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Diffraction et diffusion des rayons X

Diffraction et diffusion des rayons X – Aspects conceptuels

Principes de la diffraction des rayons X par les macromolécules - Laurent Maveyraud (IPBS, Toulouse) - Présentation au format pdf

L’objectif du cours est de comprendre les principes de bases de la diffraction des rayons X par des cristaux ainsi que d’aborder les notions des symétrie, applicables aux cristaux de macromolécules biologiques. Les aspects pratiques de la cristallisation des protéines, du conditionnement des cristaux pour la collecte des données de diffraction, de la collecte elle-même et du traitement des données seront présentés, en insistant sur les critères d’évaluation de la qualité d’un jeu de données de diffraction.

Une sélection de 10 publications de référence

Aspects pratiques de la cristallographie aux rayons X des macromolécules - Stéphane Réty (IBCP, Lyon) - Présentation au format pdf

Pour calculer la densité électronique, il faut connaitre les amplitudes et les phases des facteurs de structures. Seules les amplitudes peuvent être mesurées lors de l'expérience de diffraction. Ce cours présentera les différentes méthodes expérimentales permettant de calculer les phases: par incorporation d'atomes lourds (SIR, MIR), utilisation de la diffusion anomale (SAD, MAD) ou combinaison de ces méthodes (SIRAS). Si une structure proche de la structure à résoudre a déjà été déterminée, le remplacement moléculaire peut fournir des phases initiales (MR). La qualité des phases peut être ensuite améliorée par des techniques de modification de densité (nivellement de solvant, moyennation en appliquant les symétries non cristallographiques). La structure est alors construite dans la densité électronique puis affinée. L'objectif de l'affinement est de diminuer le facteur R cristallographique mesurant l'écart entre les amplitudes observées et celles calculées à partir du modèle.  La structure est enfin validée par les paramètres stéréochimiques et structuraux en vue de son dépôt dans la Protein Data Bank (PDB).

Bases + comparaison de la diffusion des rayons X aux petits angles - Mirjam Czjzek (LBI2M, Roscoff) - Présentation au format pdf

Le cours est constitué d’une introduction théorique, qui pose les bases fondamentales de la méthode de la diffusion des rayons X aux petits angles, en expliquant brièvement les principes et les valeurs physiques mesurées. Ensuite, l’application de la méthode sera comparée à la cristallographie par rayons-X des macromolécules biologiques, en mettant en avant les analogies et la complémentarité des deux méthodes : comment préparer les échantillons, comment obtenir les données, quels sont les informations directe à tirer des résultats, quels sont les critères de qualité des données SAXS, quelles sont les questions biologiques pour lesquels la méthode est pertinente, quels sont les limites de la méthode ? Toutes ces questions seront traitées en mettant en parallèle les méthodes de SAXS avec la cristallographie des rayons-X, pour montrer la complémentarité des deux méthodes et la puissance d’une étude qui les combine.

 

Diffraction et diffusion des rayons X– Aspects pratiques

TP Diffraction des rayons X - Laurent Maveyraud, Stéphane Réty, Mirjam Czjzek

Tutorial pour le traitement de données avec iMosflm

Tutorial pour le traitement de données SAD avec XDS

 

TP SAXS - Aurélien Thureau (SOLEIL, Gif sur Yvette) & Mirjam Czjzek (LBI2M, Roscoff) - La présentation et le tutorial au format pdf

Le TP commencera par une présentation plus technique d’environ 45 minutes de la méthode SAXS, en expliquant les contraintes expérimentales, la collecte de données, la suite des étapes pour effectuer une analyse des données et les logiciels nécessaires pour le traitement des données. Les contrôles de qualité aux différentes étapes seront également présentés. Le TD, ensuite, illustrera le déroulement d’une analyse de données SAXS sur des exemples, en partant des données brutes jusqu’à l’interprétation structurale des résultats, et les participants apprendront ainsi l’utilisation des différents logiciels pour effectuer les différentes étapes. Selon le temps disponible et la rapidité de l’avancement des participants, trois exemples traitant des questions différentes sont envisagés (état d’oligomérisation d’une aldolase en solution ; l’analyse d’une protéine multi-modulaire et partiellement flexible ; analyse d’un complexe de protéines).

 

Quelques articles intéressant à lire sur le SAXS:

1. Vestergaard B. (2016) Analysis of biostructural changes, dynamics, and interactions - Small-angle X-ray scattering to the rescue. Arch Biochem Biophys. 2016 Mar 2. pii: S0003-9861(16)30048-0. doi: 10.1016/j.abb.2016.02.029. ==> (accès via site RéNaFoBiS)

2. Trewhella J, Hendrickson WA, Kleywegt GJ, Sali A, Sato M, Schwede T, Svergun DI, Tainer JA, Westbrook J, Berman HM. (2013) Report of the wwPDB Small-Angle Scattering Task Force: data requirements for biomolecular modeling and the PDB. Structure. 2013 Jun 4;21(6):875-81. doi: 10.1016/j.str.2013.04.020.

3. Jacques DA, Trewhella J. (2010) Small-angle scattering for structural biology--expanding the frontier while avoiding the pitfalls. Protein Sci. 2010 Apr;19(4):642-57. doi: 10.1002/pro.351. ==> (accès via site RéNaFoBiS)

4. Putman et al., Quarterly Reviews of Biophysics 40, 3 (2007)

Le site de la ‘data bank’ pour des données SAXS:

http://www.sasbdb.org/

avec quelques explications et vidéos : http://www.sasbdb.org/aboutSASBDB