Cristallisation
Détermination des structures 3D des macromolécules biologiques par diffraction X. Partie 1

La cristallisation est un changement de phase qui fait passer un composé à l'état solide ordonné. Un cristal est un arrangement périodique ordonné dans l'espace tridimensionnel, la maille cristalline étant l'unité de base qui se repète par translation selon la loi décrite par un réseau ponctuel. En 3 dimensions, il existe 14 réseaux ponctuels possibles (dit de Bravais) qui sont décrits uniquement par 7 mailles : les 7 systèmes cristallins. Chaque système est caractérisé par une symétrie, ce qui implique des contraintes sur les paramètres de maille (voir tableau 1). En combinant les différentes symétries, il existe seulement 230 groupes d'espaces qui décrivent un nombre limité de manières d'ordonner périodiquement un motif dans l'espace.

L'empilement des molécules dans un cristal possède donc un ordre à longue distance, les liens entre molécules étant identiques d'une maille cristalline à l'autre. Par opposition, on parlera de précipité amorphe pour décrire un empilement non ordonné, sans symétries de translations. Les macromolécules sont cristallisées à partir d'une solution aqueuse, dans des conditions physico- chimiques (température, pH, pression, etc.) où elles gardent leur activité biologique. Bien que plusieurs centaines de macromolécules biologiques aient déjà été cristallisées, permettant ainsi de connaître leurs structures, la plupart des facteurs responsables de la cristallisation sont mal maîtrisés et il n'existe pas de règles directement applicables à une nouvelle macromolécule. Pourtant, la cristallisation des macromolécules biologiques est régie par les mêmes lois thermodynamiques que celles qui gouvernent la cristallisation des petites molécules organiques.

L'obtention d'un cristal peut se décomposer en quatre étapes successives ou simultanées : formation d'un état de sursaturation, nucléation, croissance cristalline et cessation de croissance. Néanmoins, les macromolécules biologiques présentent de nombreuses sources potentielles d'hétérogénéités qui peuvent nuire fortement à leur capacité de cristalliser.

On peut citer, par exemple, la présence :

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