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2 - MÉTHODE DE LA SÉRIE ISOMORPHE

3 - UTILISATION DE LA DIFFUSION ANOMALE

4 - REMPLACEMENT MOLÉCULAIRE

  • 4.1 - Fonction de rotation
  • 4.2 - Fonction de translation
  • 4.3 - Remarques
  • 4.4 - Détermination des phases

5 - CARTES DE DENSITÉ ÉLECTRONIQUE

6 - AFFINEMENT D’UNE STRUCTURE CRISTALLOGRAPHIQUE

7 - VALIDATION ET CONTRÔLE QUALITÉ DES STRUCTURES

8 - BASE DE DONNÉES PDB

9 - ÉTAT DES LIEUX ET DÉVELOPPEMENTS

  • 9.1 - Génomique structurale, années 2000-2010
  • 9.2 - Cristallographie en série et microcristallographie
  • 9.3 - Promesses du XFEL
  • 9.4 - Cristallographie et microscopie électronique

10 - PROGRAMMES EN BIOCRISTALLOGRAPHIE

11 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : P1111 v2

Biocristallographie - De la détermination des phases à la structure cristallographique

Auteur(s) : Jean CAVARELLI

Relu et validé le 23 oct. 2020

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Présentation

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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. Cet article couvre le processus de détermination des phases, l’un des 3 problèmes majeurs de la biocristallographie, la construction et l’affinement de la structure dans les cartes de densité électronique et les méthodes de validation des structures. Les avancées technologiques et méthodologiques permettent de résoudre les cas simples de manière de plus en plus automatisée et de reculer continuellement les limites des questions abordables par biocristallographie.

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ABSTRACT

BioMolecular Crystallography From phases determination to final structure

Macromolecular X-ray crystallography is the method of choice for determining the structure of soluble biological samples at atomic resolution. This article deals with the determination of phases, an essential stage in biocrystallography, the construction and refinement of the crystal structure through the interpretation of electron density maps and the methods of structure validation. Thanks to technological and methodological advances, easy cases can now be solved with minimal human interventions, and difficult structures that would once have been elusive can now be addressed.

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

Le processus de détermination d’une structure de macromolécule biologique par diffraction des rayons X sur des cristaux est généralement 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. La purification de la (ou des) macromolécule(s) et l’obtention de cristaux de qualité (limite de diffraction meilleure que 3 Å) sont les deux premières étapes limitantes d’un projet structural. Ces étapes sont décrites dans l’article [P 1 110].

Cet article va de la détermination des phases, le troisième problème majeur de la biocristallographie, aux méthodes de contrôle-qualité des structures obtenues. Ces étapes se caractérisent actuellement par l’utilisation de méthodes mathématiques sophistées, implémentées dans des programmes de plus en plus automatisés et d’utilisations très simples. L’exploitation en routine de la diffusion anomale a révolutionné le problème des phases. Au cours des dernières années, des avancées méthodologiques majeures, accompagnées par des moyens informatiques de plus en plus performants aujourd’hui accessibles sur un ordinateur personnel, permettent, dans les cas simples, de résoudre rapidement une structure 3D à partir d’un nombre très limité de cristaux, parfois de très petites tailles (quelques micromètres) et cela avec un minimum d’intervention humaine. Toutes ces avancées permettent aux structuralistes de reculer continuellement les limites des problèmes abordables par biocristallographie.

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KEYWORDS

crystallography   |   phasing   |   refinement   |   validation

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-p1111


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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) - MACKAY (J.P.), LANDSBERG (M.J.), WHITTEN (A.E.), BOND (C.S.) -   Whaddaya know: a guide to uncertainty and subjectivity in structural biology.  -  Trends in Biochemical Sciences, 42, p. 155-167 (2017).

  • (3) - SAYERS (Z.), AVSAR (B.), CHOLAK (E.), KARMOUS (I.) -   Application of advanced X-ray methods in life sciences.  -  Biochimica et biophysica acta., 1861, p. 3671-3685 (2017).

  • (4) - CHENG (R.K.Y.), ABELA (R.), HENNIG (M.) -   X-ray free electron laser: opportunities for drug discovery.  -  Essays Biochem, 61, p. 529-542 (2017).

  • (5) - SPENCE (J.) -   XFELs for structure and dynamics in biology.  -  IUCrJ, 4, p. 322-339 (2017).

  • ...

1 Sites Internet

Biologie structurale intégrative

Pipelines de références en biocristallographie

Accès aux données

Bibliographie plus générale

http://jean.cavarelli.free.fr/bsi/progs/xray_progs.html

HAUT DE PAGE

2 Outils logiciels

Collecte de données :

• HKL2000/HKL3000, MOSFLM, XDS

• systèmes experts: xia2, autoproc

Phasage MIR, MAD, SAD 

• SHARP, SOLVE, CRANK2,SHELX

Remplacement moléculaire :

• Phaser, Molrep, AMoRe,...

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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 %.


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