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Lexikon der Biologie: Austauschchromatographie

Austauschchromatographie w, Ionenaustauschchromatographie, chromatographisches Verfahren zur Charakterisierung oder Isolierung ionischer Moleküle, wie Aminosäuren, Peptide, Proteine, Nucleotide, Nucleinsäuren und anderer, bei dem ein Austausch von Kationen (Kationen-Austauschchromatographie; Kationenaustauscher) oder Anionen (Anionen-Austauschchromatographie; Anionenaustauscher) einer Lösung an einem unlöslichen Trägerstoff (Matrix) stattfindet. Als Trägerstoffe werden Agarose (Agar), Cellulose, Dextrane und synthetische Harze aus Polystyrol und Divinylbenzol verwendet, an die ionische funktionelle Gruppen kovalent gebunden sind. Die Ladungsstärke der funktionellen Gruppe bestimmt die Stärke des Ionenaustauschers und somit auch die Moleküle, die mit diesem aufgetrennt werden können. Die Wahl des Ionenaustauschers hängt vor allem von der Stabilität der aufzutrennenden Moleküle ab. Ist diese im sauren Bereich besonders hoch, empfiehlt sich ein Kationenaustauscher, liegt sie im basischen Bereich, ist ein Anionenaustauscher geeignet. Sind Verbindungen über einen weiten pH-Bereich hin stabil, können sie auf beiden aufgetrennt werden. Der Trennvorgang läuft grob in folgenden Schritten ab ( vgl. Abb. ): 1. Äquilibrierung (Gleichgewichtseinstellung) der Matrix mit einem geeigneten Puffer, der ein Gegenion zur funktionellen Gruppe enthält; 2. Beladen der Matrix mit den aufzutrennenden ionischen Molekülen; hier wird das ursprüngliche Gegenion gegen die aufzutrennenden Moleküle ausgetauscht; 3. Elution (eluieren) der gebundenen Moleküle. Unterschiedlich stark geladene Moleküle werden durch schrittweise oder kontinuierliche pH- oder Ionenstärkegradienten (Gradient) von der Matrix abgelöst. Beispiele von Ionenaustauschern sind DEAE-Cellulose (Anionenaustauscher), Carboxymethylcellulose (Kationenaustauscher), Phosphocellulose, DEAE-Sephadex (Dextrane), Dowex. Die Austauschchromatographie kann sowohl im Dünnschicht- als auch im Säulenverfahren durchgeführt werden. Chromatographie.

R.We.




Austauschchromatographie

Beispiel eines Anionenaustauschers
(Kreise mit +-Zeichen = stationäre Matrix, offener Kreis = Gegenion zur funktionellen Gruppe der Matrix im Ausgangspuffer, gefüllter Kreis = Elutionspuffer, gefülltes Quadrat = aufzutrennendes Molekül mit geringerer Ladungsstärke, offene Raute = aufzutrennendes Molekül mit höherer Ladungsstärke)
1 Start: die Matrix ist mit einem Puffer, der ein Gegenion zur funktionellen Gruppe enthält, äquilibriert.
2 Die Proben werden aufgetragen, binden an die funktionelle Gruppe der Matrix und verdrängen das ursprüngliche Gegenion.
3 Durch stufenweise oder kontinuierliche pH- oder Ionenstärkegradienten werden die unterschiedlich stark geladenen Moleküle bei unterschiedlichen Elutionsbedingungen abgelöst und dadurch voneinander getrennt; a Beginn der Elution (niedrigere Ionenstärke), b Ende der Elution (höhere Ionenstärke).
4 Wiederherstellen des Ausgangszustands.

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