Bibliographie & annexes
Quiz & test
Présentation
RÉSUMÉ
La diffraction des rayons X par des monocristaux est la méthode par excellence pour la détermination des structures tridimensionnelles des macromolécules biologiques à l’échelle atomique. La cristallographie a permis la détermination des structures tridimensionnelles de plusieurs dizaines de milliers de macromolécules biologiques dans des gammes de taille et de complexité très variées. Cet article traite des étapes de cristallisation et des collectes des données de diffraction en développant les spécificités propres aux cristaux de macromolécules biologiques.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
Macromolecular crystallography is the method of choice for the structure determination of soluble biological samples at atomic resolution. X-ray Crystallography has enabled the structure determination of several tens of thousands of biological macromolecules in a wide range of size and complexity. The specific properties of macromolecular crystals requires adapted crystallization and data collection protocols which are highlighted in this article.
Auteur(s)
-
Jean CAVARELLI : Professeur de biologie structurale Université de Strasbourg Département de biologie structurale intégrative IGBMC,CNRS UMR 7104-Inserm U 1258, Strasbourg-Illkirch, France
INTRODUCTION
La diffraction des rayons X par des monocristaux est la méthode par excellence pour l’étude des macromolécules biologiques à l’échelle atomique. Le processus de détermination d’une structure de macromolécule biologique par diffraction des rayons X sur des cristaux est schématiquement divisé en six étapes :
-
obtention de la macromolécule à l’état pur (ou des macromolécules dans le cas d’assemblages) ;
-
cristallisation ;
-
collecte de données de diffraction ;
-
phasage ;
-
construction de la structure cristallographique par interprétation des cartes de densité électronique ;
-
affinement et validation de la structure.
Les trois dernières étapes sont décrites dans l’article [P 1 111].
Cet article traite des premières étapes de ce processus jusqu’à l’obtention des donnés de diffraction. Ces étapes se caractérisent par une miniaturisation et une automatisation poussée avec une intervention humaine de plus en plus réduite. Les propriétés physico-chimiques intrinsèques des macromolécules biologiques donnent naissance à des cristaux avec de grands paramètres de maille cristalline et un pouvoir de diffraction en général limité en comparaison du standard des petites molécules organiques. En décembre 2018, 57 % des structures cristallographiques déposées à la base de données RCSB PDB ont une limite de diffraction moins bonne que 2 Å et seulement 13 % une limite de diffraction meilleure que 1,6 Å. Cela impose des méthodes et des techniques adaptées tout au long du processus cristallographique. Cette méthodologie propre aux macromolécules biologiques va être présentée dans cet article.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
synchroton source | detector | crystal | X-ray | macromolecules
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 2009 par Jean CAVARELLI
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Procédés chimie - bio - agro > Bioprocédés et bioproductions > Analyse, biocapteurs et technologies omiques > Biocristallographie - Cristallisation et collecte des données > Purification des macromolécules biologiques
Accueil > Ressources documentaires > Biomédical - Pharma > Médicaments et produits pharmaceutiques > Chimie pharmaceutique > Biocristallographie - Cristallisation et collecte des données > Purification des macromolécules biologiques
Cet article fait partie de l’offre
Techniques d'analyse
(290 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Cristallisation2. Purification des macromolécules biologiques
L’obtention de cristaux de qualité nécessite de disposer le plus souvent de plusieurs milligrammes de la macromolécule d’intérêt à l’état soluble et avec une très grande pureté. Les premières structures tridimensionnelles de macromolécules correspondaient à des molécules qui pouvaient facilement être obtenues en grande quantité et qui cristallisaient relativement facilement. Aujourd’hui, on aborde une étude cristallographique d’une macromolécule pour résoudre un problème biologique donné. La macromolécule cible peut être disponible en faible quantité, voir pratiquement insoluble. Néanmoins, la croissance importante du nombre de structures tridimensionnelles résolues vient de l’utilisation des techniques de la biologie moléculaire. Dès que le gène correspondant à la protéine étudiée a pu être identifié, il peut être cloné dans un vecteur d’expression et exprimé dans une cellule hôte procaryotique ou eucaryotique. Les systèmes de surexpression les plus utilisés pour les études structurales sont la bactérie Escherichia coli, les cellules d’insectes associées à un vecteur baculovirus, des cellules de mammifères et la levure. Le système bactérien est le plus facile d’utilisation et permet dans de nombreux cas un niveau élevé de surexpression. Néanmoins, ce système présente deux inconvénients majeurs :
-
de nombreuses protéines eucaryotiques ne se replient pas correctement et précipitent sous forme d’amas insolubles de protéines appelés corps d’inclusion ;
-
de nombreuses modifications post-traductionnelles spécifiques aux systèmes d’origine eucaryotique ne sont pas effectuées.
Dans de nombreux vecteurs d’expression, la protéine est fusionnée soit avec une autre protéine particulière, soit avec une queue peptidique, ce qui permet une première étape de purification par colonne d’affinité.
l’addition d’une queue polyhistidine permet une première purification de la protéine sur une colonne d’affinité en présence d’ions nickel que chélate la séquence polyhistidine. Un site de clivage à une protéase donnée permet ensuite l’obtention de la protéine seule.
Les techniques de génie génétique permettent aussi d’apporter...
L'expertise technique et scientifique de référence
TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :
Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.
Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.
de Techniques de l’Ingénieur ! Acheter le module
Cet article fait partie de l’offre
Techniques d'analyse
(290 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Purification des macromolécules biologiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GRIMES (J.M.), HALL (D.R.), ASHTON (A.W.), EVANS (G.), OWEN (R.L.), WAGNER (A.), McAULEY (K.E.), von DELFT (F.), ORVILLE (A.M.), SORENSEN (T.) et al - Where is crystallography going ? - Acta Crystallogr. D. Struct. Biol., 74, p. 152-166 (2018).
-
(2) - HELLIWELL (J.R.) - New developments in crystallography : exploring its methods, technology and scope in the molecular biosciences. - Biosci. Rep. (2017).
-
(3) - GRABOWSKI (M.), NIEDZIALKOWSKA (E.), ZIMMERMAN (M.D.), MINOR (W.) - The impact of structural genomics : the first quindecennial. - J. Struct. Funct. Genomics, 17, p. 1-16 (2016).
-
(4) - NG (J.T.), DEKKER (C.), REARDON (P.), von DELFT (F.) - Lessons from ten years of crystallization experiments at the SGC. - Acta Crystallogr. D. Struct. Biol., 72(Pt 2), p. 224-235 (2016).
-
(5) - SCHIEBEL (J.), RADEVA (N.), KRIMMER (S.G.), WANG (X.), STIELER (M.), EHRMANN (F.R.) et al - Six biophysical screening methods miss a large proportion of crystallographically discovered fragment hits : a case study. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Biologie structurale intégrative et plateformes technologiques
à l’echelle européenne, Instruct-ERIC https://www.structuralbiology.eu
une infrastructure francaise, FRISBI http://frisbi.eu
Structural biology knowledgebase http://sbkb.org/
Sources de rayonnement synchrotron
« A Structural Biologist’s Guide to High Energy Data Collection Facilities » http://biosync.sbkb.org
« the world’s light source facilities » https://lightsources.org/
SOLEIL https://www.synchrotron-soleil.fr/
ESRF http://www.esrf.eu/
Source XFEL européenne
« European XFEL » https://www.xfel.eu
Détecteurs
Pilatus et Eiger https://www.dectris.com/
Outils pour la cristallisation
Hampton Research https://hamptonresearch.com
Molecular Dimensions https://www.moleculardimensions.com
Qiagen https://www.qiagen.com
Jena Bioscience https://www.jenabioscience.com/
Pipelines de références en biocristallographie
Phenix ...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Techniques d'analyse
(290 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Techniques d'analyse
(290 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
