Biologie structurale - Structural biology

La biologie structurale est une branche de la biologie moléculaire , de la biochimie et de la biophysique qui s'intéresse à la structure moléculaire des macromolécules biologiques (en particulier des protéines , constituées d' acides aminés , d' ARN ou d' ADN , constitués de nucléotides , et des membranes , constituées de lipides ), comment ils acquièrent les structures dont ils disposent et comment les altérations de leurs structures affectent leur fonction. Ce sujet est d'un grand intérêt pour les biologistes car les macromolécules assurent la plupart des fonctions des cellules , et ce n'est qu'en s'enroulant dans des formes tridimensionnelles spécifiques qu'elles sont capables de remplir ces fonctions. Cette architecture, la « structure tertiaire » des molécules, dépend de manière compliquée de la composition de base de chaque molécule, ou « structure primaire ».

Au cours des dernières années, il est devenu possible de disposer de modèles moléculaires physiques très précis pour compléter l' étude in silico des structures biologiques. Des exemples de ces modèles peuvent être trouvés dans la banque de données sur les protéines .

Des techniques informatiques telles que les simulations de dynamique moléculaire peuvent être utilisées conjointement avec des stratégies de détermination de structure empirique pour étendre et étudier la structure, la conformation et la fonction des protéines.

L'hémoglobine , la protéine de transport de l'oxygène présente dans les globules rouges
Exemples de structures protéiques de la Protein Data Bank (PDB)

Histoire

En 1912, Max Von Laue dirigea des rayons X sur du sulfate de cuivre cristallisé , générant un diagramme de diffraction . Ces expériences ont conduit au développement de la cristallographie aux rayons X et à son utilisation dans l'exploration des structures biologiques. Les cristaux de pepsine ont été les premières protéines à être cristallisées pour être utilisées en diffraction des rayons X, par Theodore Svedberg . La première structure protéique tertiaire , celle de la myoglobine , a été publiée en 1958 par John Kendrew . Pendant ce temps, la modélisation des structures protéiques a été réalisée à l'aide de modèles en bois de balsa ou en fil de fer . Avec l'invention des logiciels de modélisation tels que CCP4 à la fin des années 1970, la modélisation se fait désormais à l'aide d'un ordinateur. Les développements récents dans le domaine ont inclus la génération de lasers à électrons libres à rayons X , permettant l'analyse de structures précédemment cachées et l'utilisation de la biologie structurale pour assister la biologie synthétique.

Technique

Les biomolécules sont trop petites pour être vues en détail, même avec les microscopes optiques les plus avancés . Les méthodes utilisées par les biologistes structurels pour déterminer leurs structures impliquent généralement des mesures sur un grand nombre de molécules identiques en même temps. Ces méthodes incluent :

Le plus souvent, les chercheurs les utilisent pour étudier les « états natifs » des macromolécules. Mais des variantes de ces méthodes sont également utilisées pour observer des molécules naissantes ou dénaturées assumer ou reprendre leur état natif. Voir repliement des protéines .

Une troisième approche que les biologistes structurels adoptent pour comprendre la structure est la bioinformatique pour rechercher des modèles parmi les diverses séquences qui donnent lieu à des formes particulières. Les chercheurs peuvent souvent déduire des aspects de la structure des protéines membranaires intégrales sur la base de la topologie membranaire prédite par l' analyse d'hydrophobie . Voir prédiction de la structure des protéines .

Voir également

Les références

Liens externes