Visite guidée de Protéine Explorer

Transcription

1 Visite guidée de Protéine Explorer Par Hervé Furstoss, copyright 2004 Ce document est extrait du site de la banque nationale coopérative des molécules Notez bien : La visite guidée permet de découvrir rapidement certaines fonctionnalités intéressantes par rapport aux programmes scolaires de Sciences de la Vie et de la Terre (SVT) actuels (2004) dans les lycées français. Elle a été conçue pour pouvoir servir à la fois d'aide et de tutoriel pour les principales fonctionnalités de Protéine explorer. Mais il n'est absolument pas nécessaire de suivre ce tutoriel pour utiliser Protéine explorer, qui a été conçu de manière à permettre une exploration intuitive des fichiers moléculaires. Ce point de vue explique: o les partis pris dans les commentaires o les choix de présentation de certains outils au dépend des autres. D'autres ressources permettent de compléter cette visite guidée et offrent une approche plus exhaustive des fonctionnalités de Protéine Explorer : 1-Hour Tour, Help, Index & Glossary, Molecular Visualization Lab Course, tutoriel Visite guidée de Protéine explorer 1

2 Sommaire : Les principes de Protéine explorer. (page 4) 1. A quoi sert Protéine Explorer? 2. Comment utiliser Protéine Explorer? 3. Quelles sont les molécules utilisables dans Protéine Explorer? 4. Quelles sont les connaissances nécessaires pour utiliser PE? 5. Quel est le lien entre PE et RasMol? Démarrer avec Protéine Explorer. (page 5) 6. Comment est organisée cette Visite Guidée? 7. Apprenez par la pratique! 8. Comment démarrer Protéine explorer? Chapitre I : L'écran de travail de Protéine Explorer. (page 6) 9. Comment est organisé l'écran de travail de PE? 10. Comment fonctionne la zone de visualisation de la molécule? 11. Quel est le rôle de la zone de contrôle? 12. Quel est le rôle de la zone d'information? 13. Quel est l'aspect de la molécule au démarrage de PE? 14. Soyez attentif à l'état de PE. Chapitre II : Les 3 niveaux de Protéine Explorer. (page 8) 15. La PremièreVue : Observation de la molécule 16. Deuxième et PRINCIPAL niveau d'étude de PE : L' EtudeRapide. 17. Comment fonctionne le tableau de bord? 18. Comment fonctionnent la barre des boutons et les liens? 19. Comment fonctionnent les menus déroulants? 20. Exploration avancée pour les utilisateurs avertis. Chapitre III : Les caractéristiques d'une molécule. (page 13) 21. CHOISIR, AFFICHER, COLORER. 22. Comment obtenir des informations sur la molécule? 23. Un exemple pas à pas : La molécule d'adn. 24. Comparaison de deux molécules dans le comparator : Le RU486 et la Progestérone. Chapitre IV: La séquence des molécules. (page 15) 25. Qu'est ce que l'outil SEQUENCES? 26. Qu'est ce que l'outil SEQUENCE 3D? 27. Quelles sont les applications possibles de l'outil Seq3D? 28. Un exemple pas à pas : La drépanocytose Visite guidée de Protéine explorer 2

3 Chapitre V : Les surfaces de contacts.. (page 17) 29. Comment se construit la surface de contact? 30. Que représente les surfaces de contacts? 31. Comment améliorer l'affichage par défaut de la surface de contact? 32. Quel est l'intérêt des surfaces de contact? Chapitre VI: Les surfaces. (page 19) 33. Comment se construit la surface et que représente-t-elle? 34. Comment se servir de l'outil de Surface? 35. Comment modifier la couleur de la surface? 36. Comment faire apparaître différentes surfaces pour différentes parties d'un fichier moléculaire? 37. Comment supprimer la surface affichée? 38. Un exemple supplémentaire Chapitre VII: Les outils de sélection. (page 20) 39. Quelles sont les différentes formes de sélection possible? 40. Comment fonctionnent les outils de sélection? 41. Quels sont les outils de sélections standards? 42. Quels sont les outils de sélections des chaînes? 43. Quels sont les outils de sélections personnalisés? 44. Comment utiliser l'outil de sélection par clic de souris? 45. Comment utiliser l'outil de sélection par mémorisation? 46. Un exemple pas à pas : l'enolase. Chapitre VIII: La comparaison de séquences : ASM3D. (page 23) 47. Qu'est ce que L'ASM3D? 48. Quel est le principe de l'asm3d? 49. Comment utiliser l'asm3d? 50. Quelle utilisation de l'asm3d peut-on faire? 51. Un exemple pas à pas : L'Enolase Chapitre IX: Chargement des molécules. (page 24) 52. Comment lancer Protéine Explorer? 53. Comment charger une molécule dans Protéine Explorer? 54. Comment charger une molécule à partir de Protéine Explorer? 55. Comment créer des raccourcis lançant PE et chargeant des fichiers moléculaires? Chapitre X: Animations et Modèles de RMN. (page 26) 56. Qu'est ce qu'un modèle moléculaire? 57. Comment obtenir des modèles moléculaires? 58. Quelles est la signification des différents modèles? 59. Comment utiliser les modèles moléculaires? 60. Comment fabriquer des modèles moléculaires? Visite guidée de Protéine explorer 3

4 Les principes de Protéine Explorer. 1. A quoi sert Protéine Explorer? Protéine explorer permet d'explorer la structure tridimensionnelle (3D) de n'importe quelle molécule, principalement les macromolécules (ADN, ARN et Protéine) mais également d'autres molécules de plus petite taille (glucides, lipides, protides.). Cette exploration se fait à partir de fichier de coordonnées moléculaires (format PDB), disponible à partir de différentes ressources. La molécule d'adn 2. Comment utiliser Protéine Explorer? Protéine Explorer est un outil dont l'utilisation peut-être intuitive puisque pour chaque action une aide et des explications contextuelles sont fournies. Un nombre minimum d'options est proposé simultanément et de manière logique en fonction de l'exploration entamée. Cette VisiteGuidée ou d'autres tutoriel peuvent permettrent une prise en main guidée. 3. Quelles sont les molécules utilisables dans Protéine Explorer? Protéine Explorer peut utiliser tous les fichiers de coordonnées moléculaires, principalement des fichiers à l'extension PDB. Ces fichiers sont le résultats d'analyse de structure moléculaire par cristallographie aux rayons X ou par résonance magnétique nucléaire (RMN) mais s'agit parfois aussi de modèles prédictifs voir de fichiers synthétiques. 4. Quelles sont les connaissances nécessaires pour utiliser PE? Quelques connaissances de bases en chimie et biochimie sont nécessaires, ce sont celles attendu de n'importe quel élève de lycée. 5. Quel est le lien entre PE et RasMol?. PE est un dérivé de RasMol. Les personnes pratiquant RasMol trouveront les menus de PE très similaire, de plus toutes les commandes de RasMol peuvent être utilisé dans PE. Mais la structure de PE permet à des personnes n'ayant jamais utilisé RasMol de démarrer très vite l'exploration des molécules grâce à la démarche intuitive proposée. Rasmol est l'"ancêtre commun" à toute une lignée de visualisateurs de molécules. Deux branches principales en sont issues, la branche des logiciels avec Rasmol et ses sous versions et plus récemment Rastop et la branche des visualisateurs en ligne reposant sur le plug-in Chime qui a permet de développer de nombreux scripts de visualisation de molécules pour des projets particuliers mais aussi de mettre au point des visualisateurs de molécules en ligne tel que Molusc et Protéine Explorer. Visite guidée de Protéine explorer 4

5 Démarrer avec Protéine Explorer. 6. Comment est organisée cette Visite Guidée? La visite guidée permet de découvrir les différents niveaux d'utilisation de PE et les outils proposés. Les exemples utilisés sont relatifs aux programmes de SVT actuels des lycées français (2004). Des liens (situés dans des cadres verts) permettent de lancer PE directement et de charger les molécules utilisées pour les exemples. Il est ainsi possible d'utiliser directement les fonctionnalités de PE. Les liens (situés dans des cadres bleus) renvoient vers d'autres pages complémentaires qui correspondent à des utilisations possibles de PE en classe. Les cadres jaunes donnent quelques trucs et astuces pour une utilisation plus efficace de PE. (Pour utilisateur avancé) 7. Apprenez par la pratique! La meilleure façon de découvrir Protéine Explorer c'est de l'utiliser. Les exemples intégrés dans cette visite permettent d'utiliser PE en lisant les indications de la Visite guidée. Cela est possible (i) en imprimant ce document (ou une version.pdf de la Visite Guidée), ou (ii) en passant alternativement de la fenêtre de la visite guidée à celle de PE dans votre navigateur. (La visite guidée s'ouvre dans une fenêtre indépendante de PE.) Vous pouvez aussi utiliser simultanément les deux méthodes et ainsi profiter à la fois d'une lecture papier plus agréable et d'une navigation à travers les liens de cette page. Pour naviguer entre différentes fenêtre de Windows, utilisez soit la barre des tâches, soit la combinaison de touches (Alt-Tab). 8. Comment démarrer Protéine Explorer. A partir de maintenant, les indications fournies concernent la fenêtre de PE. La visite guidée correspond à une version installée localement sur votre machine ou en réseau local. Il existe plusieurs manières de lancer PE, elles sont développer plus bas. Attention Protéine Explorer nécessite l'installation préalable de Chime et ne fonctionne que dans les navigateurs Netscape 4.75 ou Internet explorer 6. Lancer Protéine Explorer et charger une molécule d'adn Visite guidée de Protéine explorer 5

6 Chapitre I: L'écran de travail de Protéine explorer. 9. Comment est organisé l'écran de travail de PE? L'écran est divisé en plusieurs parties. La moitié de l'écran est occupé par la zone de visualisation de la molécule (ici à droite) et l'autre zone est la zone d'information et de commandes (ici à gauche). La zone d'information et de commandes se subdivise elle-même en deux parties. o la zone de contrôle, en haut (elle contient ici la page PremièreVue). Elle permet d'agir sur la molécule. C'est la principale zone de travail de PE. o la zone d'informations, en bas, affiche des informations sur la molécule, les atomes ou les commandes réalisées dans la fenêtre d'informations. Cette zone contient également une ligne de commande qui permet d'agir directement sur la molécule par des commandes de type Rasmol (Réservé aux experts). 10. Comment fonctionne la zone de visualisation de la molécule? Cette zone affiche le fichier moléculaire dans le plug-in Chime. L'aspect de la molécule est modifiable par le biais de la zone de contrôle ou par la ligne de commande de la fenêtre d'information ou encore par les commandes de Chime (accessibles par un clic droit sur la fenêtre contenant la molécule. Mais l'intérêt de PE est de proposer des commandes explicites à travers la zone de contrôle, c'est donc la voie à privilégiée pour agir sur la molécule. 11. Quel est le rôle de la zone de contrôle? Cette zone de l'écran affiche différentes pages d'observation et d'étude de la molécules accompagnées d'explications sur les commandes réalisées et sur l'effet de ces commandes. Il y a 3 niveaux d'étude proposés : o PremièreVue (Découverte de la molécule) o Etude rapide (Principales fonctions accessibles en quelques clics) o Exploration avancée (pour utilisateurs avertis) Les niveaux sont détaillés plus loin. Visite guidée de Protéine explorer 6

7 12. Quel est le rôle de la zone d'information? Cette zone affiche les informations fournies par le fichier de molécules, celles demandées par le biais des commandes, des boutons et des menus. Elle comprend également une ligne de commande qui permet d'entrer manuellement des commandes de type RasMol et Chime. Enfin elle permet de définir certaines préférences concernant le fonctionnement de PE (Contrôle, Préférences...). Pour une utilisation en classe, le mode expert est plus utile que le mode par défaut. Le mode par défaut affiche la page PremièreVue et fait apparaître beaucoup d'aide contextuelle sous la forme de pop-ups alors que le mode expert affiche directement la page d'etuderapide et impose beaucoup moins d'aide contextuelle. Le fonctionnement de l'outil est alors plus fluide. Pour passer en mode expert, cliquez sur le lien Préférences de la zone d'information puis cochez simplement la case : "Je suis un expert..." ou personnalisez votre mode de fonctionnement selon les options proposées. Visite guidée de Protéine explorer 7

8 13. Quel est l'aspect de la molécule au démarrage de PE? PE définit l'affichage initial de la molécule, c'est l'affichage par défaut. Les atomes du fichier moléculaire sont affichés en boules et coloré par élément chimique. Les liaisons sont représentées par des bâtonnets. Il s'agit d'une représentation brute de la ou des molécules présente dans le fichier moléculaire. Dans la version originale, le choix de l'affichage par défaut n'est pas le même. Il correspond à une préinterprétation de molécule et cet affichage distingue les macromolécules (ADN, ARN et protéines), des hétéro-atomes et molécules d'eau (voir signification dans PremièreVue). Le choix de cette représentation brute est un choix personnel, me semblant mieux correspondre aux connaissances initiales des élèves. Pour utilisateurs initiés : L'affichage par défaut est définit dans le fichier loadit2.js du répertoire shared de PE. En ouvrant ce fichier dans un éditeur de texte (bloc-note) on peut modifier le script d'affichage initial. Une copie du fichier original est conservée dans le répertoire sous le nom de loadit2vo.js. Pour retrouver l'affichage original de PE, renommez le fichier loadit2.js en loadit2vf.js et le fichier loadit2vo.js en loadit2.js et inversement pour re-basculer vers l'affichage précédent. 14. Soyez attentif à l'état de PE. Remarquez l'indicateur d'état de PE Prêt/Occupé sous la molécule. Lorsque vous utilisez PE et exercez une quelconque commande, l'état, en rouge, s'affiche. Il indique que PE travaille à réaliser la commande exercée. Lorsque PE a terminé ce travail, l'état, en vert, s'affiche à nouveau. Soyez attentif à cet état de PE, puisque tant que PE est occupé, il n'est pas possible de poursuivre le travail. Chapitre II: Les 3 niveaux de Protéine explorer. 15. La PremièreVue : Observation de la molécule :. Cette page fournit des informations et des repères sur la molécules à l'écran. Il s'agit principalement d'une fenêtre informative et pas d'une fenêtre de travail. Toutefois elle explique ou rappelle certaines notions fondamentales de la structure des macromolécules en général et des protéines en particulier. Cette fenêtre est principalement informative, elle permet de découvrir la molécule mais pas un véritable travail à partir du fichier (Ce n'est pas sa fonction.). Elle permet de se familiariser avec la classification conventionnelle des atomes, définie dans les fichiers moléculaires : chaînes ligands hétéro-atomes molécules d'eau La fenêtre de PremièreVue Visite guidée de Protéine explorer 8

9 16. Deuxième et PRINCIPAL niveau d'étude de PE : L' EtudeRapide. Le lien Explorer plus permet d'accéder à l'étude rapide. Cette page est la principale page de travail dans Protéine explorer, elle permet d'accéder aux commandes utiles dans le cadre d'un travail scolaire. La zone d'information est invariable quel que soit le niveau d'étude utilisé, la zone de travail par contre est modifiée. Elle se subdivise à nouveau en 2 parties : - le tableau de bord (en haut), qui permet par un jeu de menu déroulant et de boutons d'agir sur le fichier moléculaire. - l'aide contextuelle (en bas), qui explique la signification et/ou l'effet des commandes exercée et offre parfois certaines options. Le contenu de cette fenêtre s'actualise en permanence en fonction des choix opérés dans le tableau de bord. 17. Comment fonctionne le tableau de bord? Le tableau bord permet d'agir sur le fichier moléculaire par l'intermédiaire: o de la barre des boutons. Ces boutons permettent d'affiner l'affichage de la molécule : zoomer, mettre en rotation ou arrête la rotation (voir ci-dessous) o des menus déroulants. Ces menus modifient l'aspect de la molécule et permettent l'étude des caractéristiques moléculaires. L'utilisation des menus déroulant se fait toujours en 3 temps : - d'abord "CHOISIR" une portion de la molécule, - puis "AFFICHER" cette sélection selon le mode choisi - enfin "COLORER" la sélection selon le coloris choisi. o des liens renvoient vers certaines fonctions avancées de PE : Séquences, séquences3d, ASM3D... Ce sont des raccourcis très utiles, qui permettent de s'affranchir de l'exploration avancée. o des Options de l'etuderapide Plus pour affiner encore d'avantage le fonctionnement de l'etuderapide (pour utilisateurs expérimentés). Visite guidée de Protéine explorer 9

10 18. Comment fonctionnent la barre des boutons et les liens? L'action sur un élément produit l'effet décrit ci-dessous : Barre des boutons : Liens vers : [Rotation] : Arrêter/Redémarrer la rotation de la molécule. [Zoom +] [-] : Augmenter/Diminuer la taille de la molécule. [Fond] : Bascule fond blanc / fond noir pour la molécule. [Eau] : Afficher/Cacher les molécules d'eau. [Ligand] : Afficher/Cacher les molécules de ligands. [2 ] : Afficher et Colorer les protéines selon la structure secondaire. [Centrer] : recentrer la molécule sur un atome en particulier. [Stéréo] : Vision stéréoscopique. [Coupe] : Faire apparaître un plan de coupe dans la molécule. Mol info : affiche des informations sur la molécule Vue initiale : Réaffiche l'affichage par défaut de la molécule Infos : Renvoie vers la page PremièreVue Seq : Affiche la séquence des molécules Seq3D : Affiche le module Séquence 3D ASM3D : Affiche le menu d'exemples de comparaison de séquences. Exploration avancée : Affiche le menu de l'exploration avancée. Molécule différente : Permet de charger un autre fichier moléculaire. Quitter : Fermer Protéine Explorer Visite guidée de Protéine explorer 10

11 19. Comment fonctionnent les menus déroulants? Ces menus sont le cœur du fonctionnement de PE et les éléments principaux du travail avec PE. L'action de PE repose sur l'enchaînement des commandes : CHOISIR : Je sélectionne un groupe d'atomes. AFFICHER : J'applique à la sélection un affichage proposé. COLORER : J'applique à la sélection un coloris proposé. Attention, il est impératif de CHOISIR avant d'afficher et/ou de COLORER L'ensemble des options proposées par les 3 menus : (Le détail de chaque option est explicité dans la fenêtre d'aide contextuelle de l'etuderapide) Le menu CHOISIR propose : - des sélections à partir des indications du fichier moléculaire (Protéines, Nucléotides, Cystéine...) - des sélections personnalisées (à partir du clic de souris, Cliqués) et peut mémoriser ces sélections personnalisées (Mémorisés) Le menu AFFICHER permet des affichages classiques (Sphères, Boules et bât....) ou fonctionnels (Surfaces, Contacts). Il permet également des mesures (Distances) et des annotations (Annoter). Le menu COLORER permet entre autres une coloration par éléments chimique (Eléments), par type de nucléotides (ACGTU) ou par couleur simplement. Le détail de l'utilisation de certains outils des menus déroulants seront développés plus loin. Visite guidée de Protéine explorer 11

12 20. Exploration avancée pour utilisateurs avertis. La page d'exploration avancée permet d'accéder à des fonctions avancées d'exploration des molécules. Seules certaines, utilisables en lycée, seront décrites (Elles ont été rendues accessibles depuis la page EtudeRapide dans la version française.). Visite guidée de Protéine explorer 12

13 Chapitre III: Les caractéristiques de la molécule. 21. CHOISIR, AFFICHER, COLORER. La série des 3 commandes qui permet de faire apparaître les caractéristiques de n'importe quelle molécule. A utiliser sans modération 22. Comment obtenir des informations sur la molécule? Le lien Mol Info présent sur la plupart des pages permet de lire certaines informations dans le fichier moléculaire (si elles sont présentes!) et d'accéder en ligne à d'autres sites pour approfondir la connaissance de la molécule. 23. Un exemple pas à pas : La molécule d'adn. Les éléments constitutifs de l'adn. AFFICHER boules et bât., COLORER Eléments, [Zoom +] pour mieux voir. Voir le code de couleur dans la fenêtre d'aide ou cliquer sur un atome pour que sa nature apparaissent dans la fenêtre des messages. La double hélice d'adn. AFFICHER Sphères, COLORER Chaîne Les nucléotides d'un brin. CHOISIR Cliqué,(cochez la case "Sélectionner une chaîne par clic.", cliquez sur l'une des deux chaînes.) AFFICHER Uniquem. (seule la chaîne sélectionnée doit rester visible.) COLORER ACGTU (la séquence de l'adn peut se lire directement à l'écran) Extraire un nucléotide de la séquence CHOISIR Cliqué ( cochez la case "Sélectionner un résidu (groupe) par clic.", cliquez sur deux nucléotides différents qui ne sont pas en contact direct.) AFFICHER Uniquem., AFFICHER boules et bât., COLORER Elément Si le nucléotide tend à sortir de l'écran, utiliser le bouton [Centrer]. Visite guidée de Protéine explorer 13

14 24. Comparaison de deux molécules dans le comparator : Le RU486 et la Progestérone. Le comparator de PE permet d'observer simultanément deux molécules et de les comparer. Lancer Protéine comparator et charger le RU486 et la progestérone L'écran de travail affiche les 2 molécules simultanément permettant ainsi leur comparaison. La molécule active est affichée sur fond blanc, l'autre sur fond gris. La commande Nuage du menu Afficher est appliquée, la fenêtre d'aide permet de choisir la densité du nuage de point. Une bascule permet de sélectionner une molécule ou l'autre. L'étude se fait comme dans l'explorer en basculant d'une molécule à l'autre. Un bouton supplémentaire [Synch] permet la synchronisation des mouvements des 2 molécules. Visite guidée de Protéine explorer 14

15 Chapitre IV: La séquence des molécules. Dans la série de lien de l'étude rapide ou sur la page de 'exploration avancée sont proposés deux liens lançant des outils d'étude la séquence des molécules. Il s'agit de Seq. : Etude de la séquences et de Seq3D. : Etude de la séquences sur la molécule en 3D. Lancer Protéine Explorer et charger une molécule de PAH (PhénylAlanine Hydroxylase) 25. Qu'est ce que l'outil SEQUENCES? Lancer l'outil par le lien Seq. et prenez un peu de temps pour découvrir les possibilités de l'outil. Lecture directe de la séquence, repérage de certains résidus dans la séquence, séquence à 1 lettreou à 3 lettres. 26. Qu'est ce que l'outil SEQUENCE 3D? Lancer l'outil par le lien Seq3D. Une action sur la séquence (à gauche) s'affiche sur la molécule en 3D à droite et permet ainsi de repérer dans la molécule certains résidus et de les afficher selon les options choisies. 27. Quelles sont les applications possibles de l'outil Seq3D? Deux exemples pour comprendre : La phénylcétonurie et les mutations de la PAH La drépanocytose et les Thalassémies 28. Un exemple pas à pas : La drépanocytose. Lancer Protéine comparator et charger les chaînes β de l'hémoglobine mutée et non mutée ( beta - betadrep) La synchronisation des molécules. Cliquer sur le bouton [Synch] pour constater l'effet de la synchronisation du mouvement des 2 molécules. Localisation de l'acide aminé 6 dans les deux molécules. Sélectionner la molécule du Haut : Cliquer sur le lien Seq3D Dans la séquence repérer et identifier, à l'aide de souris, l'acide aminé 6 et cliquer sur cet acide aminé. Il s'affiche selon les options d'affichage en haut Sphères, couleurs CPK. Fermer la fenêtre Seq3D puis Sélectionner la molécule du Bas : Cliquer sur le lien Seq3D Dans la séquence repérer et identifier, à l'aide de souris, l'acide aminé 6 et cliquer sur cet acide aminé. Il s'affiche selon les options d'affichage en haut Sphères, couleurs CPK. L'acide aminé 6 est maintenant sélectionné et affiché dans les 2 molécules. Visite guidée de Protéine explorer 15

16 Les propriétés de l'acide aminé 6. Sélectionner la molécule du Haut COLORER polarité2, 3 ou 5 (au choix) Sélectionner la molécule du Bas COLORER polarité2, 3 ou 5 (au choix) Une substitution remplace l'acide glutamique (un acide aminé acide) par la valine (un acide aminé hydrophobe) Visite guidée de Protéine explorer 16

17 Chapitre V: Les surfaces de contacts. Dans le menu AFFICHER l'outil Contact permet d'afficher les contacts entre une sélection d'atomes (par exemple une enzyme) et les autres atomes de la molécule par exemple le substrat de l'enzyme). L'outils Surfaces de contacts de l'exploration avancée permet de préciser davantage les contacts à créer. (C'est une option peu utile en lycée, l'option de l'etuderapide est suffisante.) 29. Comment se construit la surface de contact? Une fenêtre propose deux options de construction Pas à pas et en une seule fois. Dans les deux cas l'effet est le même. Mais dans le premier cas les étapes sont explicitées dans le tableau ci-dessous et c'est l'utilisateur qui déclenche chaque étape en cochant successivement les cases proposées. Pour démarrer la construction de la surface de contact pour l'exemple ci dessus : CHOISIR Chaine A (Il s'agit d'une des chaînes de la rubisco) AFFICHER Contact (Pour des molécules de grande taille, le calcul de la surface peut-être long. Soyez patient.) Lancer Protéine Explorer et charger une molécule d'enzyme et son substrat (La rubisco et ribulose 1,5 biphosphate) Visite guidée de Protéine explorer 17

18 30. Que représente les surfaces de contacts? Un code de couleurs représente les liaisons qui peuvent être établis entre les atomes sélectionnés et les autres. Attention il s'agit de prévisions de liaisons en fonctions des caractéristiques des atomes en présence. 31. Comment améliorer l'affichage par défaut de la surface de contact? Un tableau de contrôle de la surface de contact reste accessible en permanence tant que la surface de contact est affichée. Il permet d'affiner l'aspect de la molécule en fonction de l'objectif poursuivi. 32. Quel est l'intérêt des surfaces de contact? Ces surfaces permettent de visualiser l'aspect de structures telles que le site actif d'une enzyme, le site de fixation de divers récepteurs ou encore la liaisons anticorps-antigène. Quelques exemples pour comprendre : Complexe enzyme-substrat Neuromédiateur et synapse Hormones sexuelles Antigène-anticorps et Répertoire immunologique Visite guidée de Protéine explorer 18

19 Chapitre VI: Les surfaces des molécules. Dans le menu AFFICHER l'outil Surface permet d'afficher une surface sur les atomes de la molécule ou d'une sélection d'atomes de la molécule. L'outils Surfaces de l'exploration avancée permet de préciser davantage les surfaces à créer et d'en afficher plusieurs sur un même fichier moléculaire. Lancer Protéine Explorer et charger une molécule de Récepteur synaptique à acétylcholine Pour construire une surface pour cet exemple : AFFICHER Surface (Pour des molécules de grandes tailles, le calcul de la surface peut-être long. Soyez patient.) 33. Comment se construit la surface et que représente-t-elle? Les surfaces dans PE représentent un fuselage sphérique de contact avec le solvant, c'est à dire, les surfaces des atomes sélectionnés qui peuvent être en contact avec l'eau. (En chimie cette surface est nommé "surface de Connolly". Elle est définie en faisant rouler une sonde sphérique sur les surfaces de van der Waals des atomes sélectionnés. Le rayon de la sonde est de 1.4 Angstroms, chiffre moyen pour une molécule d'eau.) 34. Comment se servir de l'outil de Surface? Une surface peut être temporairement cachée, ou rendue transparente, à l'aide de liens de contrôles (voir image ci dessus). Il est ainsi possible de poursuivre l'exploration des particularités de la molécule. Pour annuler une surface, AFFICHER *Masqu.*. Après la délétion, elle doit être recalculée (cela peut-être long!) par AFFICHER Surfaces si vous voulez la ré-afficher. Un lien en haut de la fenêtre d'aide permet de revenir à la fenêtre de contrôle de la surface tant que la surface est créée 35. Comment modifier la couleur de la surface? La couleur de la surface peut-être changée en utilisant le menu COLORER immédiatement après avoir créé la surface. Seules les couleurs uniformes (qui se trouve en bas du menu COLORER) peuvent être appliquées aux surfaces. 36. Comment faire apparaître différentes surfaces pour différentes parties d'un fichier moléculaire? L'EtudeRapide ne peut générer une surface à la fois. Dans certains cas il peut être intéressant d'afficher plusieurs surfaces distinctes dans un même fichier moléculaire (enzyme-substrat, récepteur-li, anticorps-antigène).l'exploration Avancée permet de générer de multiples surfaces (chacune de couleur différente). Cette fonction est réservée à des utilisateurs avertis puisqu'il est nécessaire d'entrer des commandes de sélection pour choisir les atomes à recouvrir d'une surface. 37. Comment supprimer la surface affichée? Pour annuler une surface, AFFICHER *Masqu.*. Après la suppression, elle doit être recalculée (cela peut-être long!) par AFFICHER Surfaces pour la ré-afficher. 38. Un exemple supplémentaire : Structure de l'anticorps Visite guidée de Protéine explorer 19

20 Chapitre VII: Les outils de sélection. La sélection des atomes est un éléments central du travail sur les fichiers moléculaires. Protéine explorer associe plusieurs formes de sélection. Ce qui améliore grandement l'efficacité du travail. Lancer Protéine Explorer et charger la rubisco complète (La rubisco est une enzyme formée de 16 chaînes peptidiques et possède 8 sites actifs) Attention il s'agit d'un gros fichier (3,2 Mo). Code PDB : 1RCX 39. Quelles sont les différentes formes de sélection possible? Les outils de sélection peuvent se classer en 3 catégories principales : o Outils de sélection standards : Ce sont des sélections valables pour tous les fichiers moléculaires étudiés. Ils se retrouveront toujours. o Outils de sélection des chaînes. Ce sont des sélections valables uniquement pour le fichier moléculaire étudié. Elles pourront varier d'un fichier à un autre. o Outils de sélection personnalisés. Ce sont des sélections définies temporairement au cours d'un travail. 40. Comment fonctionnent les outils de sélection? Le principe de ces outils est de se servir des indications inscrites dans les fichiers moléculaires. Chaque atome de la molécule est décrit dans le fichier moléculaire d'extension (.pdb). Ces fichiers peuvent se lire dans un éditeur de texte. Le fichier contient les références de la molécule (auteurs, contexte, méthode utilisée...) et une ligne pour chaque atome présent donnant les paramètres de l'atome. exemple pour un atome extrait d'un fichier moléculaire : ATOM 4432 CA GLU S C La ligne ci dessus est replacé dans un tableau indiquant la signification des paramètres : Atome : n : identifié comme: Résidu : Chaîne : Position dans la séquence : Coordonnées 3D de l'atome : Elément chimique: ATOM 4432 CA GLU S C Ainsi la ligne ci-dessus doit se lire : L'atome n 4432 est le Carbone alpha d'un acide glutamique occupant la position 93 d'une chaîne nommée S. Ses coordonnées atomiques sont..., il s'agit d'un atome de Carbone. 41. Quels sont les outils de sélections standards? Ce sont des sélections définient par le logiciel utilisé (ici Chime). exemples : CHOISIR Protéines ou nucléotides... Ces sélections sont celles qui sont issus de la ligne de commandes de Rasmol. Il est possible de sélectionner un groupe d'atomes à partir des indications du fichier moléculaires. Dans la liste du menu CHOISIR ces outils sont les plus nombreux. 42. Quels sont les outils de sélections des chaînes? Certains paramètres sont variables d'un fichier à l'autre. Il s'agit principalement du nom des chaînes indiqués dans le fichier moléculaire. Protéine explorer relève ces indications et propose dans le menu CHOISIR de sélectionner individuellement chaque chaîne. Dans le cas de l'exemple proposé, la molécule est formée de 16 chaînes que l'on retrouve alors dans le menu CHOISIR. Visite guidée de Protéine explorer 20

21 43. Quels sont les outils de sélections personnalisés? Certains outils permettent de créer des sélections personnalisées. Il s'agit d'outils de sélection du menu CHOISIR : o CHOISIR Cliqués o CHOISIR Mémorisés Lancer Protéine Explorer et charger une molécule d'enolase (L'Enolase est une enzyme de la glycolyse, elle est ici associée à son substrat) 44. Comment utiliser l'outil de sélection par clic de souris? En sélectionnant l'outil CHOISIR Cliqués des options sont proposées : Le choix se fait en cochant l'une des options puis un pop-up propose de remplacer la sélection en cours ou d'ajouter la sélection à celles qui pré existait : La sélection d'atomes en cours est visualisée en couleur ORANGE. Cette couleur se superpose à toute autre couleur tant que l'outil de sélection est actif. En stoppant la sélection, les coloris en cours redeviennent visibles et la sélection est conservée tant qu'un autre outil de sélection n'est pas utilisé. Visite guidée de Protéine explorer 21

22 45. Comment utiliser l'outil de sélection par mémorisation? Cet outil permet d'enregistrer une sélection qui n'est pas standard pour la retrouver plus tard au cours de la session de travail. Cette mémorisation est temporaire, elle ne se conserve que pendant la durée d'une session de travail. Il est possible de créer ainsi plusieurs sélections personnalisées. En sélectionnant l'outil CHOISIR Mémorisés : L'outil propose d'abord de créé une sélection mémorisée s'il n'en existe pas encore. Il permet ensuite de réutiliser cette sélection lorsqu'elle est mémorisée durant toute la durée de la session de travail. 46. Un exemple pas à pas : l'enolase. CHOISIR Protéine AFFICHER Contact (Pour afficher le site actif de l'enzyme- voir les surfaces de contacts) puis à l'aide du panneau de contrôle, Affichez les atomes sous la surface : Liés (Ce sont les atomes participant directement au site actif.) CHOISIR Cliqués puis l'option Sélectionner un résidu (groupe) par clic Cliquez sur chacun des atomes, les acides aminés auxquels ils appartiennent sont sélectionnés. Lorsque tous les atomes sont oranges, tout le site actif est sélectionné. CHOISIR Mémorisés puis nommez votre sélection Site actif par exemple. La sélection est maintenant réutilisable durant le reste de la session avec cette molécule. Cet exemple et cette sélection seront réutilisés dans le chapitre suivant. Visite guidée de Protéine explorer 22

23 Chapitre VIII: La comparaison de séquences : ASM3D. 47. Qu'est ce que L'ASM3D? L'Alignement de Séquence Multiple 3D permet en quelques clics de souris de comparer les séquences de différentes molécules et de faire apparaître les ressemblances et différences sur une molécule en 3D. 48. Quel est le principe de l'asm3d? L'ASM3D construit un alignement de séquences des molécules choisies à partir de données qui lui sont fournies (voir ci dessous) et affiche les résultats sur une molécule au format PDB. 49. Comment utiliser l'asm3d? Cet outil peut être utilisé de manière semi-automatisée à partir d'exemples intégré à Protéine explorer. Une utilisation manuelle est également possible mais reste réservée à des utilisateurs avertis (voir encadré ci dessous). Seule l'utilisation semiautomatisée sera présentée. L'accès se fait par le lien ASM3D de l'etuderapide : Ce lien ouvre une page donnant à des exemples intégrés de molécules étudiées par ASM3D. Toutes les données sont directement fournies par Protéine Explorer. 50. Quelle utilisation de l'asm3d peut-on faire? L'ASM3D permet de repérer sur une molécule les variations de séquences soit à la suite de mutation soit au cours de l'évolution dans des familles multigéniques ou dans des groupes d'êtres vivants apparentés. Un tutoriel spécifique à l'asm3d est disponible. Il explique comment trouver des alignements de molécules et comment les utiliser avec Protéine Explorer. Un nouvel outil Consurf tend à remplacer l'asm3d et permet de construire automatiquement des alignements de molécules avant de la afficher dans Protéine Explorer. Son inconvénient est de fonctionner en ligne alors que l'asm3d fonctionne localement à partir du moment ou l'on dispose d'alignements tout prêt. Visite guidée de Protéine explorer 23

24 51. Un exemple pas à pas : L'Enolase Si vous avez déjà charger l'énolase dans le chapitre précédent, poursuivez ici avec cette molécule, sinon cliquez ici pour la charger Lors de l'utilisation de l'asm3d, Protéine Explorer propose de télécharger une molécule, répondez Annuler. Cliquez le lien ASM3D de l'etuderapide Cliquez le lien : 4. A Enolase, Parenté moléculaire entre les êtres vivants. Cliquez le lien : Comparaison de toutes les molécules Les séquences alignées et la séquence de référence se chargent dans les Boîte d'alignement et Boîte à Séquences 3D qui serviront à l'affichage de l'alignement. Cliquez sur le bouton Le listing d'alignement (exemple de listing généré par PE) apparaît et la molécule est colorée selon ce listing. Option : Si la sélection "site actif" du chapitre précédent est encore présente, utilisez là pour repérer le site actif. Chapitre IX: Démarrer Protéine Explorer et charger des molécules. Le lancement de Protéine Explorer et le chargement des molécules peut-être réaliser de diverses manières. 52. Comment lancer Protéine Explorer? Protéine Explorer est un site web et s'utilise donc comme tout site Web. Pour démarrer Protéine Explorer il est possible de : o rechercher la page DemarrerPe.htm et cliquer sur cette page pour qu'elle s'ouvre dans le navigateur. o créer un raccourci vers la page DemarrerPe.htm depuis le bureau ou depuis une autre page Web. Le raccourci permet d'intégrer Protéine Explorer à un protocole de TP sous forme numérique et ainsi de lancer PE au moment adéquat par le biais du raccourci. Exemple de raccourci 53. Comment charger une molécule dans Protéine Explorer? Il y a plusieurs manière de charger une molécule dans PE : o à partir de la page de chargement de PE après son lancement. o à partir d'un raccourci qui ouvre PE et charge simultanément la ou les molécules utiles. C'est la méthode la plus intéressante puisqu'elle réalise simultanément les deux opérations (C'est cette méthode qui est utilisée dans la Visite guidée) Visite guidée de Protéine explorer 24

25 54. Comment charger une molécule à partir de Protéine Explorer? Lorsque PE est ouvert sans spécifier de fichier particulier il affiche d'abord une page de chargement d'une molécule. Cette page permet : o de charger un exemple proposé, nommé Protéine:ADN. Il s'agit d'un fichier intégré à PE de manière à découvrir les caractéristiques de PE. o de taper un code PDB puis Charger. Dans ce cas PE télécharge le fichier PDB indiqué sur une banque de données internationales par Internet. Il est donc nécessaire d'être connecté. o de choisir une molécule sur un disque local (le disque dur C: par exemple) ou un répertoire d'un réseau local. Cette méthode permet d'utiliser PE hors connexion à partir du moment ou il a été installé localement. Par ailleurs la page frntdoor.htm de PE permet également de charger une molécule à partir de son adresse (URL) sur n'importe quel site internet ou elle est stockée. 55. Comment créer des raccourcis lançant PE et chargeant des fichiers moléculaires? Pour créer ces raccourcis, il faut respecter la syntaxe propres à PE ainsi pour quelques exemples utilisés au cours de la visite guidée, cette syntaxe est la suivante : o pour Explorer : lien1 vers la page pe.htm? id= lien2 vers le fichier moléculaire1 & o pour Comparator : lien1 vers la page pe.htm? id= lien2 vers le fichier moléculaire1 &id2= lien3 vers le fichier moléculaire2 & Explorer avec Enolase../protexpl/pe.htm?id=../classes/pdb/enolase.pdb& Comparator avec RU486 et progestérone../protexpl/pe.htm?id=../classes/pdb/progesterone.pdb&id2=../classes/pdb/ru486.pdb& La page Query_pe.htm détaille tous les cas de figures permettant de créer des raccourcis pour charger des molécules dans PE Visite guidée de Protéine explorer 25

26 Chapitre X: Modèles de RMN et animations. Les fichiers moléculaires contenant plusieurs modèles moléculaires permettent de créer des animations à partir des modèles présents dans les fichiers. Ces animations ouvrent de nouvelles perspectives concernant l'utilisation des fichiers moléculaires puisqu'il devient possible de voir des molécules "en action". Ces outils fonctionnent encore de manière imparfaite (bien dans netscape 4 et moins bien dans Internet explorer) et nécessitent un gros travail de mise en forme qui est long et qui n'est pas à la portée de tout le monde. Il m'a tout de même semblé intéressant de présenter les principes et quelques exemples de ces animations. Lancer Protéine Explorer et charger une molécule de Rubisco à 3 modèles (avec substrat1, avec substrat2, avec produits) 56. Qu'est ce qu'un modèle moléculaire? Dans certains cas la détermination moléculaire permet d'obtenir dans un même cristal moléculaire plusieurs configurations légèrement différentes de la même molécule. Ces configurations sont décrites et identifiées dans le fichier moléculaire sous la formes de différent modèles d'une même molécule. 57. Comment obtenir des modèles moléculaires? Les techniques d'étude tridimensionnelle des molécules sont au nombre de deux la diffraction aux rayons X et la résonance magnétique nucléaire (RMN). La diffraction aux rayons X permet d'obtenir des modèles moléculaires uniques alors que la résolution de la RMN permet parfois d'obtenir un nombre plus ou moins grand de modèles d'une même molécule. 58. Quelles est la signification des différents modèles? Les différents modèles correspondent à des variations de la structure 3D de la molécule liée à différents paramètres : agitation moléculaire (température), présence ou non d'un ligand (inhibiteur enzymatique, substrat...) 59. Comment utiliser les modèles moléculaires? L'exploration avancée de Protéine Explorer propose un outil qui génère des animations à partir des modèles moléculaires; Il est possible ensuite d'enregistrer les animations indépendamment de PE pour les affiner et les retravailler. Bras fixateur du calcium Réaction à un inhibiteur Agitation moléculaire (binding to an EF Hand) (Serotonin N-Acetyl transferase binding inhibitory substrate analog) (2BBN) 60. Comment fabriquer des modèles moléculaires? Certains logiciels (Deep view) permettent de fabriquer des fichiers moléculaires à plusieurs modèles à partir de différentes molécules grâce à une fonction de superposition de molécules au départ indépendantes. Ces fichiers sont donc artificiel et doivent être utilisés avec précaution La tête de myosine quant à leur signification biologique. La RuBP en action Visite guidée de Protéine explorer 26