Grundlagen der Kapillarelektrophorese

Zusammenfassung

Geladene Teilchen wandern in Lösung unter dem Einfluß eines angelegten elektrischen Feldes mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in unterschiedliche Richtungen. Diese Ionenwanderungen wurden vor etwa 100 Jahren von Kohlrausch untersucht, der auch dafür die physikalischen Gesetzmäßigkeiten beschrieb. Frühzeitig wurden dafür die Begriffe „Elektrophorese“ bzw. „elektrische Überführung“ geprägt. Durch die Ladung der Ionen ist die Migrationsrichtung vorgegeben. Unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeiten können zwei Ursachen haben. Zum einen führen Unterschiede in den Ladungszahlen zu unterschiedlichen elektrophoretischen Mobilitäten im elektrischen Feld. Zum anderen ist aufgrund des unterschiedlichen Reibungswiderstandes wegen unterschiedlicher Größe bei gleicher effektiver Ladung eine andere Mobilität zu beobachten. Dies zeigt bereits die vielfältigen Trennmöglichkeiten elektrophoretischer Verfahren auf. Die praktische Einführung als Analysenmethode war erst möglich als es gelang, die Störungen, die auf Konvektion in der Lösung durch Abtransport der Joulschen Wärme und die dadurch bedingten Verzerrungen der Zonenprofile zu vermindern und auszuschalten. Dies gelang zum einen durch die Verwendung von stabilisierenden Gelen, die auf eine Glasplatte gegossen wurden (Gelelektrophorese) oder mit Hilfe von Papierstreifen, die mit Puffer getränkt wurden. Nach Einführung der Gelelektrophorese durch Tiselius entwickelte sich diese Methode zur verbreitetsten analytischen Methode in der Biochemie. Die Verwendung von Gelen erlaubte zudem die erfolgreiche Trennung von Makromolekülen mit sehr geringen Unterschieden in ihrer Ladungsdichte. Durch Veränderung des Vernetzungsgrades kann die Trennwirksamkeit des Gels optimiert werden. Neben DNA-Molekülen wird die Gelelektrophorese hauptsächlich zur Trennung von Peptiden und Proteinen eingesetzt. Diese werden entweder nativ entsprechend ihrer Ladung oder nach Denaturierung mit SDS (Sodiumdodecylsulfat) nach Molekulargewicht gemäß ihrer Molekülgröße getrennt. Diese Methode dient auch zur Abschätzung des Molekulargewichts von Proteinen in Lösung. Die Trennung beruht darauf, daß die verschieden großen Moleküle eine unterschiedlich starke Reibung mit den Gelfasern zeigen und somit die Auftrennung nach Molekülgröße erfolgen kann. Ohne das Vorhandensein eines Trenngels würden alle mit SDS denaturierten Proteine mit gleicher Geschwindigkeit migrieren.