Electrophorèse SDS PAGE : principe et exemple d'application en STL Biotechnologies

O Beaumesnil — 2012-06-12T18:28:13Z

L'objectif de cet article est de :
recenser quelques ressources (vidéos, animations, diaporamas...) permettant d'appréhender le principe de cette technique électrophorétique,
présenter des ressources en anglais permettant d'envisager une utilisation dans la cadre de la LV technologique de section STL Biotechnologies,
présenter un exemple d'application pratique en STL Biotechnologies, portant sur l'identification variétale de protéines de tissu musculaire de poisson.

Principe et mise en oeuvre de la SDS-PAGE

L'électrophorèse SDS-PAGE (électrophorèse en gel de polyacrylamide contenant du dodécysulfate de sodium) est une technique consistant à faire migrer des protéines dans un gel, sous l'influence d'un champ électrique, permettant ainsi leur séparation.

Voir le diaporama de présentation de la SDS-PAGE (en anglais) utilisé au lycée Senghor lors de l'échange Comenius sur la protéomique :

SDS-PAGE Principle

La manipulation nécessite :
une cuve à électrophorèse + un générateur électrique,
un gel de polyacrylamide (précoulé en cassette ou à préparer) contenant des puits pour dépôt,
des solutions tampons adaptées au gel.

Le gel de polyacrylamide est créé par la polymérisation d'acrylamide et de bis-acrylamide, en présence d'agents de polymérisation (TEMED, persulfate d'ammonium par exemple). Plus la concentration en acrylamide est élevée, plus les pores seront petits et plus les molécules seront freinées dans le gel.

Comme toute technique électrophorétique, la SDS-PAGE permet la séparation des particules se fait en fonction de leur charge électrique et pour des charges identiques, en fonction de leur taille.
Dans le cas de la SDS-PAGE, la séparation est réalisée en conditions dénaturantes en raison de l'ajout de SDS (dodécylsulfate de sodium) : le SDS est un détergent fort possédant une longue queue hydrocarbonée hydrophobe et une extrémité chargée négativement. Il intéragit avec les protéines par sa portion hydrocarbonée en liant leurs régions hydrophobes. En se liant à la protéine, le SDS empêche son repliement et lui confère une charge nette négative.
La structure native de la protéine est donc dénaturée, et une charge apparente négative est alors conférée à la protéine.

En présence de SDS, les protéines auront donc toutes une charge apparente négative, elles migreront donc toutes vers l'anode. Cela signifie que seul le poids moléculaire des protéines sera le facteur de leur séparation. Les protéines ayant un petit poids moléculaire, seront moins retenues dans les pores du gel de polyacrylamide et migreront donc plus loin que les grosses.

Remarque : on ajoute aussi très souvent au mélange dénaturant du 2-mercaptoéthanol. Ce composé réduit les pont disulfures unissant les différentes sous-unités des protéines oligomériques. Chaque sous-unité, une fois dissociée, fixe le SDS et prend une charge apparente négative. Les sous-unités étant dissociées, sur le gel, apparaitrons après migration, autant de bande qu'il y avait de sous-unités constitutives.

Exemple de simulation animée d'une électrophorèse SDS-PAGE :

Choisissez la masse moléculaire des protéines étalons A, B, C et D, puis cliquer sur « START » et immédiatement après sur « STRAIN » pour visualiser la progression des protéines dans le gel. A tout moment il est possible d'appuyer sur « STOP » pour arrêter la progression :

Source : www.winona.edu

Réalisation d'une électrophorèse SDS-PAGE

Les protéines, préalablement traitées en conditions dénaturantes, sont tout d'abord condensées dans un gel de concentration puis séparées dans un gel de séparation. Lorsque les protéines ont été séparées, leur révélation sur le gel peut être effectuée en les colorant directement (Bleu de Coomassie par exemple). Cette coloration permet de visualiser toutes les protéines dans l'échantillon dont la concentration dépasse la limite de détection de la coloration. Le gel coloré au bleu de Coomassie peut être ensuite transparisé par un mélange méthanol/acide acétique/eau.

Voir ci-dessous en vidéo (en anglais) les différentes étapes de progression des protéines au sein d'un gel :

Source : www.geened.com

Exemple de gel après coloration au bleu de Coomasie :

Exemple d'application pratique en STL Biotechnologies : identification variétale de poisson par caractérisation de protéines du tissu musculaire

Intérêt de la manipulation

Grâce à la SDS-PAGE, il est possible de déterminer assez finement la présence d'une protéine donnée dans un échantillon protéique. Une protéine sera caractérisée par une masse moléculaire donnée.
L'objectif de la séance est de caractériser, chez un poisson, une protéine du tissu musculaire, l'actine, qui est impliquée dans les mécanismes de contraction musculaire. Dans chaque variété de poissons, on retrouvera des forme d'actine ayant des caractéristiques précises, permettant ainsi de comparer des variétés entre-elles : on parle d'identification variétale. Il est ainsi possible de comparer entre-elles les protéines de différentes variétés d'une espèce en comparant leurs masses moléculaires.

Dans la séance proposée nous testerons deux échantillons :

un échantillon de référence, constitué par du tissu de saumon sauvage,
un échantillon de saumon à tester commercialisé comme étant d'origine sauvage.
Les saumons d'élevage, souvent croisés avec des truites, ayant des caractéristiques sensiblement différentes des saumons sauvages, nous allons vérifier, par comparaison de leur actine, que le saumon commercialisé comme étant d'origine sauvage, n'est pas un poisson d'élevage.

Protocole et matière d'oeuvre à télécharger :

Exemple de protocole

Exemples d'exploitation possibles :

Questions de compréhension :
Justifier le rôle des différents constituants du tampon Laemmli. Justifier le rôle du bleu de Coomassie, puis de l'étape de transparisation sous l'eau.

Proposer un schéma légendé et annoté du montage électrophorétique et expliquer le rôle des différents éléments.

Repérer sur le gel les bandes correspondant à l'actine.

Expliquer les différences de migration observées pour les différentes protéines du mélange étalon.

Tracer la courbe d'étalonnage (log masse moléculaire en kDa = f (distance de migration à l'aide de l'outil informatique.

A l'aide de la courbe d'étalonnage, déterminer la masse moléculaire de l'actine des deux variétés de poissons testés et conclure sur l'origine du saumon testé.

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Electrophorèse SDS PAGE : principe et exemple d'application en STL Biotechnologies

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Exemple d'application pratique en STL Biotechnologies : identification variétale de poisson par caractérisation de protéines du tissu musculaire