Etude de la structure des gels protéiques par microscopie confocale

par Komla Guéwoul-Guèdè Ako

Thèse de doctorat en Chimie et physicochimie des polymères

Sous la direction de Taco Nicolai et de Dominique Durand.

Soutenue en 2010

à Le Mans .


  • Résumé

    La bêta-lactoglobuline est une protéine globulaire qui forme le constituant majoritaire du sérum du lait ou petit lait. Par dénaturation thermique, cette protéine s’auto-assemble pour donner des gels présentant des textures très différentes selon les conditions environnementales, en particulier de pH et de force ionique. Ces gels sont couramment utilisés dans l’industrie alimentaire, cosmétique ou galénique pour leurs propriétés mécaniques et/ou nutritionnelles. La détermination de la structure de ces gels nécessite de couvrir une très large échelle spatiale (depuis quelques nm jusqu’à plusieurs dizaines de microns) et requière donc l’utilisation de techniques expérimentales complémentaires (diffusion de rayonnement et microscopies). Si les techniques microscopiques sont utilisées depuis longtemps pour observer de telles structures, les images sont le plus souvent analysées uniquement de façon qualitative. Le premier objectif de cette thèse a été de développer une nouvelle méthode originale et quantitative d’analyse des images obtenues par Microscopie Confocale à Balayage Laser (MCBL) et de l’appliquer à des gels protéiques. L’analyse que nous avons mise au point est basée sur la détermination de la fonction d’autocorrélation g(r) des intensités de pixels. Cette fonction nous donne accès à l’amplitude et à la longueur de corrélation des fluctuations de concentrations qui sont gelées par la formation du réseau protéique. Ces grandeurs sont équivalentes à la masse molaire apparente (Ma) et au rayon apparent (Ra) des domaines dans les expériences de diffusion de rayonnement. La seconde partie de ce travail a constitué dans la caractérisation structurale des gels protéiques par microscopie confocale. Nous avons montré que l’amplitude et la longueur de corrélation des fluctuations de concentrations augmentent avec la force ionique. Le même comportement a été observé pour des systèmes sans sel lorsque le pH tend vers le point isoélectrique (pI). Pour tous ces gels, les fonctions g(r) ont pu être ajustées par une même fonction exponentielle étirée. Les systèmes à un pH loin du pI ont été étudiés par SAXS. En effet, lorsque la force ionique est très faible, on observe un pic d’interaction qui traduit la présence d’un ordre local due aux répulsions électrostatiques. Ce pic d’interaction s’atténue pour même disparaître lorsque la force ionique augmente ou quand le pH tend vers le pI. A partir de l’ensemble de ces résultats nous avons établi un diagramme de phase pH/force ionique pour les systèmes de βlg à 100g/l. Ce diagramme de phase montre que l’évolution de l’amplitude des fluctuations de concentrations n’est pas uniquement due aux interactions électrostatiques. Dans la troisième partie nous avons étudié la gélification des agrégats protéiques préparés dans une première étape par chauffage à 80°C. La gélification est obtenue dans une seconde étape par addition importante de sel quelle que soit la température. Elle peut même être réalisée à 20°C. Le temps de gélification des systèmes diminue avec l’augmentation de la taille des agrégats protéiques, de leur concentration, de la force ionique et de la température. Bien que les structures locales de ces gels soient identiques à celles des gels obtenus à chaud, on n’observe pas de micro-séparation de phase. Les données rhéologiques ont montré que les systèmes préparés à froid gélifient très vite mais continuent de couler lorsqu’on retourne le récipient. En microscopie confocale, nous avons vu que les micro-domaines apparaissent bien après la gélification. En conclusion, ce travail nous a permis de développer une méthode quantitative d’analyse des images confocales, puis de comprendre la structure des gels protéiques sur une très large échelle spatiale en relation avec les conditions environnementales de leur formation.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (117-[28] p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 114-117

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  • Bibliothèque : Université du Maine. Service commun de documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2010LEMA1002
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