Cristallographie des macromolécules biologiques

Abstract

Les molecules biologiques responsables de toute vie cellulaire sont des heteropolymeres de tres grande taille appartenant a deux familles : les proteines et les acides nucleiques. Les processus biologiques compliques sont les resultats d’interactions dynamiques soit de macromolecules biologiques entre elles, soit de macromolecules avec de petits substrats cellulaires. La comprehension de ces mecanismes necessite en premier lieu la connaissance des structures tridimensionnelles de ces macromolecules soit seules, soit engagees dans des complexes specifiques. La connaissance de ces structures est l’un des piliers actuels de la biologie moleculaire et represente une source de progres qui genere des retombees non seulement en recherche fondamentale mais aussi en recherche appliquee (medicale, agroalimentaire). Cela justifie les investissements importants realises depuis plusieurs annees dans les secteurs publics et prives. La diffraction des rayons X par des monocristaux est la methode par excellence pour l’etude des macromolecules biologiques. La cristallographie a permis la determination des structures tridimensionnelles de plusieurs milliers de macromolecules biologiques dans des gammes de taille et de complexite tres variees : petites proteines, oligonucleotides, acides ribonucleiques de transfert, immunoglobulines complexes multienzymatiques, complexes nucleoprote-iques, virus d’insectes, de plantes ou de mammiferes. Les proprietes physico-chimiques intrinseques des macromolecules biologiques donnent naissance a des cristaux avec de grands parametres de maille cristalline et un pouvoir de diffraction en general limite en comparaison du standard actuel des petites molecules organiques. Cela impose des methodes et des techniques adaptees tout au long du processus cristallographique. Cette methodologie propre aux macromolecules biologiques va etre presentee dans cet article. L’explosion actuelle de cette methode est due aux progres realises tant au niveau de la technologie (biologie moleculaire, sources de rayons X, detecteurs de rayons X, supercalculateurs puissants) qu’au niveau des logiciels de traitement des donnees de diffraction (collecte, phasage, affinement). Cela se traduit par un raccourcissement extraordinaire du delai separant l’obtention d’un premier cristal et la determination de la structure cristalline. Une etude cristallographique peut maintenant etre conduite en quelques mois apres l’obtention des premiers cristaux. La lecture de cet article suppose une bonne connaissance de la cristallographie geometrique et une premiere initiation a la theorie de la diffraction des rayons X par des monocristaux. Le lecteur pourra se referer aux articles de A. Authier « Cristallographie geometrique » dans le traite de Sciences Fondamentales [1] et de Y. Jeannin « Resolution d’une structure cristalline par rayons X » dans ce traite Analyse et Caracterisation [3].