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Kompaktlexikon der Biologie: Chromatographie

Chromatographie, Bez. für eine Vielzahl von biochemischen Trennverfahren, mit deren Hilfe eine oder mehrere Verbindungen in einem Gemisch identifiziert bzw. aus diesem gereinigt werden können. Chromatographische Methoden werden präparativ und analytisch verwendet, da sowohl größere Mengen im Bereich von Gramm bzw. Mol als auch Kleinstmengen (Nano- und Pikogramm bzw. nmol und pmol) mittels C. untersucht werden können.

Das Grundprinzip der C. besteht darin, dass eine so genannte mobile Phase durch oder über eine so genannte stationäre Phase fließt, wobei es zu einer Verteilung einer Substanz zwischen diesen beiden Phasen kommt, die durch den spezifischen Verteilungskoeffizienten dieser Verbindung für das verwendete C.-System charakterisiert wird. Die Beschaffenheit der mobilen und stationären Phasen werden dabei so gewählt, dass die zu trennenden Verbindungen eines Gemisches möglichst unterschiedliche Verteilungskoeffizienten haben. Eine C. wird i.d.R. auf drei verschiedene Weisen durchgeführt: Bei der Säulenchromatographie (HPLC, Gaschromatographie) wird die stationäre Phase in eine dünne Glas- oder Metallröhre gepackt, bei der Dünnschichtchromatographie wird sie als 0,25 mm bis wenige Millimeter dicke Schicht auf eine Glasplatte oder Kunststofffolie aufgebracht und bei der Papierchromatographie halten die Cellulosefasern die stationäre Phase fest ( vgl. Abb. ). Je nachdem, ob die mobile Phase flüssig oder gasförmig ist, wird von Flüssigkeits- oder Gaschromatographie gesprochen. Als stationäre Phase stehen eine Vielzahl von Materialen zur Verfügung (z.B. Agarosen, Cellulosen, Dextrane, Kieselgel). Sie unterscheiden sich in ihren Eigenschaften und bestimmen dadurch die Durchflussgeschwindigkeit und die Trennschärfe, sodass unterschiedliche C.-Verfahren existieren. Sie werden vielfach kombiniert eingesetzt, sodass eine schrittweise Aufreinigung der gewünschten Substanz möglich ist.

Bei der Verteilungschromatographie kommt es zu einem Verteilungsgleichgewicht zwischen einer stationären flüssigen Phase, die an der Oberfläche eines festen Stoffes adsorbiert, und der mobilen Phase. Die Ionenaustauschchromatographie und die Affinitätschromatographie nutzen hingegen gezielt bestimmte chemische Eigenschaften wie positive und negative Ladungen bzw. funktionelle Gruppen oder Liganden von biologischen Makromolekülen aus. Proteine können aufgrund ihrer bei einem bestimmten pH-Wert charakteristischen Nettoladung isoliert und Enzyme z.B. über eine Säule mit einem immobilisierten Substrat oder Cofaktor aufgereinigt werden. Die Ausschlusschromatographie oder Gelfiltration funktioniert hingegen nach dem so genannten Molekularsieb-Prinzip, bei dem sich ein Gleichgewicht zwischen einer flüssigen Phase im Innern und außerhalb einer porös oder gelartig beschaffenen stationären Phase einstellt. Kleine Moleküle wandern dabei wesentlich langsamer durch die Säule als große Moleküle, die nicht durch die Poren in das Innere des Molekularsiebs gelangen können.

Bei einer typischen C. werden die gelösten Substanzgemische zunächst auf die stationäre Phase aufgetragen. Bei der Papier- und Dünnschichtchromatographie erfolgt dies am Rand des Papiers bzw. der Platte, bei der Säulenchromatographie wird das Gemisch an einem Ende der Säule aufgebracht bzw. eingespritzt. Anschließend erfolgt die Auftrennung der Gemische aufgrund des Durchflusses der mobilen Phase. Dabei werden die einzelnen Komponenten, je nach relativer Verweilzeit in der stationären bzw. mobilen Phase, unterschiedlich weit von der mobilen Phase „transportiert“, sodass sie schließlich an unterschiedliche Positionen der Schicht bzw. des Papiers zu stehen kommen oder aber in charakteristischer Reihenfolge am unteren Ende der Säule in gelöster Form gesammelt und mit Hilfe von weiteren Analyseverfahren untersucht werden können. Das Ergebnis der C. ist ein Chromatogramm, mit dessen Hilfe aufgetrennte Substanzen identifiziert werden können. Zu diesem Zweck werden dem Gemisch häufig so genannte Standards (bekannte Verbindungen in Reinform) zugesetzt oder diese auf der Dünnschichtplatte aufgebracht. (Elektrophorese, Spektroskopie, Sondertext Methoden: Trennverfahren)



Chromatographie: 1 Schematische Darstellung von Durchführung (a) und Ergebnis (b) einer Papierchromatographie. 2 Das Chromatogramm zeigt das Ergebnis einer zweidimensinonalen chromatographischen Auftrennung

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Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

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Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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