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Quelques fondamentaux

Un peu d’histoire : La cristallographie

Savez-vous depuis quand existe la cristallographie ? Comment les chercheurs ont procédé au fil des décennies pour étudier les cristaux et résoudre les structures tridimensionnelles des macromolécules biologiques ?
Pour vérifier vos connaissances, commencez par répondre aux quelques questions du quiz ci-dessous.

Histoire de la cristallographie

1- Les débuts

2- La suite

3- Le rôle du CCP4

1 / 10

En quelle année commence l'histoire de la cristallographie aux rayons X ?

2 / 10

Quelle loi simple, écrite en 1912, décrit une condition pour laquelle il y a une interférence constructive ?

3 / 10

Quels sont les effets du CCP4 ?

4 / 10

Quelle est la première structure de macromolécule résolue en 1959 par Max Perutz ?

5 / 10

En 1915, Henry Bragg écrit un article célèbre. Que décrit-il dans cet article ?

6 / 10

Pourquoi les rayons X portent ce nom de rayons X ?

7 / 10

Qui a eu l'idée de faire la première expérience de diffraction aux rayons X

8 / 10

Comment ont été déterminées les premières structures tridimensionnelles comme le NaCl ou le sulfure de zinc ?

9 / 10

Quels sont les objectifs du CCP4 ?

10 / 10

Que signifie CCP4 ?

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Quitter

Un peu d’histoire : la Résonance Magnétique Nucléaire

Savez-vous depuis quand existe la RMN ? Comment les chercheurs ont procédé au fil des décennies pour étudier les structures tridimensionnelles des macromolécules biologiques en solution ?
Pour vérifier vos connaissances, commencez par répondre aux quelques questions du quiz ci-dessous.

Histoire de la RMN

1 / 3

De quel type étaient les premiers aimants utilisés en RMN?

2 / 3

Quelles étaient les premières substances mesurées par RMN (en matière en vrac)?

3 / 3

En quelle année la RMN 2D a été proposée pour la première fois?

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Un peu d’histoire : la microscopie électronique

Comment sont apparus les premiers microscopes, puis microscopes électroniques ? Comment l’évolution des différents composants du microscope permet d’atteindre la résolution spatiale atomique actuelle ?

Histoire de la microscopie électronique

Quelques dates et étapes importantes dans l'évolution de la microscopie, puis de la microscopie électronique

1 / 4

Pour générer un faisceau d'électrons, les microscopes électroniques actuels utilisent :

2 / 4

La limite de résolution d'un microscope optique, son pouvoir de résolution, dépend de :

3 / 4

Le premier microscope électronique, construit en 1931 par Ernst Ruska permettait d'atteindre une résolution de

4 / 4

Le premier microscope, inventé par Antoni van Leeuwenhoek, permettait d'avoir des images avec une résolution spatial de

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Quitter

Un peu d’histoire : L’informatique

L’informatique aussi a son histoire, depuis les tous premiers calculateurs jusqu’aux puissantes machines actuelles, quel a été le chemin ?
Avant d’accéder à la vidéo, vérifier vos connaissances en répondant aux quelques questions ci-dessous

Histoire de l'informatique

1 / 4

En 1965, Gordon Moore énonce le principe selon lequel le nombre de transistors doublerait tous les deux ans à prix constant

2 / 4

Faites correspondent le progrès technologique et l'année d'apparition des premiers ordinateurs basé sur ce progrés :

Tubes à vide
Transistors
Miniaturisation
Circuits imprimés

3 / 4

Les trois opérateurs binaires utilisés pour construire un ordinateur sont :

4 / 4

Le terme informatique est la contraction des deux mots :

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Quelques bases du LINUX

Pour vérifier si vous connaissez l’environnement LINUX, commencez par répondre aux quelques questions du quiz proposés ci-dessous.

LINUX

Introduction à LINUX

1 / 4

En 1991, Linus Torwald a écrit LINUX en se basant sur un noyau :

2 / 4

Pour chacune de ces commandes, indiquez quelle est sa signification

ls
pwd
mv
cd

3 / 4

Quels sont les principaux composants d'un ordinateur ?

4 / 4

Qu'est-ce qui permet de coordonner les opérations entre les différentes parties d'un ordinateur ?

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Le coefficient de corrélation

En biologie structurale, nous avons souvent besoin de comparer deux ensembles de données, d’évaluer leur ressemblance, ou de comparer des données avec un modèles.
Qu’est-ce qu’un coefficient de corrélation ? Que peut-il apporter en biologie structurale ?
Pour vérifier si vous savez ce qu’est un coefficient de corrélation et ce qu’il peut apporter, commencez par répondre aux quelques questions du quiz ci-dessous.

Le coefficient de correlation

1 / 6

La valeur d'un coefficient de corrélation varie :

2 / 6

En microscopie électronique, pour déterminer la limite de résolution d'une carte de potentiel de Coulomb, on calcule un cc1/2 :

3 / 6

Vrai ou faux : un coefficient de corrélation élevé entre deux phénomènes signifie qu'il y a un lien de causalité entre eux

4 / 6

Vrai ou faux : Le coefficient de corrélation peut être utilisé pour comparer des données qui ne sont pas mises à la même échelle

5 / 6

En cristallographie, le cc1/2 permet de décider de :

6 / 6

En cristallographie, le facteur R permet de calculer la différence entre ...

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La transformée de Fourier

Au début du XIXe siècle, Joseph Fourier développe l’idée révolutionnaire que les fonctions trigonométriques sinus et cosinus permettent de décomposer n’importe quelle fonction. La transformée qui porte son nom est un outil mathématique qui permet de comprendre et de mettre en œuvre de nombreuses techniques numériques de traitement des signaux et des images. Parmi ses nombreuses applications, on la retrouve dans toutes les méthodes de biologie structurale.
Pour vérifier si vous connaissez cette fonction, ainsi que sa voisine la fonction de Patterson, commencez par répondre aux questions du quiz ci-dessous.

La transformée de Fourier

Introduction,

Le problème de la phase,

La fonction de Patterson

1 / 11

Connaissant la fréquence d’un signal périodique, quelles sont les deux informations essentielles qui nous permettront de le reconstruire ?

2 / 11

Dans le cadre de la résolution d'une structure par cristallographie, la fonction de Patterson est utilisée sous la forme de :

3 / 11

Dans le calcul de la densité électronique par transformée de Fourier inverse, l’inconnue est :

4 / 11

En 1915, Henry Bragg comprend que ...

5 / 11

La courbe sinusoïdale simple qui décrit un signal périodique est :

6 / 11

Chaque facteur de structure calculé à partir de l'intensité d'une tache de diffraction est constitué de :

7 / 11

Une propriété importante de la fonction de Patterson est que la hauteur des pics est proportionnelle :

8 / 11

L'amplitude de chaque facteur de structure F(hkl) est calculée à partir de l’intensité I(hkl) de chaque indice hkl. Elle contient de l’information sur :

9 / 11

La quantité d'électrons en chaque point x, y, z d'une maille cristalline correspond à :

10 / 11

L’opération mathématique qui permet de passer de l’espace réciproque à l’espace réel est :

11 / 11

A partir d’un ou plusieurs jeux de données de diffraction, la fonction de Patterson fournit des informations sur :

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Qu’est-ce qu’une protéine ?

Les protéines sont en charge de pratiquement toutes les fonctions du vivant, qu’il s’agisse de fonctions enzymatiques, de structuration du cytosquelette, de signalisation cellulaire, de régulation de l’expression des gènes, etc etc.
Vérifiez si vous savez ce qu’est une protéine en répondant aux quelques questions ci-dessous

Qu'est-ce qu'une protéine ?

1 / 5

Les protéines sont constituées d'atomes de :

2 / 5

Les enzymes sont des protéines dont la fonction est de ...

3 / 5

L'enchainement covalent séquentiel des acides aminés constitue ...

4 / 5

L'hémoglobine est une protéine qui permet ...

5 / 5

Les ribosomes, responsables de la synthèse des protéines, sont constitués ...

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Qu’est-ce qu’une structure 3D ?

Qu’est-ce qu’une structure tridimensionnelle ?
Comment visualiser ces structures ?
Des fichiers permettent de décrire la structure atomique d’une macromolécule, ils sont stockés dans une banque de données internationale, accessible à tous : la Protein Data Bank.
Pour vérifier si vous savez ce qu’est une structure tridimensionnelle et comment sont construits les fichiers permettant de les décrire, commencez par répondre aux quelques questions du quiz proposé ci-dessous.

Qu'est-ce qu'une structure tridimensionnelle ?

1 / 13

Quelle(s) fonctionnalité(s) est(sont) accessible(s) dans ChimeraX ?

2 / 13

Parmi ces termes quels sont ceux qui correspondent à des modes de représentation d'un modèle tridimensionnel :

3 / 13

A quel moment a été introduit le facteur R-libre ou R-free pour évaluer la qualité d'une structure résolue par cristallographie aux rayons X ?

4 / 13

Quel type d'information trouve-t-on dans la banque internationale de stockage des structures de macromolécules biologiques ?

5 / 13

Quelles sont les structures pour lesquelles les coordonnées doivent obligatoirement être déposées dans la PDB avant publication dans une revue scientifique

6 / 13

Quel(s) outil(s) de fichier peut(peuvent) être utilisé(s) pour la visualisation d'une structure moléculaire en 3D ?

7 / 13

Quels sont les paramètres qui permettent d'évaluer la qualité une structure tridimensionnelle

8 / 13

Quelle est la signification de l'acronyme PDB :

9 / 13

Parmi ces extensions, laquelle correspond à un format standard des fichiers de coordonnées utilisés par les logiciels de visualisation des structures de macromolécule biologique :

10 / 13

Quelle commande ci-dessous permet d'importer un fichier de structure au format PDB dans ChimeraX ?

11 / 13

Quel(s) format(s) de fichier est(sont) un format standard pour sauvegarder les coordonnées 3D de molécules ?

12 / 13

Quel niveau de structuration fait intervenir des interactions entre les chaines latérales des résidus d'acides aminés ?

13 / 13

Lorsqu’on édite un fichier de coordonnées d’une structure tridimensionnelle de macromolécule, quelles informations contient une ligne qui commence par le mot-clé ATOM :

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Visualiser les molécules avec le logiciel ChimeraX

Comment visualiser et manipuler la structure 3D d’une macromolécule avec le logiciel ChimeraX ?

Visualiser les molécules avec ChimeraX

Comment visualiser les molécules avec un outil comme ChimeraX ?

1 / 4

Quel(s) format(s) de fichier est(sont) un format standard pour sauvegarder les coordonnées 3D de molécules ?

2 / 4

Quel(s) outil(s) de fichier peut(peuvent) être utilisé(s) pour la visualisation d'une structure moléculaire en 3D ?

3 / 4

Quelle(s) fonctionnalité(s) est(sont) accessible(s) dans ChimeraX ?

4 / 4

Quelle commande ci-dessous permet d'importer un fichier de structure au format PDB dans ChimeraX ?

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Quitter

Les méthode expérimentales de biologie structurale

Il existe trois grandes méthodes expérimentales de biologie structurale. Sur quelle base choisir une méthode plutôt qu’une autre ?
Vérifiez si vous connaissez ces méthodes en répondant à ces quelques questions avant de visionner les vidéos qui vous seront indiquées à la fin du quiz.

Les méthodes expérimentales

Introduction aux méthodes expérimentales de biologie structurale

1 / 6

Les protéines étudiées par cristallographie sont généralement :

2 / 6

Associez la méthode expérimentale avec le terme correspondant à une propriété que cette méthode exploite

La Cristallographie aux rayons X
La Résonance Magnétique Nucléaire
La Cryo Microscopie Électronique

3 / 6

Quelle est l'unité de taille associée à la structure tridimensionnelle d'une macromolécule biologique ?

4 / 6

Quelles méthodes expérimentales permettent d'accéder à la structure tridimensionnelle d'une macromolécule à l'échelle atomique :

5 / 6

L'analyse des cristaux par diffraction est réalisée grâce à :

6 / 6

Les cristaux de protéines :

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Les protéines et leurs fonctions

Pour en savoir plus sur les protéines et leurs fonctions, un site de vulgarisation particulièrement bien fait et régulièrement alimenté est Top of the Prot, n’hésitez pas à aller vous promener un moment là-bas. Et pour aller plus loin, ils proposent également un grand nombre de liens utiles

Les bases de la préparation des échantillons pour la biologie structurale

Choisir son système d’expression

Comment choisir le système d’expression le mieux adapté à votre projet de biologie structurale ?
Pour vérifier si vous connaissez les différents systèmes d’expression et leurs avantages et inconvénients, commencez par répondre aux quelques questions du quiz proposé ci-dessous.

Choisir un système d'expression

1 / 5

Quels systèmes cellulaires seraient bien adaptés pour produire une protéine sécrétée glycosylée ?

2 / 5

Parmi ces différents systèmes d'expression, quels sont ceux qui sont compatibles avec la production d'une protéine sécrétée :

3 / 5

Vrai ou faux, en matière de production de protéines recombinantes d'origine eucaryotes les cellules de mammifères CHO sont de bons outils de production industrielle de protéines complexes et aux modifications post-traductionnelles spécifiques

4 / 5

Vrai ou faux, en matière de production de protéines recombinantes d'origine eucaryotes l’expression en périplasme dans Escherichia coli est recommandée pour la production de protéines toxiques

5 / 5

Cochez chaque case dont l'affirmation correspond à un avantage de l'expression en cell-free.

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Connaitre, cloner, produire et purifier son échantillon

Quelles sont les différentes étapes et outils de préparation d’un échantillon biologiques ?
Commencez par répondre à ces quelques questions avant de vous lancer

Connaitre, cloner, produire et purifier son échantillon

Les premières étapes essentielles dans la préparation d'un échantillon

1 / 7

Sous quelles conditions peut-on induire la production d'une protéine par les cellules hotes ?

2 / 7

La production d'une protéine nécessite de connaitre au préalable :

3 / 7

Les différentes étapes de préparation d’un échantillon biologique pour une étude de biologie structurale incluent ...

4 / 7

Pour produire une protéine, le fragment d'ADN contenant le gène peut également contenir ...

5 / 7

La comparaison de la séquence d'une protéine avec des séquences homologues permet :

6 / 7

Après une première étape de purification par affinité, si on incube la solution éluée avec une protéase spécifique, que contient la solution à la fin de l'incubation ?

7 / 7

Quelles propriétés chimiques ou électrochimiques permettent de classer les chaines latérales des acides aminés ?

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Mise en pratique de la préparation des échantillons

Qu’il s’agisse de production en bactérie ou in vitro, comment se passe la préparation des échantillons en pratique au laboratoire ?
Commencez par répondre à ces quelques questions avant de visionner les vidéos correspondantes.

Préparation des échantillons : la mise en pratique

1/ Clonage, production, purification

2/ Expression in vitro

3/ Préparation des échantillons pour la RMN

1 / 9

Après le broyage des germes de blé on obtient une émulsion qui ressemble à :

2 / 9

La préparation d’un échantillon de protéine par synthèse acellulaire permet :

3 / 9

Sur un chromatogramme de suivi de purification, qu'est-ce qui est représenté en fonction du temps ?

4 / 9

De quel volume a-t-on typiquement besoin pour un échantillon RMN en solution ?

5 / 9

Quelle substance doit-on normalement ajouter à un échantillon dans l'H2O pour des expériences RMN ?

6 / 9

Comment mesure-t-on la concentration en bactérie au cours de l'étape de production ?

7 / 9

L’étape de traduction in vitro utilise un extrait cellulaire qui doit contenir ...

8 / 9

Les étapes de préparation des extraits de germe de blé incluent :

9 / 9

A la fin de l'étape de transformation, à quoi correspond chaque petite tache pâle à la surface du milieu nutritif, dans la boite de pétri ?

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Quelques applications

Quel lien peut-il y avoir entre la photosynthèse et les bioénergies ?
Comment la biologie structurale permet-elle de mieux comprendre certaines maladies et de prédire l’impact d’une mutation sur leur développement ?
En quoi la connaissance à l’échelle moléculaire des mécanismes développés par la nature peut nous aider dans notre quête de nouvelles énergies ou à comprendre le fonctionnement des maladies génétiques ?
Commencez par répondre à ces quelques questions avant de visionner les vidéos correspondantes.

Quelques applications

1/ De la photosynthèse aux bioénergies

2/ Ces mutations qui rendent malades

 

1 / 9

Au début de l‘histoire de la terre, les premiers organismes photosynthétiques sont :

2 / 9

La structure tridimensionnelle du photosystème II permet de visualiser :

3 / 9

Au cours du processus de photosynthèse, parmi les différentes étapes de conversion énergétique on trouve :

4 / 9

La ferredoxine, qui reçoit des électrons du photosystème I, est un véritable carrefour au cours de la photosynthèse. Selon les besoins de l’organisme photosynthétique elle fournit des électrons à :

5 / 9

L'oxygène est un déchet de la photosynthèse.

6 / 9

Une maladie génétique est causée par ...

7 / 9

La recherche de mutations dans la protéine BRCA1 permet de prédire le risque de développer un cancer du sein en fonction de :

8 / 9

La connaissance de la structure tridimensionnelle d’une protéine associée à une maladie génétique ou à une prédisposition génétique à développer certains cancers permet de ...

9 / 9

La position des mutations dans le domaine globulaire des lamines est associée à différents syndromes qui sont :

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Pour aller plus loin

Pour voir ou revoir les bases de biochimie (vidéos en français) :
– Chaine Youtube Biochimie facile
– Site Top of the Prots
Pour compléter la partie sur la production des protéines, dans le MOOC Gènes sans gêne, les vidéos :
Surproduire une protéine,
Construire un vecteur recombinant
Produire une protéine recombinante
Purifier une protéine
Diversifier les stratégies et les applications
Vidéos supplémentaires en anglais :
Protein expression & purification techniques : overview
Youtube channel : The bumbling biochemist
Préparation des échantillons pour la Cryo-EM : conférence de Lori Passmore

Les prérequis

Les méthodes

Approches expérimentales : la cristallographie

Introduction : la lumière et le cristal

Comment la lumière interagit-elle avec la matière ? Comment générer des rayons X ? Quelles sont les caractéristiques d’un cristal ?
Avant de visualiser les vidéos correspondantes, vérifiez vos connaissances en répondant à ces quelques questions.

Cristallographie aux rayons X : généralités

1 / 9

Dans un synchrotron, le canon à électron injecte des électrons dans :

2 / 9

Quand un faisceau de rayons X interagit avec une molécule à quoi correspond la superposition des maxima des ondes diffusées ?

3 / 9

Pourquoi les rayons X nous permettent-ils d’obtenir la structure des molécules ?

4 / 9

Quelle est la nature des rayons X ? Il s'agit :

5 / 9

Que se passe-t-il quand un faisceau de rayons X est envoyé sur un atome ?

6 / 9

Les lignes de lumière PROXIMA 1 et PROXIMA 2A sont dédiées:

7 / 9

Pourquoi les éléments les plus utilisés pour un générateur à rayons X sont le Cuivre, le Molybdène, le Manganèse ou le Cobalt ?

8 / 9

L'unité minimale répétée d'un cristal s'appelle :

9 / 9

La relation mathématique 2*d*sinus(théta) = n*lambda décrit

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Préparation des échantillons : la cristallisation

Pour enregistrer un signal de diffraction avec des rayons X, il faut un cristal. Mais les macromolécules du vivant ne sont pas organisées en cristal à l’état naturel.
Comment faire passer une macromolécule d’un état soluble, désordonné, à un état solide, ordonné ?
Qu’il s’agisse des bases théoriques, des approches classiques en plaque ou plus moderne utilisant la microfluidiques, avant de visualiser les vidéos correspondantes, vérifiez vos connaissances en répondant à ces quelques questions.

Cristallisation des macromolécules

1 / 13

L'analyse des cristaux dans une puce microfluidique par diffraction X :

2 / 13

On observe les expériences de cristallisation à l'aide :

3 / 13

Parmi ces techniques de cristallisation, quelle est celle qui permet d’augmenter progressivement la concentration de la solution protéique ?

4 / 13

ChipX est une puce microfluidique qui permet de faire des expériences de cristallisation en utilisant la méthode de :

5 / 13

Pour sceller les lamelles sur les réservoir et former un système clos qui permet la diffusion de vapeur, on utilise :

6 / 13

En cristallogenèse, les robots sont utilisés pour :

7 / 13

La zone de sursaturation dans laquelle la solution protéique est encore limpide et peut amener à la cristallisation est une zone :

8 / 13

Pour faire du microensemencement, on peut utiliser :

9 / 13

En cristallisation, l'environnement microfluidique permet de :

10 / 13

Dans le processus de cristallisation, on distingue deux étapes essentielles qui sont :

11 / 13

Parmi les composés suivants, quels sont ceux qui peuvent être utilisés comme agents cristallisants ?

12 / 13

Ce qu’on appelle un crible matriciel de cristallisation est généralement utilisé pour :

13 / 13

Quelles propriétés affectent la solubilité d’une protéine ?

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L’environnement des cristaux pour l’acquisition des données

Les cristaux de macromolécule biologique comporte une grande part de solvant et sont particulièrement sensibles aux effets des rayons X.
Comment protéger les cristaux au cours de l’acquisition des données de diffraction ? Quel est l’environnement du cristal dans la cabane expérimentale ?
Avant de visionner les vidéos correspondantes, vérifiez vos connaissances en répondant à ces quelques questions.

L'environnement du cristal

1 / 6

Le phénomène de radiolyse est dû à :

2 / 6

Parmi ces lignes de lumière du synchrotron SOLEIL, quelles sont celles qui sont dédiées à la cristallographie des macromolécules biologiques ?

3 / 6

La distance entre le cristal et le détecteur a un effet sur :

4 / 6

Une molécule chirale est :

5 / 6

Dans la cabane expérimentale, le cristal est placé sur :

6 / 6

Pour congeler un cristal, nous avons besoin de :

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L’acquisition des données de diffraction

Que se passe-t-il quand le cristal diffracte les rayons X ? A quoi correspond un jeu de données de diffraction ?
Avant de visionner les vidéos qui essaient de répondre à ces questions, vérifiez vos connaissances en répondant à ce quiz.

Les données de diffraction

1 / 11

Sur une image de diffraction, en plus des taches de diffraction, on observe :

2 / 11

Indiquez dans l'ordre les lettres qui reflètent les différentes étapes de traitement des données (sous la forme A B C D E, avec chaque lettre séparée par un espace) :

A La correction des intensités (CORRECT) ;

B La recherche des taches de diffraction (COLSPOT) ;

C Le traitement du bruit de fond des images (INIT) ;

D L'intégration des images ;

E Le calcul de la maille cristalline et des symétries associées

3 / 11

Pour optimiser l’étape d’acquisition des données de diffraction la stratégie de collecte tient compte de :

4 / 11

Si le groupe de Laue, ou le groupe d'espace, est mal évalué alors :

5 / 11

Lorsque la loi de Friedel est respectée :

6 / 11

Les critères statistiques d’analyse des données de diffraction sont basés sur :

7 / 11

Dans le cas d’une symétrie d’ordre 2 autour de l'axe b, si la loi de Friedel est respectée, les positions équivalentes de la réflexion h, k, l sont :

8 / 11

En cristallographie biologique, l’objectif du traitement des données est de passer des images de diffraction à :

9 / 11

Le fichier XDS.INP contient :

10 / 11

A partir de la salle de contrôle il est possible de :

11 / 11

Les réseaux de Bravais caractérisent :

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La résolution de la structure tridimensionnelle

Comment passer des données de diffraction à la carte de densité électronique ? Quels sont les concepts mathématiques majeurs qui permettent de résoudre la structure tridimensionnelle d’une macromolécule biologique ?
Avant de visionner les vidéos, testez vos connaissances en répondant aux questions de ce petit quiz.

Résolution de la structure tridimensionnelle par cristallographie

1 / 10

Dans un phasage expérimental, qu'il s'agisse de dérivés d'atomes lourds ou de diffusion anomale, Il y a une ambiguïté de phases si on collecte :

2 / 10

En remplacement moléculaire, la fonction de Patterson permet de séparer la résolution de la structure en deux étapes qui sont :

3 / 10

Parmi ces propositions, les facteurs qui influencent le résultat de remplacement moléculaire sont

4 / 10

En présence d'un diffuseur anomal, on mesure le signal maximum de rupture de la loi de Friedel, à la longueur d'onde, ou l'énergie :

5 / 10

Pour résoudre une structure, on collecte un jeu de données natives, et un deuxième jeu de données dérivées à une longueur d'onde correspondant au sommet du pic de fluorescence de l'atome lourd présent dans le cristal. La méthode de phasage que l'on utilise a pour acronyme :

6 / 10

Le phénomène de diffusion anomale est associé à :

7 / 10

Si nous modifions le contenu d'un cristal, avec un atome lourd par exemple, nous allons induire des changements sur :

8 / 10

Pour localiser des atomes lourds à partir d'un jeu de données natives et d'un jeu de données dérivées, quelles sont les conditions essentielles pour utiliser la fonction de Patterson ?

9 / 10

Lorsqu'on calcule une carte de Patterson, les sections de Harker sont engendrées par les symétries du cristal. Elles permettent de :

10 / 10

Pour résoudre le problème des phases dans la méthode du remplacement moléculaire, on utilise :

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La construction et l’analyse du modèle 3D

Comment construire un modèle tridimensionnelle à partir d’une carte de densité électronique ?
Quel processus permet d’affiner, puis d’évaluer le modèle tridimensionnel ?
Avant de visionner les vidéos, vérifiez vos connaissances en complétant ce petit quiz.

La construction et l'analyse du modèle 3D

1 / 7

L'affinement consiste à minimiser l'écart entre les données observées et

2 / 7

L'amélioration des phases procède par une boucle itérative qui va nous permettre d'améliorer

3 / 7

Remettez dans l'ordre A, B, C, D, E les étapes successives de construction du modèle moléculaire dans la carte de densité électronique.

La construction d’un modèle poly-alanine
La squelettonisation de la densité
La construction de la chaine carbonée
Le choix de la direction de chaîne polypeptidique
Le positionnement des chaînes latérales

4 / 7

Pendant les étapes d'affinement, on évalue la qualité du modèle avec

5 / 7

Dans l'approche d'amélioration des phases par nivellement du solvant, on effectue une modification...

6 / 7

Quelle que soit l'origine des phases, les erreurs qui leurs sont associées peuvent venir ...

7 / 7

Les cartes de densité électronique que l'on utilise pour construire, corriger ou analyser le modèle tridimensionnel sont des cartes du type :

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Pour aller plus loin

Vous souhaitez approfondir les notions présentées dans les quelques vidéos d’introduction proposées ici. Un grand nombre de cours en ligne sont disponibles sur le site de l’Association Française de Cristallographie, en suivant ce lien :
https://www.afc.asso.fr/l-association/vie-de-lassociation/axes-transverses-main/enseignement-de-la-cristallographie/doctorant?view=article&id=1506

Approches expérimentales : La RMN

Préparation d’un échantillon pour la RMN

Qu’il s’agisse de RMN ou d’une autre approche, qu’il s’agisse de production en bactérie ou in vitro, voyons comment ça se passe en pratique au laboratoire.
Commencez par répondre à ces quelques questions avant de visionner les vidéos correspondantes.

Préparation des échantillons : la mise en pratique

1/ Clonage, production, purification

2/ Expression in vitro

3/ Préparation des échantillons pour la RMN

1 / 9

A la fin de l'étape de transformation, à quoi correspond chaque petite tache pâle à la surface du milieu nutritif, dans la boite de pétri ?

2 / 9

L’étape de traduction in vitro utilise un extrait cellulaire qui doit contenir ...

3 / 9

Sur un chromatogramme de suivi de purification, qu'est-ce qui est représenté en fonction du temps ?

4 / 9

De quel volume a-t-on typiquement besoin pour un échantillon RMN en solution ?

5 / 9

Quelle substance doit-on normalement ajouter à un échantillon dans l'H2O pour des expériences RMN ?

6 / 9

Comment mesure-t-on la concentration en bactérie au cours de l'étape de production ?

7 / 9

La préparation d’un échantillon de protéine par synthèse acellulaire permet :

8 / 9

Les étapes de préparation des extraits de germe de blé incluent :

9 / 9

Après le broyage des germes de blé on obtient une émulsion qui ressemble à :

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Introduction à la RMN

Les trois mots Résonance Magnétique Nucléaire contiennent les notions de noyau, d’aimantation et de résonance.
Avant d’accéder aux deux vidéos d’introduction aux principes physiques généraux de cette spectroscopie, répondez aux questions de ce petit quiz.

Introduction générale à la RMN

1 / 6

L’analyse combinée des corrélations pour des spectres TOCSY et NOESY permet :

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La fréquence à laquelle se produit le phénomène de résonance d’un atome dépend

3 / 6

La résolution d'un spectre RMN est directement proportionnelle :

4 / 6

Les corrélations observées dans un spectre 2D permettent :

5 / 6

L'interprétation d'un spectre simple nous renseigne sur les caractéristiques chimiques de la molécule comme :

6 / 6

Le processus d’attribution des fréquences consiste à :

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L’instrument RMN

Comment enregistrer des données pour la RMN ?
Avant de visionner cette vidéo, vérifiez vos connaissances en répondant à ces quelques questions

L'Instrument RMN

1 / 3

Quels composants sont nécessaires pour un spectromètre RMN ?

2 / 3

À un champ magnétique B0 plus élevé, ...

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Quelle est la fonction de la console d'un spectromètre RMN ?

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Le champs magnétique local

Quelles sont les caractéristiques du champs magnétique utilisé en RMN ? Comment est-il modulé ?
Avant de visionner la vidéo qui permet de répondre à cette question, vérifiez vos connaissances en répondant à ces quelques questions.

Le champ magnétique local

1 / 4

En RMN, quel est l'effet d'un champ magnétique B0 inhomogène?

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Le champ magnétique B0 d'un aimant utilisé pour la spectroscopie RMN ...

3 / 4

Dans le champ magnétique d'un spectromètre RMN, les protons des groupes CH2 et CH3 de l'éthanol...

4 / 4

Qu'est-ce qui est dessiné dans un spectre RMN 1D ?

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Le déplacement chimique

A quoi correspond le déplacement chimique associé à un spectre RMN ?
Avant de visionner la vidéo qui permet de répondre à cette question, vérifiez vos connaissances avec ce petit quiz.

Le déplacement chimique

1 / 3

Quelle est l'effet d'une haute densité électronique autour d'un noyau sur son déplacement chimique et sa fréquence de résonance ?

2 / 3

L'origine du déplacement chimique en RMN est :

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Le déplacement chimique est...

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L’expérience RMN 2D

A quoi correspond une expérience RMN 2D ? Quelles informations cette expérience peut-elle apporter ?
Avant de visionner la vidéo qui permet de répondre à ces questions, vérifiez vos connaissances avec ce petit quiz.

L'expérience RMN 2D

1 / 3

Quel paramètre est augmenté pendant l'enregistrement d'un spectre 2D COSY ?

2 / 3

Quels énoncés sur le spectre 2D 1H COSY sont corrects ?

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Une expérience RMN 2D ...

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Approches expérimentales : La microscopie électronique à transmission

Introduction à la microscopie électronique

La cryo-microscopie électronique, couplée à l’analyse d’images, est en pleine expansion depuis quelques années
Qu’est-ce qu’un microscope électronique en transmission ? Que sont les images de microscopie électronique ? Comment peut-on reconstruire une structure 3D à partir d’images 2D ?
Avant de visionner les deux vidéos d’introduction à la cryo-EM, vérifiez vos connaissances avec ce petit quiz.

Introduction générale à la microscopie électronique

1 / 8

Les images que l'on obtient en microscopie électronique en transmission correspondent :

2 / 8

Il est nécessaire d’avoir un vide très poussé à l’intérieur d’un microscope électronique à transmission pour :

3 / 8

Ce qu’on appelle CryoEM désigne :

4 / 8

En microscopie électronique, l'échantillon est congelé pour :

5 / 8

En microscopie électronique, l'analyse d'images de particules isolées inclut :

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La source de lumière d'un microscope électronique est constituée :

7 / 8

L'analyse des images de microscopie électronique va permettre :

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Les différents types de microscopes électroniques peuvent être :

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La préparation des échantillons pour la microscopie électronique

Comment préparer votre échantillon pour une expérience de Cryo-EM ? Quelle grille utiliser selon l’approche choisie ?
Répondez à ces quelques questions pour évaluer vos connaissances avant de visualiser les vidéos proposées

La préparation des échantillons pour la Cryo-EM

Vérifiez ici vos connaissances pour préparer un échantillon, une grille ou un dépôt de carbone pour une expérience de CryoEM

1 / 6

Quels sont les types d’objets biologiques que l’on peut étudier par cryo-EM

2 / 6

Dans quelle matière sont faites les grilles de microscopie électronique ?

3 / 6

Comment déposer une membrane de carbone sur une grille de microscopie électronique ?

4 / 6

Quel(s) cryogène(s) utilise-t-on en général en cryo-EM ?

5 / 6

En coloration négative, comment apparaissent les particules isolées ?

6 / 6

Quelle limite de résolution peut-on espérer atteindre en particules isolées ?

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Quitter

Les particules isolées

En préparation

La tomographie

En préparation

La diffraction électronique

En préparation

La reconstruction hélicoïdale

En préparation

Pour aller plus loin

Dans le domaine de la Cryo-EM nous n’avons pas préparé de vidéos autres que celles d’introduction parce qu’il existe déjà un cours très complet.
Pour aller plus loin en microscopie électronique et accéder à l’ensemble des connaissances fondamentales qui lui sont associées, nous vous recommandons donc les cours du professeur Grant Jensen, librement disponible.
Le site CryoEM 101 peut également vous intéresser pour accéder aux bases de la cryo microscopie ou tomographie électronique.

Approches in Silico

Le logiciel ChimeraX

Comment visualiser et manipuler la structure 3D d’une macromolécule avec le logiciel ChimeraX ?

Introduction au logiciel ChimeraX

Comment visualiser les molécules avec un outil comme ChimeraX ?

1 / 4

Quel(s) format(s) de fichier est(sont) un format standard pour sauvegarder les coordonnées 3D de molécules ?

2 / 4

Quel(s) outil(s) de fichier peut(peuvent) être utilisé(s) pour la visualisation d'une structure moléculaire en 3D ?

3 / 4

Quelle(s) fonctionnalité(s) est(sont) accessible(s) dans ChimeraX ?

4 / 4

Quelle commande ci-dessous permet d'importer un fichier de structure au format PDB dans ChimeraX ?

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Quitter

Le logiciel Alphafold

Le logiciel Alphafold (puis Alphafold2 et Alphafold3) a révolutionné l’univers de la prédiction 3D. Comment fonctionne ce logiciel ?

Les bases du logiciel Alphafold

Quelles sont les concepts de bases derrière le logiciel de prédiction 3D Alphafold ?

1 / 4

Les applications potentielles d’une structure prédite avec Alphafold sont :

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Pour prédire la structure tridimensionnelle d’une protéine le logiciel Alphafold a besoin :

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Alphafold permet de déterminer de façon expérimentale la structure 3D d’une protéine

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Le logiciel Alphafold permet de :

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Quitter

Utiliser Alphafold2

Pas de quiz ici. En principe, vous devriez savoir si vous avez déjà utilisé Alphafold2 ou pas.
Avant de commencer, vous avez besoin de récupérer la séquence en acides aminés de la protéine que vous étudiez et de l’éditer pour qu’elle soit dans un format adaptée au logiciel. Pour vous aider à faire ça, nous vous recommandons ce tout petit logiciel :
https://tubiana.github.io/uniprot_to_seq/
Pour commencer, nous vous recommandons la vidéo :
How to use Google Colab Alphafold2 and ChimeraX
Cette vidéo vous accompagne pas à pas dans l’utilisation d’Alphafold sur le site partagé Colab Alphafold.
Ce tout petit tutoriel peut également être très utile :
AlphaFold Server Demo – Google DeepMind

Analyser une structure prédite par Alphafold2

La structure prédite par Alphafold contient nécessairement des erreurs. La vidéo suivante peut vous aider pour importer la structure dans ChimeraX et éditer les erreurs estimées par Alphafold :
How to show AlphaFold error estimates with ChimeraX

Quelques exercices pratiques

Pour vous exercer, les vidéos ne sont pas suffisantes. Voici quelques liens vers des sites qui vous propose une démarche à adopter, ou des travaux pratiques.

Voici par exemple, un site wiki plutôt complet dans le sens où il présente la procédure à avoir : est-ce que la structure expérimentale existe, si non, est-ce qu’elle est déjà dans AlphaFoldDB, si non, quels outils pour prédire, … :
Tutoriel sur l’utilisation de Colabfold sur proteopedia
Avec le lien vers le site Google Colab :


Un TP pour vous aider concrètement à comprendre les sorties d’Alphafold :
Understanding AlphaFold outputs – Exercises

Pour aller plus loin dans la prédiction 3D

Alphafold

Pour plus d’information sur le logiciel Alphafold, en particulier la dernière version Alphafold3, nous vous recommandons ce ‘New&views‘ du journal Nature.
Ces deux petits tutoriels pourront aussi vous rendre service :
Alphafold Server ;
How to use Google Colab Alphafold2 and ChimeraX

Folsdscript

Après utilisation du logiciel Alphafold 2 ou 3, le choix du modèle peut s’avérer difficile. Grâce à une analyse complète et automatisée, le serveur Web FoldScript vous fournit une synthèse des informations qui pourra vous guider dans le choix du modèle le plus pertinent et le plus précis. Cette analyse peut être affinée en introduisant des données d’interaction connues expérimentalement.

La simulation numérique

En cours de préparation.

Autres méthodes expérimentales

La diffusion aux petits angles

La diffusion des rayons X aux petits angles, le SAXS, permet d’obtenir des informations structurales sur des macromolécules en solutions. Quelles sont les bases de cette méthode complémentaires des méthodes expérimentales « classiques » ?
Avant de visionner la vidéo d’introduction sur le SAXS, vérifiez vos connaissances en répondant à ces quelques questions.

La diffusion des rayons X aux petits angles

1 / 4

Les informations directes que l'on peut obtenir sur l'objet d'intérêt avec la technique du SAXS sont :

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Les aspects théoriques de la diffusion aux petits angles se rapprochent de ceux de :

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L'interprétation de la courbe de SAXS permet :

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Pour mesurer correctement la diffusion aux petits angles d'un échantillon en solution il faut :

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