz und Nbp ist die Länge der Sequenz (Anzahl der Basenpaare).

Wenn [Mon+] > 0, gibt es mehrere Fälle, da es zu einer kompetitiven DNA-Bindung kommen kann
zwischen einwertigen und zweiwertigen Kationen:

Wenn das Verhältnis [Mg2+]^(0.5)/[Mon+] kleiner als 0.22 ist, gilt dies für den Einfluss monovalenter Ionen
Dominante, zweiwertige Kationen können vernachlässigt werden und die Schmelztemperatur beträgt:

1/Tm(Mg2+) = 1/Tm(1M Na+) + (4.29 x Fgc - 3.95) x 1/100000 x ln([mon+]) + 9.40 x 1/1000000
x ln([Mo+]) x ln([Mo+])

wobei: Fgc der Anteil der GC-Basenpaare in der Sequenz ist.

Wenn das Verhältnis [Mg2+]^(0.5)/[Mon+] in [0.22, 6[ enthalten ist, müssen wir beide berücksichtigen
Konzentrationen von Mg2+ und einwertigen Kationen. Die Schmelztemperatur beträgt:

1/Tm(Mg2+) = 1/Tm(1M Na+) + a - bx ln([Mg2+]) + Fgc x (c + dx ln([Mg2+]) + 1/(2 x (Nbp -
1)) x (- e + fx ln([Mg2+]) + gx ln([Mg2+]) x ln([Mg2+]))

wobei: a = 3.92/100000 x (0.843 - 0.352 x [Mon+]0.5 x ln([Mon+])).
b = 9.11/1000000. c = 6.26/100000.
d = 1.42/100000 x (1.279 - 4.03/1000 x ln([mon+]) - 8.03/1000 x ln([mon+] x
ln([mon+]). e = 4.82/10000. f = 5.25/10000. g = 8.31/100000 x (0.486 -
0.258 x ln([mon+]) + 5.25/1000 x ln([mon+] x ln([mon+] x ln([mon+]).

Fgc ist der Anteil der GC-Basenpaare in der Sequenz und Nbp ist die Länge der Sequenz
(Anzahl der Basenpaare).

Wenn schließlich das Verhältnis [Mg2+]^(0.5)/[Mon+] größer als 6 ist, gilt dies für den Einfluss zweiwertiger Ionen
Dominante, einwertige Kationen können vernachlässigt werden und die Schmelztemperatur beträgt:

1/Tm(Mg2+) = 1/Tm(1M Na+) + a - bx ln([Mg2+]) + Fgc x (c + dx ln([Mg2+]) + 1/(2 x (Nbp -
1)) x (- e + fx ln([Mg2+]) + gx ln([Mg2+]) x ln([Mg2+]))

wobei: a = 3.92/100000. b = 9.11/1000000. c = 6.26/100000. d = 1.42/100000. e =
4.82/10000. f = 5.25/10000. g = 8.31/100000.

Fgc ist der Anteil der GC-Basenpaare in der Sequenz und Nbp ist die Länge der Sequenz
(Anzahl der Basenpaare).

lang Sequenzen
Es ist wichtig zu erkennen, dass der Nearest-Neighbor-Ansatz etabliert ist
kleine Oligonukleotide. Daher ist die Verwendung des Schmelzens im nichtnähernden Modus sinnvoll
wirklich genau nur für relativ kurze Sequenzen (obwohl es sich um zwei Sequenzen handelt).
Kurz gesagt, sagen wir < 6 bp, der Einfluss der Extremitäten wird zu wichtig und die
die Zuverlässigkeit nimmt stark ab). Für lange Sequenzen wurde ein Näherungsmodus entwickelt.
Dieser Modus wird gestartet, wenn die Sequenzlänge größer ist als der durch die Option angegebene Wert
-T (der Standardschwellenwert beträgt 60 bp).

Die Schmelztemperatur wird nach folgenden Formeln berechnet:

DNA/DNA:
Tm = 81.5+16.6*log10([Na+]/(1+0.7[Na+]))+0.41%GC-500/size

DNA/RNA:
Tm = 67+16.6*log10([Na+]/(1.0+0.7[Na+]))+0.8%GC-500/size

RNA/RNA:
Tm = 78+16.6*log10([Na+]/(1.0+0.7[Na+]))+0.7%GC-500/size

Dieser Modus ist dennoch starker entmutigt.

Weitere Anwendungsbereiche Bemerkungen
Das Schmelzen ist derzeit nur dann genau, wenn die Hybridisierung bei pH 71 durchgeführt wird.

Die Berechnung gilt nur für Hybridisierungen, die in wässrigem Medium durchgeführt werden.
Daher macht die Verwendung von Denaturierungsmitteln wie Formamid die Wirkung völlig ungültig
Ergebnisse angezeigt

REFERENZEN

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Zur Rezension siehe:

SantaLucia J. (1998) Eine einheitliche Sicht auf Polymer-, Hantel- und Oligonukleotid-DNA
Nachbarthermodynamik. Proc Natl Akademie Skifahren USA 95: 1460-1465

SantaLucia J., Hicks Donald (2004) Die Thermodynamik von DNA-Strukturmotiven. Annu.
Rev. Biophys. Struktur. 33: 415 -440

Wetmur JG (1991) DNA-Sonden: Anwendungen der Prinzipien der Nukleinsäure
Hybridisierung. Crit Umdrehung Biochemie Mol Biol 26: 227-259

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