Qu'est-ce que la précipitation des protéines?
La précipitation des protéines est une méthode utilisée pour extraire et purifier les protéines contenues dans une solution. De grandes molécules complexes, les protéines ont généralement des parties à charge électrique négative et des parties à charge positive, ainsi que des parties hydrophiles et hydrophobes. Les protéines en solution ont tendance à s'agglutiner et à se précipiter en raison de l’attraction entre les parties des molécules chargées négativement et positivement et de l’attraction mutuelle des parties hydrophobes. Pour contrer cette tendance, cependant, dans une solution aqueuse, les molécules d’eau, qui sont polaires, auront tendance à s’arranger autour des molécules de protéine en raison de l’attraction électrostatique entre des parties de charge opposées de l’eau et des molécules de protéine. Il en résulte que les molécules de protéines sont séparées et restent en solution, mais il existe différentes méthodes pour obtenir une précipitation des protéines.
La méthode de précipitation des protéines la plus couramment utilisée consiste à ajouter une solution de sel, technique souvent appelée "relargage". Le sel le plus fréquemment utilisé est le sulfate d'ammonium. L'interaction des ions de sel avec les molécules d'eau élimine la barrière d'eau entre les molécules de protéines, permettant ainsi aux parties hydrophobes de la protéine d'entrer en contact. Il en résulte que les molécules de protéine s’agglomèrent et se précipitent hors de la solution. En règle générale, plus le poids moléculaire de la protéine est élevé, plus la concentration en sel nécessaire pour provoquer la précipitation est faible; il est donc possible de séparer un mélange de différentes protéines en solution en augmentant progressivement la concentration en sel, de sorte que différentes protéines précipitent à différentes étapes, un processus connu sous le nom de précipitation fractionnée.
La solubilité d'une protéine dans un milieu aqueux peut être réduite en introduisant un solvant organique. Cela a pour effet de réduire la constante diélectrique, ce qui dans ce contexte peut être considéré comme une mesure de la polarité d'un solvant. Une réduction de la polarité signifie que les molécules de solvant ont moins tendance à se regrouper autour de celles de la protéine, de sorte qu'il y a moins de barrière contre l'eau entre les molécules de protéine et une plus grande tendance à la précipitation de protéines. De nombreux solvants organiques interagissent avec les parties hydrophobes des molécules de protéines, entraînant une dénaturation. Cependant, certains, tels que l'éthanol et le diméthylsulfoxyde (DMSO), ne le font pas.
Bien que les protéines puissent avoir des parties chargées négativement et positivement, souvent en solution, elles auront une charge globale positive ou négative qui varie en fonction du pH et les sépare par répulsion électrostatique. Dans des conditions acides, avec un pH bas, les protéines ont généralement une charge positive, alors qu’à pH élevé, la charge est négative. Les protéines ont un point intermédiaire où il n'y a pas de charge globale. C'est ce qu'on appelle le point isoélectrique. Pour la plupart des protéines, il se situe dans la plage de pH 4-6. Le point isoélectrique d'une protéine dissoute peut être atteint en ajoutant un acide, généralement de l'acide chlorhydrique ou de l'acide sulfurique, afin de réduire le pH au niveau approprié, permettant ainsi la concentration et la précipitation des molécules de protéine. Un inconvénient de cette méthode est que les acides ont tendance à dénaturer la protéine, mais il est souvent utilisé pour éliminer les protéines indésirables.
D'autres procédés de précipitation de protéines comprennent des polymères hydrophiles non ioniques et des ions métalliques. Les premiers réduisent la quantité d'eau disponible pour former une barrière entre les molécules de protéines, leur permettant de s'agglutiner et de précipiter. Les ions métalliques chargés positivement peuvent se lier aux parties chargées négativement de la molécule de protéine, réduisant ainsi la tendance de la protéine à attirer une couche de molécules d’eau autour de celle-ci, permettant ainsi aux molécules de protéine d’interagir les unes avec les autres et de précipiter en solution. Les ions métalliques sont efficaces même dans des solutions très diluées.