Elektrophorese

Definition

• Als Elektrophorese bezeichnet man die Wanderung von geladenen Teilchen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes.

Bemerkungen

• Die Teilchen befinden sich in Lösung und liegen in dispergierter oder kolloidal gelöster Form vor

Elektrophoretische Bewegung

• Die sich einstellende Geschwindigkeit der zu trennenden Teilchen während der Trennung ist von der beschleunigenden Kraft durch das elektrische Feld und die Reibung der Teilchen abhängig

 

v	:	Wanderungsgeschwindigkeit
E	:	Elektrische Feldstärke
z	:	Ladungszahl
e0	:	Elementarladung
r	:	Teilchenradius
η	:	Viskosität

• Um die Konvektion als verfälschende Größe gering zu halten, muss u.U. gekühlt werden
• Für die entstehende Wärme gilt

• Andere Verfahren zur Unterdrückung der Konvektion sind die Gelelektrophorese und die Kapillarelektrophorese

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• Die Ionenstärke dient oft als Maß für den Elektrolytanteil in einer Lösung

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• Die Ionenbeweglichkeit von schwachen Säuren und Basen ist eine Funktion des Dissoziationsgrades und damit auch des pH-Wertes

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Die chemische Zusammensetzung des Mediums bestimmt dessen restriktive Wirkung

Unter restriktiver Wirkung versteht man die Behinderung der Wanderung von Teilchen. Durch die Struktur des Trägers können die Teilchen nicht mehr auf dem kürzesten Weg zur Elektrode wandern. Durch Variation der Porengröße (Gele) kann ein zusätzlicher Molekularsiebeffekt auftreten

Einsatzgebiete

• Elektrophoretisch getrennt werden können
  • Kleine Ionen mit definierter Ladung, anorganische Ionen
  • DNA / RNA, Nukleinsäuren, Nukleotide
  • Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Phenole, Amine
  • Immunglobuline, Proteine
  • Neutralstoffe mit CE, z.B. unter Zusatz anionischer Tenside

Träger

• Trägerlose Elektrophorese
  • Die Wanderung der Teilchen erfolgt direkt in der Pufferlösung. Negative Effekte wie Diffusion und Konvektion wirken sich hier besonders aus
  • Beispiel: Free-Flow-Elektrophorese
    • Bei der Variante der Kapillarzonenelektrophorese sind Diffusion und Konvektion deutlich gemindert
• Trägergestützte Elektrophorese
  • Trägermaterial sind meist Gele (Gelelektrophorese) sowie puffergetränkte Filterpapiere (Papierelektrophorese) und Celluloseacetatfolien
  • Große Bedeutung kommt der Gelelektrophorese zu. Hier kann die Trennung zusätzlich über die Porengröße beeinflusst werden. Zur Verfügung stehen Agarose-, Polyacrylamid- und Stärkegele
    • Agarosegele besitzen relativ große Gelporen und eignen sich aus diesem Grund besonders zur Trennung großer Moleküle wie DNA oder RNA
    • Polyacrylamidgele können mit ihrer mittleren Porengröße gezielt und reproduzierbar hergestellt werden. Damit ist eine Anpassung an das individuelle Trennproblem möglich. Polyacrylamidgele liefern gut reproduzierbare Ergebnisse. Sie bestehen aus:
      • Acrylamid 
        • Polymermatrix, Porengröße
      • Bisacrylamid 
        • Quervernetzung, Porengröße
      • TEMED (N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin)
        • Katalysator
      • Ammoniumpersulfat
        • Radikalstarter
      • Riboflavin  
        • Radikalstarter, mit schlechteren Ausbeuten
      • Pufferlösung
        • gewünschter / erforderlicher pH-Wert
      • Saccharose
        • Viskositätserhöhung, Feuchthaltemittel

Verfahren

• Disk-Elektrophorese
• Isoelektrische Fokussierung
• Isotachophorese
• SDS-Elektrophorese
• Zonenelektrophorese

Nachbearbeitung

• Fixierung
  • Meist mit Methanol, Ethanol oder Essigsäure
• Sichtbarmachung
  • Einfärbung
    • Proteine, z.B. mit AgNO₃ ("Silberfärbung"), "Chromassie Brilliantgrün R250" oder "Amidoschwarz"
    • Aminosäuren, z.B. mit Ninhydrin
    • RNA, z.B. mit Methylenblau oder Ethidiumbromid
    • DNA, z.B. mit Ethidiumbromid
  • Enzymreaktion
    • Verschiedene spezifische Reagenzien
  • Immunopräzipitation
    • Antigen-Antikörper-Reaktionen
  • Radioaktive Markierung
• Blotting-Verfahren
  • Eluierung des Ergebnis aus dem Gel in eine Matrix, z.B. bei RNA- und DNA-Analysen verwendet

• Siehe auch:

  • Kapillarelektrophorese

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