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Modèles moléculaires

Introduction


La visualisation tridimensionnelle des molécules sur un écran d'ordinateur ou infographie moléculaire permet de représenter l'image dans l'espace d'un modèle moléculaire. Pour cela, chaque atome constituant la molécule est identifié par ses coordonnées spatiales obtenues par des techniques telles que la radiocristallographie X. Ces données (fichiers de molécules au format pdb) sont librement disponibles dans des banques de données internationales telle que la Protein Data Bank et peuvent être téléchargées sur l'Internet. 
De nombreux programmes informatiques ont été conçus pour utiliser les fichiers pdb afin d'afficher sur un écran d'ordinateur les modèles moléculaires selon divers types de représentation (boules, rubans, squelette carboné, etc.) et la plupart d'entre eux sont librement disponibles au téléchargement sur l'Internet.
L'infographie moléculaire constitue aujourd'hui un outil pédagogique utilisé dès l'enseignement secondaire. Les différents modes de représentation des molécules permettent d'identifier des structures caractéristiques, de réaliser des mesures et de mettre en relation structures et fonctions des molécules biologiques. Il est également possible d'élaborer des images fixes, des animations video ou des scripts à partir des fichiers pdb.
L'utilisation d'une série d'images fixes au format gif avec un logiciel approprié comme Animation Shop permet par exemple de construire facilement des animations comme celles présentées ci-dessous. Toutefois, comme on le verra ci-dessous, l'utilisation de scripts offre la possibilité de réaliser des animations beaucoup plus performantes.
 

Rotation d'un ARNt (phénylalanine ARNt de levure)


Sous unité d'hémoglobine
(Eric Martz)
Animation provenant du site de RASMOL (Eric Martz).

Sites de téléchargement

Il existe différents outils logiciels permettant de réaliser des infographies moléculaires et certains d'entre eux sont disponibles gratuitement et peuvent être téléchargés sur l'Internet aux adresses indiquées ci-dessous (versions en Français) : 

  • Sur le site BIO-GEO de l'Institut National de Recherche Pédagogique (INRP)
    • Une version en Français du très populaire logiciel RASMOL. PROTEIN EXPLORER et PROTEIN COMPARATOR (versions en Anglais).
    • Une version du plug-in CHIME, extension destinée au navigateur Netscape permettant d'utiliser les modèles moléculaires dans des pages web avec un menu donnant accès aux différents types de représentations possibles.
  • Sur le site BIOTIC de l'Institut National de Recherche Pédagogique (INRP)
    • Une version de RASTOP, successeur plus performant de RASMOL.
  • Sur le site SVT de l'académie d'Orléans-Tours 
    • Le logiciel MOLUSC (Visionneuse pour l'analyse et la comparaison de Molécules à Usage Scolaire) qui utilise le plug-in CHIME pour exploiter de façon simple les possibilités de l'infographie moléculaire.
  • Sur le site SVT de l'académie de Strasbourg
    • Une version en Français de PROTEIN EXPLORER
Des bibliothèques de coordonnées moléculaires à visée pédagogique peuvent être également téléchargées sur les sites indiqués.

Utiliser en ligne des logiciels d'infographie moléculaire

L'utilisation de ces logiciels, en ligne ou en local, nécessite l'installation du plug-in CHIME sur l'ordinateur et il est recommandé d'utiliser comme navigateur une version 4.5 à 4.8 de Netscape Communicator, plus approprié qu'Internet Explorer pour utiliser CHIME. 

Utilisation pédagogique : que faire avec un logiciel d'infographie moléculaire ?

L'animation ci-dessous présente successivement les différents modes de représentations applicables aux macromolécules avec l'exemple d'une sous unité d'hémoglobine. 

PATIENTEZ POUR LE TELECHARGEMENT (780Ko)

Différentes représentations d'une sous unité de l'hémoglobine

Toutefois, les possibilités de l'infographie moléculaire ne se limitent pas à la représentation globale d'une molécule : il est possible de sélectionner des parties limitées d'une molécule et d'en faire varier la représentation dans l'espace et dans le temps en utilisant un script qui détermine la succession des événements. Un script est un fichier (au format texte mais avec l'extension .scr) qui comporte une suite de commandes RASMOL contrôlant l'affichage d'une molécule au format pdb. Les scripts peuvent aussi être utilisés avec CHIME pour utilisation dans des pages web.
On peut apprendre à créer un script par autoformation sur le site de l'INRP.

Voir un exemple de script pour Chime
(Complexe homodimérique cdk2, cycline A et ATP)

Quelques ressources
 

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