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1 sachet noté O de 2 microtubes à stocker de - 20 C contenant : o 1 microtube à bouchon de couleur rouge de 300µL de solution d hémoglobine A o 1 microtube à bouchon de couleur mauve de 300µL de solution d hémoglobine S MATERIEL NECESSAIRE : - Pipettes de 10 ml (ref PGV10 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Poire à pipeter (ref PSPU dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) ou pipump (ref PIPUMP10 dans la partie matériel de laboratoire) - Eprouvette de 500 ml (ref EV500 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Flacon d 1L (ref FGV1000 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Flacon de 500 ml (ref FGV500 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Feutres permanents (ref FLMP dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Micropipette 0,2 ml (ref WCS200 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) ou poire à goutte calibrée (ref POI2 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Gants (ref GTP, GTM ou GTG dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Lunettes de protection (ref LUN1, LUN2 ou LUN3 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Papier aluminium (ref ALU dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Pince fine (ref PFID dans la partie anatomie du catalogue) - Microtube à bouchon (ref EPEN ou EPEN100 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Récipient pour bains de coloration et de décoloration (ref COUP2 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Cuve à électrophorèse avec support de bandes, alimentation continue de 125 V et 250 ma (ref CUV1G et ALIM125 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Acide acétique glacial pour faire de l acide acétique 5% (ref 161008.1611 dans la partie produits chimiques du catalogue) MATERIEL CONSEILLE : - Portoir à microtubes (portoir universel ref PORT1 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) - Pour solution de transparisation : méthanol (ref 161091.1211 dans la partie produits chimiques du catalogue), acide acétique (voir matériel nécessaire), diacétone alcool (141083.1611 dans la partie produits chimiques du catalogue) - Flacon de 100 ml (ref FGV100 dans la partie matériel de laboratoire du catalogue) Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 2 sur 17

FICHE PREPARATEUR 1) Préparation de la solution de rouge ponceau (étape réalisable à l avance et conservation de la solution à l abri de la lumière à 4 C pendant environ 3 mois) : Mettre des gants et des lunettes Mettre à l aide d une pipette 10 ml d acide acétique dans un flacon d 1 L Ajouter 1 L d eau déminéralisée Vous obtenez 1 L d eau acidifiée à 1% Noter ce flacon «eau acidifiée» Prélever 500 ml d eau acidifiée à 1% à l aide d une éprouvette Verser dans un flacon de 500 ml Ajouter le contenu du sachet noté «rouge ponceau» Noter ce flacon «rouge ponceau» Conserver à l abri de la lumière (flacon emballé dans du papier aluminium) à + 4 C pendant au maximum 3 mois. 2) Réalisation des solutions d hémoglobine à déposer Pour plus de clareté, vous pouvez noter A le microtube à bouchon rouge du sachet C stocké au congélateur et noter S le microtube à bouchon mauve. Prélever 105 μl à la micropipette de la solution contenue dans le microtube à bouchon rouge du sachet C stocké au congélateur. Verser dans un microtube vide et propre Noter ce tube «A/S» Prélever 105 μl à la micropipette de la solution contenue dans le microtube à bouchon mauve du sachet C stocké au congélateur. Verser dans le microtube noté «A/S» Agiter ce microtube Conservation des microtubes à 20 C pendant 6 mois 3) Préparation des microtubes pour les élèves Prélever 45 microl dans le microtube «A» et les transvaser dans un microtube à noter «4». Ce tube va servir pour 3 dépôts. Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 3 sur 17

Prélever 45 microl dans le microtube «S» et les transvaser dans un microtube à noter «5». Ce tube va servir pour 3 dépôts. Prélever 60 microl dans le microtube «A/S» et les transvaser dans un microtube à noter «1». Ce tube va servir pour 4 dépôts. Prélever 60 microl dans le microtube «A/S» et les transvaser dans un microtube à noter «2». Ce tube va servir pour 4 dépôts. Prélever 45 microl dans le microtube «A/S» et les transvaser dans un microtube à noter «3». Ce tube va servir pour 3 dépôts. Prélever 45 microl dans le microtube «A/S» et les transvaser dans un microtube à noter «6». Ce tube va servir pour 3 dépôts. Ce qui reste dans le tube «A» servira pour 10 dépôts et ce qui reste dans le tube «S» servira pour 10 dépôts. Ces tubes se conservent à 20 C pendant 6 mois 4) Préparation des bandes d électrophorèse Mettre des gants et des lunettes Ouvrir le paquet de bandes d acétate stocké à + 4 C. Prendres les bandes avec des pinces fines et les manipuler avec précaution Faire tremper les bandes d acétate de cellulose pendant 15 minutes dans le tampon véronal. Déposer les bandes sur un papier filtre afin d éliminer l excès de tampon. Placer les bandes sur le support de la cuve d électrophorèse. Pour savoir sur quelle face de la bande déposer les protéines, il faut se repérer à l aide de l encoche (qui sera placée du côté cathode (électrode noire) de la cuve) : encoche ligne de dépôt dépôt 4 dépôt 3 dépôt 2 dépôt 1 Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 4 sur 17

5) Préparation de la salle Installer les bandes dans les cuves Disposer les tubes «A», «S», «1», «2», «3», «4», «5» et «6» de manière à ce que chaque binôme puisse avoir accès aux tubes pour faire leur dépôt. Associer un capillaire à un microtube (le tremper dedans par exemple) 6) Après le travail des élèves Fermer la cuve et mettre sous tension (environ 60 minutes à 125 V ; ne pas dépasser 160V). Mettre des gants et des lunettes pour réaliser toutes les étapes suivantes Après migration, placer les bandes dans le colorant issu de la bouteille notée «rouge ponceau» pendant 10 minutes. Décolorer les bandes dans trois bains successifs de 3 minutes d acide acétique à 5 %. Préparer éventuellement (non obligatoire) une solution de transparisation (qui permet de faciliter la lecture des résultats) : 75ml de Méthanol + 20ml d Acide acétique + 5ml de Diacétone alcool dans un flacon de 100 ml ATTENTION : le méthanol est très inflammable et toxique. Il faut manipuler avec des gants, des lunettes, une blouse et sous une hotte ou à défaut, dans un endroit ventilé. Tremper les bandes dans cette solution jusqu à ce qu elles deviennent translucides. Les bandes se conservent aussi longtemps que nécessaire Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 5 sur 17

PRINCIPE ET INTERET PEDAGOGIQUE: Introduction générale sur la drépanocytose, les hémoglobines et l électrophorèse : La drépanocytose ou anémie falciforme est l hémoglobinopathie héréditaire la plus répandue dans le monde : elle affecte plusieurs centaines de milliers de personnes dont plus de 5 000 en France. Dans cette maladie, lorsque la pression partielle en oxygène est faible, comme dans les capillaires périphériques, l hémoglobine des sujets atteints a tendance à polymériser en longues fibres rigides qui déforment les globules rouges en leur conférant une forme de faucille qui les empêche de passer dans les capillaires les plus fins, freinant ou bloquant leur circulation. L hémoglobine anormale, S (sickle), ne diffère de l hémoglobine normale, A, que par un seul acide aminé de la chaîne bêta en position 6 (acide glutamique remplacé par valine). Les deux allèles ne diffèrent que par un codon. On peut distinguer les deux hémoglobines par leur mobilité électrophorétique. La caractérisation et la comparaison de diverses protéines peut être aisément réalisée par électrophorèse sur bande d acétate de cellulose ou sur gel d agarose. En appliquant la technique à l hémoglobine extraite des globules rouges d un individu, on peut donc déterminer quelle(s) hémoglobine(s) il possède et en déduire son génotype : hétérozygote, HbA/HbS ou homozygote HbA/HbA ou HbS/HbS. Ainsi, il est possible d étudier les relations génotype-phénotype mais aussi de construire un arbre généalogique et de faire des prévisions en génétique humaine. En outre, l identification des génotypes dans diverses populations permet d établir la fréquence des allèles et de relier génétique et évolution. Principe du kit : L utilisation du kit repose sur la situation de prédiction médicale recréée artificiellement compte tenu de l interdiction d utiliser des prélèvements d origine humaine en travaux pratiques. On considère une famille fictive dans laquelle l hémoglobine drépanocytaire est présente et pour laquelle on souhaite établir les génotypes des individus et l arbre généalogique de façon à évaluer la probabilité que la maladie se manifeste chez un enfant à naître. Les hémoglobines des parents et de leurs enfants sont reconstituées à partir des solutions fournies. Ces dernières sont préparées chez Sordalab à partir de cristaux d hémoglobine qui garantissent l absence de tout germe pathogène dans les solutions. L hémoglobine des individus hétérozygotes est reconstituée en mélangeant un volume de chacune des deux solutions A et S tandis que Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 6 sur 17

l hémoglobine des individus homozygotes correspond à chacune des deux solutions A et S fournies qui sont utilisées directement. Le kit fournit également le reste du matériel consommable nécessaire pour réaliser l électrophorèse. Kit en première S : Insertion du kit dans le programme : Dans la partie du programme «du génotype au phénotype, relations avec l environnement», l étude de la drépanocytose est recommandée pour illustrer la diversité des phénotypes et la complexité des relations entre gènes, phénotypes et environnement : Extrait du programme : Diversité des phénotypes : analyse d un exemple comme la drépanocytose ; comparaison de la structure des protéines en relation avec l exemple étudié. Complexité des relations entre gènes, phénotypes et environnement : cas des drépanocytoses. Objectif cognitif : Caractérisation de phénotypes moléculaires et identification des génotypes par électrophorèse de l hémoglobine : Les allèles de la chaîne bêta des hémoglobines A et S diffèrent par une mutation ponctuelle (substitution) qui modifie un seul codon. Cette mutation aboutit au remplacement de l acide glutamique en position 6 par la valine. Il en résulte que les hémoglobines A et S diffèrent par leur charge électrique car la valine possède une charge négative de moins que l acide glutamique au ph alcalin (ph 8,6) où l on réalise l électrophorèse. C est pourquoi l hémoglobine A migre plus loin que l hémoglobine S lors de l électrophorèse. Kit en terminale S : Insertion du kit dans le programme : Dans la partie du programme «stabilité et variabilité des génomes et évolution», il est noté qu il faut traiter de l apport de l étude des génomes et des innovations génétiques. La drépanocytose est un exemple adapté de relation entre mécanismes de l évolution et génétique. Extrait du programme : Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 7 sur 17

stabilité et variabilité des génomes et évolution L apport de l étude des génomes, les innovations génétiques Étude d exemples de relation entre mécanismes de l évolution et génétique Objectif cognitif : le polymorphisme génétique : Le polymorphisme génétique résulte de l accumulation de mutations. Les mutations qui confèrent un avantage sélectif aux individus qui en sont porteurs ont une probabilité plus grande de se répandre dans la population. La démarche est de même nature qu en première S puisqu il s agit d identifier phénotypes et génotypes liés aux allèles de la chaîne bêta de l hémoglobine mais l objectif est différent puisqu il s agit en terminale de relier la génétique à l évolution. Sur le terrain, l identification des hémoglobines a permis d établir la fréquence des allèles dans les populations et de constater ainsi que l allèle S, pourtant défavorable, s est maintenu à une fréquence élevée dans les zones de paludisme endémique où il constitue une protection à l état hétérozygote. Exercice proposé pour 20 binômes (40 élèves) : Les binômes disposent de tubes contenant l hémoglobine A et l hémoglobine S. Ils ont aussi des tubes numérotés correspondant aux hémoglobines d une famille dont l arbre généalogique est le suivant : 1 2 3 4 6 1 7 Un exercice supplémentaire consiste à trouver les génotypes possibles pour l enfant 7 en s appuyant sur les génotypes des parents. Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 8 sur 17

FICHE DE MANIPULATION PAR LES BINOMES : 1) Réalisation des dépôts : ATTENTION : Veiller à prélever chaque échantillon d'hémoglobine avec un capillaire différent et à ne pas mélanger les capillaires. Faire des groupes de 2 binômes : 2 binômes (A et B) déposent sur la même bande Poser la bande sur son support dans la cuve à électrophorèse de protéines en orientant le support de manière à ce que l encoche et la ligne de dépôt soit du côté de la cathode (électrode noire) COTE CATHODE (noir) encoche ligne de dépôt COTE ANODE (rouge) dépôt 4 dépôt 3 dépôt 2 dépôt 1 Pour le binôme A : Dépôt en position 1 : Tremper le capillaire de dépôt dans le microtube noté «A» Appliquer le capillaire sur la bande d acétate déjà en place sur son support, au tiers de l extrémité du côté de la cathode (borne noire) de manière à faire une goutte de dépôt Remettre le capillaire dans le microtube noté «A» Dépôt en position 2 : Choisir un tube numéroté et réaliser le second dépôt de la même façon que le dépôt du tube «A» mais avec le capillaire du tube numéroté. Pour le binôme B : Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 9 sur 17

Dépôt en position 3 : Tremper le capillaire de dépôt dans le microtube noté «S» Appliquer le capillaire sur la bande d acétate déjà en place sur son support, au tiers de l extrémité du côté de la cathode (borne noire) de manière à faire une goutte de dépôt Remettre le capillaire dans le microtube noté «S» Dépôt en position 4 : Choisir un tube numéroté (différent du tube choisi par le binôme A) et réaliser le second dépôt de la même façon que le dépôt du tube «S» mais avec le capillaire du tube numéroté. NB : il faut que chacun des tubes numérotés soient déposé sur bande d acétate pour que le génotype soit connu après életrophorèse. Exemple de répartition : Bande d acétate Binômes Dépôt 1 provenant Dépôt 2 provenant Dépôt 3 provenant Dépôt 4 provenant Bande 1 Binôme A du tube A du tube 1 Binôme B du tube S du tube 6 Bande 2 Binôme A du tube A du tube 2 Binôme B du tube S du tube 1 Bande 3 Binôme A du tube A du tube 3 Binôme B du tube S du tube 2 Bande 4 Binôme A du tube A du tube 4 Binôme B du tube S du tube 3 Bande 5 Binôme A du tube A du tube 5 Binôme B du tube S du tube 4 Bande 6 Binôme A du tube A du tube 1 Binôme B du tube S du tube 6 Bande 7 Binôme A du tube A du tube 2 Binôme B du tube S du tube 5 Bande 8 Binôme A du tube A du tube 3 Binôme B du tube S du tube 6 Bande 9 Binôme A du tube A du tube 4 Binôme B du tube S du tube 1 Bande 10 Binôme A du tube A du tube 5 Binôme B du tube S du tube 2 Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 10 sur 17

Si vous êtes 20 binômes, suivez ce tableau. Si vous êtes seulement 10 binômes, suivez les lignes des bandes d acétate de 1 à 5. 2) Lancement de l électrophorèse : Remplir la cuve avec le tampon de migration dans le flacon noté «tampon tris véronal x1» de manière à recouvrir les électrodes. Fermer la cuve et mettre sous tension (environ 60 minutes à 125V). 3) Coloration des bandes : Mettre des gants et des lunettes Après migration, placer les bandes dans le colorant issu de la bouteille notée «rouge ponceau» pendant 10 minutes. 4) Décoloration des bandes : Mettre des gants et des lunettes Décolorer les bandes dans trois bains successifs de 3 minutes d acide acétique à 5 %. 5) Transparisation réalisable pour conserver les bandes plus longtemps et améliorer l observation ATTENTION : le méthanol de la solution de transparisation est très inflammable et toxique. Il faut manipuler avec des gants, des lunettes, une blouse et sous une hotte ou à défaut, dans un endroit ventilé. Tremper les bandes dans une solution de transparisation jusqu à ce qu elles deviennent translucides. Les bandes se conservent aussi longtemps que nécessaire (il est possible de les coller dans un compte rendu) 6) Exercice proposé : En comparant avec la migration des hémoglobines A et S, vous pouvez identifier les hémoglobines des membres d une famille dont l arbre généalogique est le suivant : Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 11 sur 17

1 2 3 4 6 1 7 Un exercice supplémentaire consiste à trouver les génotypes possibles pour l enfant 7 en s appuyant sur les génotypes des parents. Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 12 sur 17

INTERPRETATIONS ET CONCLUSIONS Les deux hémoglobines A et S ne diffèrent que par un acide aminé de la chaîne β (constituée de 146 AA). C est pourquoi la différence de migration est si faible. Le radical R des deux acides aminés est : HbA : GLU : CH 2 -CH 2 -COOH HbS: VAL: CH-CH 3 CH 3 Les protéines migrent en fonction de leur masse molaire, de leurs charges électriques et de leurs formes. L hémoglobine A est plus rapide. Pourtant elle possède une masse molaire plus importante. Ce n est donc pas le critère dominant. L hémoglobine A porte une fonction COOH supplémentaire : -COOH -COO - + H + Elle migre plus vite car la migration se fait vers l anode. NB : la différence de migration est très faible. Avec les dépôts réalisés, les élèves peuvent reconstituer l arbre suivant et prédire les génotypes possibles pour l enfant 7 : 1 2 Hb A/ Hb S Hb A/ Hb S 3 4 6 1 Hb A/ Hb S Hb A/ Hb A Hb S/ Hb S Hb A/ Hb S 7 Hb S/ Hb S ou Hb A/ Hb S Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 13 sur 17

FICHE SECURITE (guide non exhaustif) L acide acétique est un produit dangereux qui nécessite le port de gants, de lunettes et d une blouse. Le tampon tris véronal n est pas dangereux mais peuvent être manipulés avec gants, lunettes et blouse pour éviter tout danger. Le colorant rouge de ponceau se manipule avec blouse, gants et lunettes. Les hémoglobines sont purifiées et ne sont pas dangereuses. Produit Acide acétique Pictogramme et risques normalisés Corrosif La substance est un acide faible. Réagit violemment avec les oxydants et les bases. Attaque un grand nombre de métaux en formant un gaz inflammable/explosif Attaque certaines formes de plastique, le caoutchouc et les recouvrements de surface. de contact avec la peau Retirer les vêtements contaminés Rincer et laver la peau abondamment à l'eau et au savon. Rincer la peau à l'eau ou prendre une douche. Consulter un médecin. Actions à mener en cas d inhalation de projection dans les yeux Donner de Lavage avec l air frais. de l'eau en Assistance écartant les respiratoire paupières si nécessaire. plusieurs Placer en minutes. position Retirer si semi-assise. possible les Si les lentilles de troubles contact. Si persistent, les troubles consulter un persistent, médecin. consulter un médecin. d ingestion Rincer la bouche. Ne pas faire vomir. Donner abondamment à boire. Si les troubles persistent, consulter un médecin. Remarques générales: Les symptômes de l'oedème pulmonaire ne se manifestent souvent qu'après quelques heures et sont aggravés par l'effort physique. Le repos et la surveillance médicale sont par conséquent essentiels. L'administration immédiate d'une thérapie inhalatoire appropriée (par ex., aérosol) devrait être envisagée par un médecin ou par une personne habilitée par lui. Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 14 sur 17

Produit Tampo n tris véronal Pictogramme et risques normalisés Ne s enflamme pas spontanément et n est pas explosif de contact avec la peau Laver immédiatement la peau avec de l eau savonneuse Laver les vêtements contaminés avant réutilisation. Actions à mener en cas d inhalation de projection dans les yeux Rincer immédiatement les yeux à grande eau pendant au moins 15 minutes en séparant les paupières. d ingestion Rincer imméditement la bouche avec de l eau puis lui faire boire une grande quantité d eau. Produit Rouge Ponceau Pictogramme et risques normalisés Nocif Ne s enflamme pas spontanément et n est pas explosif de contact avec la peau Laver immédiatement la peau avec une grande quantité d eau savonneuse pendant au moins 15 minutes. Laver les vêtements contaminés avant de les utiliser. Actions à mener en cas d inhalation De projection dans les yeux Emmener la Rincer personne à immédiatement les yeux l air frais. Si elle ne respire à grande eau pas, la mettre pendant au sous moins 15 respirateur minutes en artificiel. Si séparant les la personne paupières. respire avec difficulté, lui administrer de l oxygène et appeler un médecin. d ingestion Si la personne est consciente, lui rincer imméditem ent la bouche avec de l eau puis lui faire boire une grande quantité d eau. Appeler un médecin. La solution de transparisation est toxique du fait de la présence de méthanol et de diacide acétone dans la composition. Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 15 sur 17

FICHE CONSERVATION Le sachet N est stocké à température ambiante et contient : o 1 tube noté «acide acétique» conservable pendant 1 an o 1 sachet de poudre noté «rouge ponceau» est conservable 1 an Le flacon noté «tampon tris véronal 10x» de 100 ml de tampon tris véronal 10x est stocké à 4 C et est conservable 6 mois 1 boîte de 10 bandes d acétate de cellulose 57x140 mm est stocké à 4 C et est conservable 6 mois Le tampon tris véronal x1 se conserve à + 4 C jusqu à ce qu un contaminant se développe. La solution de rouge ponceau se conserve 3 mois à + 4 C à l abri de la lumière. Les bandes d acétate, une fois le paquet ouvert, se conservent 1 mois à + 4 C Après transparisation, les bandes se conservent aussi longtemps que nécessaire, à température ambiante. (La solution de transparisation se conserve 1 an à température ambiante) 1 sachet noté O de 2 microtubes à stocker de - 20 C contenant : o 1 microtube à bouchon rouge de 300µL de solution d hémoglobine A est conservable 6 mois o 1 microtube à bouchon violet de 300µL de solution d hémoglobine S est conservable 6 mois La solution d hémoglobine S et A se conservent pendant 6 mois à - 20 C La solution de transparisation est conservable à température ambiante pendant plusieurs mois. ATTENTION : les températures de conservation doivent être respectées pour que les durées de conservation soient applicables. Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 16 sur 17

FICHE TRI ET RECUPERATION Les hémoglobines et le tampon tris véronal peuvent être jetés à l évier. Le rouge Ponceau peut être jeté à l évier mais surtout pas dans un contener contenant des bases fortes ou des acides forts. L acide acétique doit être jeté dans les conteners à acide. Les bandes sont jetables à la poubelle. La solution de transparisation est dangereuse et doit absolument être jetée dans les bidons de récupération des solvants organiques. Les tubes en plastique non contaminés avec des produits dangereux peuvent être jetés dans les bacs de récupération du plastique. Kit électrophorèse des hémoglobines A et S Page 17 sur 17