Modélisation moléculaire - Département d`informatique et de
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1. 95 initial par projet H06 IFT6292 BIN6001 F Major 11 Prototypage rapide la fin des ann es 90 Michael Bailey SD supercomputer center a commenc travailler avec Tim Herman Milwaukee School of Engineering sur une technologie nouvelle pour obtenir rapidement un mod le physique d une prot ine donn e Des mod les sp cifiques de qualit recherche ont commenc tre disponibles en 2000 la compagnie 3D Molecular Designs H06 IFT6292 BIN6001 F Major 12 H lice alpha de 10 pi L h lice alpha de Voss Andreae en m moire Linus Pauling 2004 Julian Voss Andreae qui a d couvert l h lice en 1951 Pour mettre en relief la diff rence entre l environnement naturel et l image cart sienne qu on se fait de la nature la gt x pi ce est peinte en rouge couleur ll compl mentaire au vert du feuillage lentourant La sculpture est plac devant la maison de Pauling au 3945 SE Hawthorne boul Portland en Oregon nouveau centre Linus Pauling pour la Science la paix et la sant H06 IFT6292 BIN6001 F Major Mod les mol culaires informatiques Un des premiers syst mes de visualisation graphique sur ordinateur en 1966 par Levinthal au MIT Image se l cran CRT avec le globe qui contr le la direction et la vitesse de la rotation de l image H06 IFT6292 BIN6001 F Major 14 TAMS Teaching aid for macromolcular structures Carte de visualisation de type 101 pouvant acc2. Mod lisation mol culaire e Introduction e Mod les mol culaires physiques e Mod les mol culaires informatiques e Boites outils H06 IFT6292 BIN6001 F Major Introduction La visualisation informatique des macromol cules s est fortement inspir e des repr sentations physiques d velopp es depuis le d but des tudes structurales des macromol cules H06 IFT6292 BIN6001 F Major Mod les mol culaires physiques e Un des premiers mod les mol culaires est celui de la myoglobine par Kendrew et ses coll gues en 1958 Un mod le de 6 pi 5cm par construit de boules de m tal support es par pr s de 2500 tiges de fer en perdre l essentiel du mod le e reprend son mod le plus tard en 1962 avec une repr sentation moins conflictuelle H06 IFT6292 BIN6001 F Major 3 Myoglobine de A A Barker 1965 H06 IFT6292 BIN6001 F Major HOG Le bender de Byron Byron Rubin lorsqu il travaillait comme cristallographe avec Jane Richardson dans les ann es 70 a invent une machine a plier un fil de fer pour lui faire suivre le squelette d une prot ine Rubin amp Richardson 1972 Dans ces ann es l la visualisation par ordinateur n tait pas encore r pandue et les mod les la Kendrew taient lourds et encombrants Les mod les de Byron taient les plus facile manipuler et transporter Un exemple de l importance des mod les de Byron est survenu lors d
3. e Imperial College Il invente le 2i me algorithme le plus rapide pour afficher par ray tracing une image ombrag e En 1990 il entre aux tudes gradu es l universit d Edinbourg il poursuit le d veloppement de son programme sous la direction du cristallographe Andrew Coulson Son algorithme qui n cessitait un parall lisme peut maintenant fonctionner sur un seul processeur sous Unix et plus tard sous Windows et Macintosh Il d veloppe son programme en version plus sp cialis e et compl te pour la visualisation mol culaire et en 1993 on commence l utiliser pour l enseignement et pour les publications Il offre g n reusement son programme au monde scientifique lorsqu il re oit son Ph D en 1993 En janvier 1994 il est employ par Glaxo Wellcome qui continu de supporter le d veloppement du logiciel gratuit Rasmol En 1997 Roger Saye arr te le d veloppement de Rasmol mais en 1999 Herbert Bernstein etses collaborateurs produisent la version 2 7 de Rasmol Le nom vient de Raster tableaux de pixels sur les crans Molecules Oxy h moglobine zooming Roger Sayle dit que ses initiales R A S n ont rien voir avec le nom C est en oxy h me 1HHO Image le geste de Roger Sayie de soumettre le code source C de Rasmol au anim e domaine publique qui a permis de le r cup rer par la suite Des d riv s du code source de Rasmol inclut MDL Chemscape Chime et Molecular Simulation WebLab On croit que le nombre d utilisat
4. e Washington U H06 IFT6292 BIN6001 F Major 6 Mod le cure pipe Squelette du domaine a B d une int grine d adh sion leucocyte 1LFA Les h lices sont en rouge et les brins en jaune Mod le construit par Tim Herman en 1997 H06 IFT6292 BIN6001 F Major 7 Sculpture sur bois Edgar Meyer utilise le fraisage contr l par ordinateur pour sculpter des macromol cules typiquement en bois 2000 Lien disulfure IFT6292 BIN6001 F Major Acier peint La rencontre des ph romones mating pheromones 2003 0 9 m tres Julian Voss Andreae H06 IFT6292 BIN6001 F Major Rubin sur acier inoxydable Byron Rubin est un cristallographe 1CRL 1MNC 1LPS 1LPM et l inventeur du bender dans les ann es 70 Au d but des ann es 2000 il a r alis plusieurs sculptures de pr cision scientifique de l hormone de croissance humaine celle ci en 2003 de l hormone de stimulation follicule de l interf ron beta pour Serono et de la prot ase de VIH avec son inhibiteur pour Pfizer L artiste cristallogaphe peut tre contact par courriel l adresse bhrxray aol com H06 IFT6292 BIN6001 F Major Sculpture au laser Le sculpteur Bathsheba Grossman sculpte la double h lice de l ADN dans un bloc de verre l aide d un laser Vous pouvez envoyer vos PDB au sculpteur www bathsheba com crystalprotein Un co t selon la dimension de la prot ine est ajout un
5. eurs de Rasmol d passe aujourd hui le million H06 IFT6292 BIN6001 F Major 19 MDL Chime E coli DNA Polymerase M BETA SUBUNIT The sliding DNA clamp David Marcey 1995 A Monomer and Dimer Struciure The beta subunit of DNA pol M provides for the remarkable processivity of the holoenzyme during replication The subunit is a ring shape clamp which embraces DNA in a central 35 angstrom hole and tethers the remainder ofpo l I to the template lt Xf The beta subunit is a hamadimer nf iwn heta mannmers fearh Bryan van Vliet et Tim Maffett chez MDL Information Systems Inc ont amorc le d veloppement de Chime CHemical mIME un visualisateur de la forme d un plug in de fureteur comme Netscape Chime utilise une adaptation du rendu et des commandes de Rasmol Chime contient environ 16000 lignes de code source de Rasmol convertit en C Ajout es ces lignes 80000 lignes additionnelles et vous obtenezla version 1 0 de Chime Franklin Adler Jean Holt et d autres ont compl t la version 2 0 Chime 1 0 a t annonc le 31 d cembre 1997 et Chime 2 0 le 3 novembre 1998 La combinaison d un fureteur et de Chime offre plusieurs avantages sur Rasmol pour des pr sentations ducatives en particulier au d but de 1997 plusieurs auteurs ont publi environ 30 pr sentations de mol cules sur le Web Par la suite on a ajout une interface permettant de charger et d ex cuter des routines sp cialis es ou d off
6. ommoder les paires de diapos st r o inclue avec le syst me TAMS 1980 5 1 4 Human Immunoglobulin G DOB Carbone alpha de l immunoglobuline humaine Les carbohydrates en turquoise la petite cha ne en jaune les grandes cha nes en rouge et bleu Vue st r o en yeux crois s H06 IFT6292 BIN6001 F Major 15 Co t du TAMS TAMS inclut des sections sur le lien peptidique l h lice alpha la structure beta la structure tertiaire la structure quaternaire les groupes prosth tiques et les sites d activit s 116 paires de diapos st r o couleur viennent avec le visualisateur st r o 1 paragraphe pour chaque paires d images 1 question avec sa r ponse Les images furent cr es avec une technologie graphique utilisant un frame buffer de 1 byte 256 couleurs pour chaque pixel de l cran Le frame buffer co tait 65000 achet par les NIH mais seulement 12000 quelques ann es plus tard H06 IFT6292 BIN6001 F Major Ordinateurs Evans amp Sutherland 1980 1990 Le syst me pr f r des cristallographes dans les ann es 80 l ordinateur fabriqu par Evans amp Sutherland www es com Ces ordinateurs co taient 250000 en 1985 Ils pouvaient afficher les cartes de densit lectronique et permettre de filer manuellement une s quence d acides amin s dans une carte L cran couleur pouvait montrer une cha ne d acides amin s en format fil de fer et de la faire tourner en temps r el Ces sys
7. rir une interface la Rasmol H06 IFT6292 BIN6001 F Major 20 Boites outils Birdwash http yoda imsb au dk birdwash Mod lisation dans le sens des cristallographes avec des outils pour manipuler des cartes de densit lectronique MMTK http dirac cnrs orleans fr programs mmtk html Molecular Modeling Toolkit Simulations mol culaires plut t que construction de mod les fait suite au MBT Molecular Biology Toolkit Art Olson www scripps edu pub olson web pour la visualisation et la manipulation MC Core http www lbit iro umontreal ca pour la manipulation et la construction de mod les d ARN IFT6292 BIN6001 F Major 21
8. t mes utilisaient une technologie graphique par vecteurs vector graphics Les rotations rapides taient accomplies gr ce trois processeurs d di s la multiplication des matrices un processeur par dimension X Y et Z Le logiciel qui venait avec ce syst me se nommait FRODO maintenant Turbo FRODO originellement d velopp par Alwyn Jones en 1978 Une quipe dirig e par Jones a crit plus tard le logiciel O populaire aupr s des cristallographes dans les ann es 90 H06 IFT6292 BIN6001 F Major 17 Kinemages par David amp Jane Richardson en 1992 Les Richardson d veloppent kinemage pour kinetic image et les programmes de support MAGE et PREKIN en 1992 Par vertu de leur implantation sur Macintosh ce fut le premier programme qui permettait la visualisation mol culaire grande chelle Les programmes sont d crits dans un article du p riodique Protein Science et les programmes taient distribu s sur une disquette venant avec ce num ro du p riodique L article du p riodique inclut le manuel d utilisation pour d finir de nouvelles animations Cinq ann es plus tard plus de 1000 kinemages ont t cr es pour compl ter des articles de la revue Protein Science dont la plupart venaient de Jane Richardson Animation MAGE de la transition d oxy carbomonxy du h me de l h moglobine H06 IFT6292 BIN6001 F Major 18 Rasmol par Roger Sayle en 1993 En 1989 Roger Sayie tudie l informatiqu
9. une conf rence au milieu des ann es 70 alors qu environ seulement une douzaine de structures de prot ines avaient t d termin es David Davies avait apport un mod le bender de Byron du fragment Fab d une immunoglobine et les Richardson avaient apport un mod le de la dismutase superoxide En comparant les mod les on s est aper u que les deux avaient des repliements similaires bien que les s quences n ont qu environ 9 d identit Cet incident est la premi re reconnaissance de l occurrence de ce qu on appelle aujourd hui le domaine de la superfamille des immunoglubulines qui ne sont pas reli es par leurs s quences Cet incident fut rapport dans un article apr s la conf rence Richardson et al J Mol Biol 102 221 235 Similarity of three dimensional structure Pc the immunoglobulin domain and the copper zinc superoxide dismutase subunit 76 IFT6292 BIN6001 F Major Sculpture mol culaire Apr s son id e d un bender le cristallographe Byron Rubin s est rendu compte que les machines utilis es par la compagnie Midas pour fabriquer des silencieux fonctionnaient sur le m me principe mais une chelle beaucoup plus grande Il a alors collabor avec l usine locale pour construire le squelette de la rubredoxine de 5 pi de hauteur de tuyaux d chappement d acier inoxydable Sculpture de la collag nase neutrophile humaine par Bryon Rubin en exposition permanente au Smithsonian d
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