ANNÉEE UNIVERSITAIRE 2009-2010
en cours d'actualisation (30 octobre 2009)

Les plans de cours sont donnés à titre indicatif

Ils sont suceptibles de modifications


Claudine Mayer

Dynamique structurale des Macromolécules
Département de Biologie Structurale et Chimie
Institut Pasteur
25 rue du Dr Roux
75 015 PARIS
Tel. 01 45 68 83 87
Fax. 01 45 68 89 93
mayer@pasteur.fr

Structure et Fonctions des ADN

5 - Structure des macromolécules en solution


Carole Saintomé

Institut Jacques Monod
saintome@ijm.jussieu.fr

Structure et Fonctions des ARN

5 - Structure des macromolécules en solution

L’ARN

L’ARNt

Les familles d’ARN

Les ARN catalytiques

Complexes ribonucléoprotéiques : la télomérase comme exemple

Bibliographie-Nucleic Acid Structure, Edited by Stephen Neidle (Oxford University Press)
-Principles of Nuleic Acid Structure by Wolfram Saenger, Edited by Charles Cantor (Springer-Verlag New York Inc.)
-RNA structure and function, Edited by Robert Simons and Marianne Grunberg-Manago (Cold Spring Harbor Laboratory Press)
-The RNA world, Edited by Raymond Gesteland, Thomas Cech and John Atkins (Cold Spring Harbor Laboratory Press)


Jacques Chomilier
IMPMC
140 rue de Lourmel
75015 PARIS
Tel : 33 (1) 44 27 50 79
Fax : 33 (1) 44 27 37 58
jacques.chomilier@impmc.jussieu.fr

Structure et repliement des protéines globulaires

5 -Structure des macromolécules en solution

Bibliographie
Introduction to protein structure, Branden et Tooze
Structure and mechanism in protein science. Alan Fersht. Freeman 2000.
Protein physics. Alexei Finkelstein, Oleg Ptitsyn. Academic Press. 2002.

Sophie Cribier

Laboratoire des BioMolécules
bâtiment F 7ème étage - 4 place Jussieu 75005 Paris
Tel 01 44 27 38 42
Fax 01 44 27 71 50
Sophie.Cribier@upmc.fr

http://www.chimie.ens.fr/LBM/

Lipides (Cohésion membranaire, Hétérogénéité lipidique)

8 - Systèmes organisés et membranes

Bibliographie Biochimie et biophysique des membranes : aspects structuraux et fonctionnels - E. Shechter, B. Rossignol - Masson - 3ème éd. 1998 Tanford, The Hydrophobic Effect, Wiley

Daniel Picot

Institut de Biologie Physico-Chimique UMR 7099 CNRS
13 rue Pierre et Marie Curie 75005 Paris
Tel 01 58 41 51 03 Fax 01 58 41 51 24
Daniel.Picot@ibpc.fr
Secretaire: Edith Gardet: 01 58 41 50 04
http://www.ibpc.fr/UMR7099/

Structure et cristallographie des protéines membranaires

8 - Systèmes organisés et membranes

La détermination de la structure des protéines membranaires a posé et pose toujours de nombreuses difficultés. Le but de ce cours est à la fois d’aborder les problèmes spécifiques des déterminations structurales des protéines membranaires et d’utiliser celles-ci comme exemples d’application de la cristallographie des protéines.Nous passerons en revue les différentes étapes d'une détermination structurale en insistant sur les aspects particuliers aux protéines membranaires. Ceux-ci concernent plus particulièrement la manipulation des protéines membranaires en présence de tensioactifs dans des conditions de cristallisation (choix des tensioactifs) et le rôle que certaines transitions de phases peuvent jouer dans la cristallisation (cristallisation à partir de phases micellaires ou de phases cubiques, etc.). Comme les progrès récents obtenus sur les protéines membranaires sont redevables au rayonnement synchrotron, nous aborderons également leur utilisation dans les études structurales et fonctionnelles (y compris cryocristallographie). Finalement, toute analyse structurale nécessite un regard critique sur la notion de modèle (atomique ou autre), tenant compte notamment des résolutions spatiales atteintes qui peuvent être très variables d'une structure à l'autre. Ces modèles devront être comparés avec les résultats obtenus par d'autres méthodes. Ce cours considérera les bases de la cristallographie et les notions essentielles sur les détergents comme acquises.


Fabrice Rapapport

Institut de Biologie Physico-Chimique UMR CNRS 7141
13 rue Pierre et Marie Curie 75005 Paris
Tel 01 58 41 50 59 Fax 01 58 41 50 22
Fabrice.Rappaport@ibpc.fr

http://www.ibpc.fr/UMR7141 /

Bioénergétique

8- Systèmes organisés et membranes

Bibliographie Nicholls, D.G. and Ferguson, S. J. (2002) Bioenergetics 3, Academic Press. Cramer, W.A. and Soriano, G.M. (2000) Thermodynamics of energy transduction in biological membranes. Biophysics Textbook Online http://www.biophysics.org/btol/bioenerg.html#1

Carine van Heijenoort, Muriel Delepierre, Christina Sizun et Geoffrey Bodenhausen

Institut de Chimie des Substances Naturelles (ICSN),
91190 Gif sur Yvette,
Tel 01 69 82 37 94 /37 83
Carine.Van-Heijenoort@icsn.cnrs-gif.fr

sizun@icsn.cnrs-gif.fr

Laboratoire RMN, Institut Pasteur,
28 rue du Dr Roux,
75724 PARIS cedex 15,
Tel: 01 45 68 88 71; 01 45 68 88 70 Fax: 01 45 68 89 29
murield@pasteur.fr

secrétariat Liliane LOZANO Tel 01 40 61 37 02

Laboratoire des Biomolécules,
Ecole Normale Supérieure, Département de Chimie
24 rue Lhomond,
75231 Paris Cedex 05
Tel: 01 44 32 33 44
geoffrey.bodenhausen@ens.fr

http://www.chimie.ens.fr/LBM/

Résonance Magnétique Nucléaire

4 - Méthodes physiques d'étude des macromolécules
et 6 - Applications de la RMN

Le but du cours est de donner aux étudiants une approche théorique et pratique de la Résonance Magnétique Nucléaire des macromolécules biologiques afin qu'ils puissent dans leur futur parcours de recherche comprendre toutes les possibilités de cette technique pour l'analyse de la structure, de la dynamique et de l'analyse des interactions entre biomolécules. Il s'inscrit dans l'idée générale du master de biophysique, qui est de permettre aux étudiants d'appréhender un ensemble de techniques biophysiques de pointe pour l'analyse d'un système biologique à l'échelle moléculaire. L'objectif est que les étudiants puissent à la fin du cours comprendre des publications de RMN biologique, appréhender l'opportunité d'utiliser la technique dans le cadre de leur futur projet scientifique, et aller discuter en connaissance de cause avec des chercheurs spécialistes. Il sera aussi une base pour les étudiants intéressés par la suite à poursuivre leur stage de master et leur thèse dans le domaine de la RMN.

Le cours sera divisé en 5 parties :

•  Bases théoriques de RMN (8h, Carine van Heijenoort) #

•  Etude structurale des protéines par RMN (4h, Muriel Delepierre) #

•  Analyse de la dynamique des macromolécules (4h, Carine van Heijenoort) #

•  Analyse des interactions entre macromolécules biologiques (4h, Muriel Delepierre) §

•  Etude de systèmes vivants : spectroscopie RMN in vivo et imagerie (6h, Geoffrey Bodenhausen) §

•  Analyse de publications (4h, CvH, MD et GB) §

RMN du solide appliquée à l'étude des lipides et des protéines membranaires

6 - Applications de la RMN

 

Ces enseignenements seront complétés par une visite d'un laboratoire de RMN (une demi-journée).

Bibliographie R.Ernst, G.Bodenhausen, A. Wokaun:Principle of Nuclear Magnetic Resonance in one and two dimensions, Oxford Science 1987 D. Canet La RMN : concepts et methodes, Interéditions, 1991. K. Wüthrich NMR of proteins and nucleic acids. Wiley interscience 1986 J. Evans Biomolecular NMR spectroscopy. Oxford 199
Cavanagh, J., Fairbrother, W. J., Palmer III, A. G. and Skelton, N. J. (1996), Protein NMR spectroscopy, principles and practice, Academic Press


Claudine Mayer

Dynamique structurale des Macromolécules
Département de Biologie Structurale et Chimie
Institut Pasteur
25 rue du Dr Roux
75 015 PARIS
Tel. 01 45 68 83 87
Fax. 01 45 68 89 93
mayer@pasteur.fr

Cristallographie des macromolécules et diffusion par des solutions concentrées de macromolécules

4 - Méthodes physiques d'étude des macromolécules

            Introduction

 

                        II.1.     Introduction
                        II.2.     Définitions
                        II.3.     L'unité asymétrique
                        II.4.     Les éléments de symétrie
                        II.5.     Les 7 systèmes cristallins
                        II.6.     Les modes de réseaux
                        II.7.     Les 14 réseaux cristallins
                        II.8.     Les groupes d'espace
                        II.9.     Exemple de groupe d'espace : P212121
                        II.10.   Tables internationales de cristallographie
                        II.11.   Points importants

                        III.1.    Introduction
                        III.2.    2 types de rayonnements
                        III.3.    Dualité onde-corpuscule
                        III.4.    Interaction des rayons X avec la matière
III.5.    Production des Rayons X
III.6.    Détection des Rayons X

IV.1.    Introduction
IV.2.    Diffusion par un atome
                        IV.3.    Diffusion par une molécule
                        IV.4.    Diffraction par un cristal
                        IV.5.    Conditions de diffraction
                        IV.6. Le réseau réciproque
                        IV.7. Conclusion

                        V.1. Relation entre le cristal et l'espace de diffraction
                        V.2. Le facteur de structure
                        V.3. Collecte des données de diffraction
                        V.4. Intégration des données de diffraction
                        V.5. Comprendre les phases
                        V.6. Calcul de la densité électronique
                        V.7. Construction du modèle
V.8. Notion de résolution
V.9. Affinement du modèle
V.10. Critère de validation des structures

                        VI.I.    Introduction
                        VI.2.    Méthodes directes
                        VI.3.    La fonction de Patterson
                        VI.4.    Remplacement isomorphe
                        VI.5.    Diffusion anomale
                        VI.6.    Remplacement moléculaire

1. Principaux programmes utilisés
2. Quelques mots de conclusion
3. Bibliographie
4. Quelques sites Internet
5. Aujourd'hui et demain ...

Bibliographie Crystallography made Crystal Clear, A guide for users of Macromolecular Models Gale Rhodes, Academic Press, Inc. Protein Crystallography T. L. Blundell and L. N. Johnson, Academic Press, Inc. Principles of Protein X-Ray Crystallography Jan Drenth, Springer-Verlag Methods in Enzymology, Macromolecular Crystallography vol 276 & 277 Academic Press Fundamentals of Crystallography C. Giacovazzo IUCr, Oxford science publicationsDiffusion des rayons X en solution

Sophie Cribier

Laboratoire des BioMolécules
bâtiment F 7ème étage - 4 place Jussieu 75005 Paris
Tel 01 44 27 38 42
Fax 01 44 27 71 50
Sophie.Cribier@upmc.fr

http://www.chimie.ens.fr/LBM/

Méthodes optiques

4 - Méthodes physiques d'étude des macromolécules


Gérard Bolbach

Laboratoire des Biomolécules CNRS-UMR7203
Université Pierre et Marie Curie, case courrier 182
4 Place jussieu, 75252 Paris Cedex 05
http://www.chimie.ens.fr/LBM/
Plate-Forme Spectrométrie de Masse et Protéomique, Université Pierre et Marie Curie, Bât A, case courrier 41, 6ème étage 7-9, Quai Saint-Bernard 75005 Paris
Phone (33) 1 44 27 34 09
http://ifr-bi.snv.jussieu.fr/
bolbach@ccr.jussieu.fr

Spectrométrie de masse

4 - Méthodes physiques d'étude des macromolécules

Ce cours présentera les principes de la spectrométrie de masse pour l'étude des biomolécules en particulier des protéines (protéomique).

 


Catherine Vénien-Bryan


IMPMC, UMR 7590 [CNRS, UPMC, UPD, IPGP]
Université Pierre et Marie Curie, Campus Boucicaut
140 Rue de Lourmel, 75015 Paris
Tel +33 (0)144 27 72 05
Fax +33 (0)144 27 37 85

catherine.venien@bioch.ox.ac.uk

Cryo-microscopie électronique et reconstruction tridimensionnelle de macromolécules biologiques 

4 - Méthodes physiques d'étude des macromolécules


I Le microscope électronique et la formation de l’image

II Les échantillons biologiques et leur préparation pour l’observation en MET

Comment appréhender l’ étude d’une macromolécule biologique par microscopie. Comment préparer l’échantillon pour répondre au mieux à la problématique ?

III Techniques d’analyse d’images. Reconstruction d’un modèle dans les trois dimensions à partir d’images 2D.

Bibliographie
“Three-dimensional electron microscopy of macromolecular assemblies. Visualization of biological molecules in their native state” (2006). Frank, J. Oxford, University Press.
“Electron Crystallography of Biological Macromolecules” (2007) Glaeser R., Downing K., David DeRosier D. Chiu W. Frank J. Oxford University Press
“Protein structure determination by electron cryo-microscopy” Jonic S, Vénien-Bryan C. Curr Opin Pharmacol. 2009 (5):636-42.


Germain Trugnan

CHU Saint-Antoine - 27 rue Chaligny - 75012 PARIS
Tél. 01 40 01 13 27 – Fax. 01 40 01 13 90
germain.trugnan@upmc.fr

Des fonctions cellulaires aux structures moléculaires

Introduction à la Biologie et 7 - Systèmes cellulaires

La maintenance cellulaire et la fabrication des protéines :

Noyau cellulaire, réplication et transcription
Mitose cellulaire, cycle cellulaire et sa régulation
Méïose, recombinaisons génétiques, reproduction et développement
Réticulum endoplasmique, biosynthèse des protéines (traduction), contrôle qualité, dégradation et protéasome
Appareil de Golgi, maturation des protéines
Notion de dynamique cellulaire : endocytose, exocytose.

Respirer et produire de l’énergie :

Aéorobie et anaérobie : bactéries, eucaryotes, virus et autres formes du vivant
L’oxygène et son transport, fonctions et structure de l’hémoglobine
Mitochondrie, chaîne respiratoire et production d’énergie

Seconde partie :

Créer et maintenir la dynamique d’une structure cellulaire :

Le cytosquelette, les jonctions cellules-cellules et les protéines du cytosquelette
Les mouvements cellulaires et les protéines motrices
La matrice extracellulaire et les protéines des tissus de soutien

Définir un territoire, reconnaître et se défendre :

Membranes et lipides membranaires
Les cellules du système immunitaire et les immunoglobulines

Transformer :

Enzymes et enzymologie


Philippe Thomen

Laboratoire Pierre Aigrain
Ecole Normale Supérieure
24, rue Lhomond
75005 Paris
Tél. : 01.44.32.25.65
Fax : 01.44.32.38.40
thomen@lpa.ens.fr

Evolution des génomes chez les micro organismes

7 - Systèmes cellulaires

  1. Introduction

 Qu'est-ce que l'évolution ?
 Qu'est-ce qu'un microorganisme ?
 Pourquoi étudier l'évolution des microorganismes ?

  1. Les bases moléculaires de l'évolution

2.1 : L'ADN et le code génétique
2.2 : Transcription, traduction
2.3 : Régulation de la transcription
2.4 : Réplication de l'ADN, correction et réparation d'erreur
2.5 : La recombinaison ; les éléments transposables

  1. Les mécanismes de l'évolution

3.1 : Structure et évolution des génomes
3.2 : Evolution par mutation ponctuelle
3.3 : Transfert horizontal d'ADN
3.4 : Evolution par duplication d'ADN
3.5 : Rôle des éléments transposables dans l'adaptation

  1. Expériences de ”paléontologie expérimentale”
4.1 : Culture par dilution en série et culture en continue
4.2 : Fitness
4.3 : Sélection positive / négative
4.4 : Goulot d'étranglement (bottleneck)
4.5 : Mutateur
4.6 : Auto-stop
4.7 : Dérive génétique
4.8 : Contraintes

Atef Asnacios

Laboratoire MSC (Matière et Systèmes Complexes) Case courrier 7056
Batiment Condorcet - Université Paris 7
10 rue Alice Domon et Léonie Duquet 75205 Paris cedex 13
Tél : 01 57 27 62 14 Fax : 01 57 27 62 11
Atef.Asnaciost@univ-paris-diderot.fr

http://www.msc.univ-paris-diderot.fr/Groupesderecherche/physique.php

Physique de la cellule : caractérisation mécanique et réponse cellulaire à son environnement

7 - Systèmes cellulaires


Chantal Prévost et Marc Baaden

Institut de Biologie Physico-Chimique Laboratoire de Biochimie Théorique 13, rue Pierre & Marie Curie 75005 Paris - France Tél : + 01 58 41 51 65 Fax : + 01 15 341 50 26 Chantal.Prevost@ibpc.fr Marc.Baaden@ibpc.fr

Modélisation moléculaire:  méthodes, analyse des propriétés structurales, énergétiques et dynamiques des macromolécules 

0 - Analyse et prédiction des structures des macromolécules

Cet enseignement sera dispensé sous forme de cours classiques, des exemples seront donnés à travers des analyses d'article. D'autres illustrations seront proposées aux cours de Travaux pratiques.


Catherine Etchebest

Dynamique des protéines

0 - Analyse et prédiction des structures des macromolécules


Isabelle Callebaut

Département de Biologie Structurale Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux Condensés (IMPMC) CNRS UMR7590, Universités Paris 6 et Paris 7 Campus Boucicaut, 140 rue de Lourmel, 75015 Paris F 75252 Paris Cedex 05 Tel : (0)1-44 27 45 87 Fax : (0)1-44 27 37 85 Isabelle.Callebaut@impmc.jussieu.fr

Analyse des séquences de protéines et prédiction de leurs structures
et fonctions

0 - Analyse et prédiction des structures des macromolécules

Le but de cet enseignement, dispensé sous forme de cours et de travaux pratiques, est de pouvoir extraire l'information pertinente quant à la structure et aux fonctions d'une protéine, à partir de l'analyse de sa seule séquence en acides aminés.

Nous aborderons les différentes banques de données et méthodes disponibles (méthodes de recherche de similitudes, d'alignement de séquences, de prédiction des structures secondaires, ...), en nous attachant particulièrement à interpréter et à affiner les résultats obtenus par l'intermédiaire de l'étude des caractéristiques physico-chimiques du repliement des protéines. Quelques notions de génomique comparative seront également abordées.

L'étudiant disposera ainsi de méthodes sensibles d'analyse, lui permettant d'exploiter au mieux les séquences génomiques, en particulier celles très divergentes, pour lesquelles des homologues sont difficilement identifiables (séquences orphelines).

Plan du cours :

1 Séquences et structures de protéines: généralités, relations séquences / structures / fonctions
2 Banques de séquences et banques de structures
3 Recherche de similitudes de séquence
            3.1 Alignement de deux séquences
            3.1.1 Méthodes exactes
            3.1.2 Heuristiques - comparaison avec les banques de séquences (BLAST, FASTA)
            3.2 Alignements multiples
            3.3 Utilisations de profils (PSSM (PSI-BLAST), HMM), banques de domaines
4 Reconnaissance de repliement
5 Méthode Hydrophobic Cluster Analysis (HCA): principes et applications
6 Outils pour la modélisation et la validation des modèles

- Travaux pratiques


3 - Introduction à la biologie structurale et à la bioinformatique (100 h)

Les enseignements de cette UE sont organisés sous forme de conférences de 2 ou 3 heures sur les thèmes exposés ci-dessous. Le calendrier détaillé (pas forcément définitif) de l'année 2011-2012 est téléchargeable ici.

Fernando Rodriguez-Lima

Structure-Fonction des Macromolécules Biologiques (70h)

3 - Introduction à la biologie structurale et à la bioinformatique

Organisation des Génomes Évolution des génomes, séquençages répétés, familles de gènes et de protéines Mécanismes moléculaires de la régulation  génique   Introduction à l'étude structurale des macromolécules   Biogenèse et dégradation des macromolécules   Modifications macromoléculaires physiologiques  Abords expérimentaux du transcriptôme Introduction à l'étude structurale des macromolécules Concepts et outils de la pharmacogénomique   Concepts et outils de la génomique –Spectroscopie de masse Validation des modèles in silico

Philippe Derreumaux

Bioinformatique (30h)

3 - Introduction à la biologie structurale et à la bioinformatique

Comparaison des séquences Principales bases de données biologiques Recherche de motifs fonctionnels, spécifiques, structuraux  et cinétiques Annotation de séquences génomiques Analyses informatisées de données issues du transcriptôme Repliements des protéines  et topologies Génomique structurale et modélisation Drug design