Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
R. Westermeier

Elektrophorese

Elektrophorese
Synonym(e)
Zonenelektrophorese
Englischer Begriff
electrophoresis
Definition
Die elektrophoretische Trennung von Probenkomponenten basiert auf ihren unterschiedlichen Wanderungsgeschwindigkeiten im elektrischen Feld in einem bestimmten Trennmedium.
Beschreibung
Geladene Moleküle und Partikel in wässriger Lösung wandern im elektrischen Gleichstromfeld in die Richtung der Elektrode mit entgegengesetztem Vorzeichen. Die Wanderungsgeschwindigkeiten sind gleich für homologe Substanzen (Substanzen, homologe), variieren jedoch für Substanzen mit unterschiedlichen Ladungen und Molekülgrößen. Es bilden sich distinkte Zonen aus (s. Abbildung).
Schematische Darstellung des Trennprinzips der Elektrophorese am Beispiel von 2 verschiedenen Proteinen:
Die resultierenden Bandenmuster sind charakteristisch für bestimmte Substanzgemische. Die Intensitäten der Zonen können optisch vermessen werden, um Rückschlüsse auf die quantitative Verteilung der Einzelsubstanzen zu ermöglichen. Hauptanwendungsgebiete sind Analysen von Protein- und Nukleinsäurengemischen.
Die treibende Kraft bei der Elektrophorese ist die elektrische Feldstärke, die als V/cm gemessen wird. Die Geschwindigkeit der elektrophoretischen Wanderung eines Moleküls ist abhängig von
  • seiner elektrophoretischen Mobilität (Beweglichkeit),
  • der Siebwirkung oder Viskosität des Mediums,
  • der Temperatur,
  • der Ionenstärke des Puffers und
  • der elektrischen Feldstärke.
Die elektrophoretische Mobilität wiederum ist abhängig von Nettoladung und Größe des Moleküls. Strukturproteine haben bei gleicher Molekularmasse eine größere Ausdehnung als globuläre Proteine (Proteine, globuläre).
In einem nichtrestriktiven Medium, wie offenen Kapillaren, großporigen Agarosegelen und Celluloseacetatfolien, ist die Mobilität von Proteinen ausschließlich von der Nettoladung abhängig.
Das Auflösungsvermögen variiert mit dem verwendeten Trennmedium.
Abgesehen von unterschiedlichen Trennmedien gibt es zudem unterschiedliche Elektrophoresetechniken, wie z. B. saure und basische Elektrophoresen, Disk-Elektrophorese, Gradientengel-Elektrophorese, SDS-Elektrophorese, Isoelektrische Fokussierung und zweidimensionale Elektrophorese (Elektrophorese, zweidimensionale).
Beim Ionentransport im elektrischen Feld entsteht Wärme, genannt Joule’sche Wärme. Zur Vermeidung von Überhitzung oder krummen Lauffronten muss entweder die elektrische Leistung limitiert oder das Medium über einen Wärmeaustauscher gekühlt werden.
Die Entstehung der Joule’schen Wärme ist auch der Hauptgrund, warum elektrophoretische Methoden beinahe ausschließlich für analytische und nicht für präparative Zwecke angewandt werden. Nur die trägerfreie Elektrophorese in einer strömenden Pufferschicht bildet hier eine Ausnahme.
Die Detektion der getrennten Fraktionen erfolgt bei der Kapillarelektrophorese mittels UV-Detektor direkt in der Kapillare, bei allen anderen Verfahren werden Proteine oder Nukleinsäuren entweder mit fluoreszierenden Farbstoffen (Fluorophor) markiert oder nach der Trennung im Medium angefärbt.
Literatur
Lottspeich F, Engels JW (Hrsg) (2012) Bioanalytik, 3. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg
Westermeier R (2016) Elektrophorese leicht gemacht. VCH, Weinheim