Elektrophorese - eine Einführung - Mtaschule-os.de
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<strong>Elektrophorese</strong> - <strong>eine</strong> Einführung<br />
Zusammenfassung<br />
Die <strong>Elektrophorese</strong> ist <strong>eine</strong> Technik, bei <strong>de</strong>r Gemische von Stoffen o<strong>de</strong>r Teilchen<br />
aufgetrennt wer<strong>de</strong>n, weil sie in <strong>eine</strong>m elektrischen Feld verschie<strong>de</strong>n schnell wan<strong>de</strong>rn.<br />
Die wichtigste Anwendung in <strong>de</strong>r Medizin ist die elektrophoretische Untersuchung <strong>de</strong>r<br />
Eiweißstoffe <strong>de</strong>r Blutflüssigkeit. (Serumeiweiß-<strong>Elektrophorese</strong>). Durch sie erkennt man<br />
Vermehrungen o<strong>de</strong>r Vermin<strong>de</strong>rungen bestimmter Eiweißstoffe (Dysproteinämien).<br />
Wer<strong>de</strong>n von entarteten Zellen Eiweißstoffe produziert, kann man auch dies in <strong>de</strong>r<br />
<strong>Elektrophorese</strong> erkennen (Paraproteinämie). Die Ergebnisse <strong>de</strong>r Serumeiweiß-<br />
<strong>Elektrophorese</strong> lassen daher Rückschlüsse auf verschie<strong>de</strong>ne Krankheitszustän<strong>de</strong> zu.<br />
1. Einleitung<br />
Namen<br />
<strong>Elektrophorese</strong>: Der Wortteil -phor kommt aus <strong>de</strong>m Griechischen und be<strong>de</strong>utet "tragen".<br />
Der Wortteil Elektro- rührt daher, dass die Metho<strong>de</strong> durch Anlegen <strong>eine</strong>r elektrischen<br />
Spannung, also <strong>de</strong>m Aufbau <strong>eine</strong>s elektrischen Fel<strong>de</strong>s, funktioniert.<br />
Serumeiweiß (=Serumprotein): das im Serum ("Blutflüssigkeit") enthaltene Eiweiß.<br />
Serum gewinnt man, in<strong>de</strong>m man Blut gerinnen lässt und zentrifugiert.<br />
Serumeiweiß-<strong>Elektrophorese</strong> (=Serumprotein-<strong>Elektrophorese</strong>): Auftrennung <strong>de</strong>r<br />
Eiweißstoffe <strong>de</strong>s Serums mittels <strong>Elektrophorese</strong>.<br />
Was ist die <strong>Elektrophorese</strong><br />
Die <strong>Elektrophorese</strong> ist <strong>eine</strong> Labortechnik, bei <strong>de</strong>r Gemische von Stoffen o<strong>de</strong>r Teilchen<br />
aufgetrennt wer<strong>de</strong>n, weil sie in <strong>eine</strong>m elektrischen Feld verschie<strong>de</strong>n schnell wan<strong>de</strong>rn.<br />
Die Auftrennung bietet Informationen über die Zusammensetzung von Stoffgemischen,<br />
dient also ihrer Analyse (analytische <strong>Elektrophorese</strong>).<br />
Viel seltener wird die <strong>Elektrophorese</strong> eingesetzt, um bestimmte Substanzen aus<br />
Stoffgemischen zu gewinnen (präparative <strong>Elektrophorese</strong>).<br />
Welche medizinischen Anwendungen gibt es<br />
Prinzipiell gibt es sehr viele Anwendungen. Zu <strong>de</strong>n elektrophoretischen Techniken<br />
gehören z.B. Untersuchungen unserer Erbsubstanz (Southern-Blotting), Analysen <strong>de</strong>s<br />
roten Blutfarbstoffs (Hämoglobin-<strong>Elektrophorese</strong>), die Auftrennung <strong>de</strong>r "Fette" <strong>de</strong>s Blutes<br />
(Lipoprotein-<strong>Elektrophorese</strong>) und viele mehr. In <strong>de</strong>r Praxis wer<strong>de</strong>n diese Untersuchungen<br />
aber selten durchgeführt. Die in <strong>de</strong>r Routinediagn<strong>os</strong>tik bei weitem wichtigste Anwendung<br />
<strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> ist die Untersuchung <strong>de</strong>r Eiweißstoffe <strong>de</strong>r Blutflüssigkeit, die<br />
Serumeiweiß-<strong>Elektrophorese</strong>.<br />
Wozu dient die Serumeiweiß-<strong>Elektrophorese</strong><br />
• Erkennung und Beobachtung <strong>de</strong>s Verlaufs von "abnormen"* Prot<strong>eine</strong>n
(Paraprot<strong>eine</strong>n)<br />
Bei verschie<strong>de</strong>nen bösartigen Erkrankungen <strong>de</strong>s Blutes o<strong>de</strong>r <strong>de</strong>r Lymphknoten,<br />
aber auch bei Vorstufen dieser Erkrankungen können "abnorme"* Eiweißstoffe,<br />
genauer gesagt Antikörper, im Blut vorkommen. Man nennt diese Eiweißstoffe<br />
Paraprot<strong>eine</strong>. Wenn sie im Blut auftreten, spricht man von Paraproteinämie o<strong>de</strong>r<br />
auch von monoklonaler Gammopathie.<br />
*Die Bezeichnung Paraprotein, also abnormes Protein, ist eigentlich nicht<br />
zutreffend, da es sich hierbei meist um ganz normale Antikörper han<strong>de</strong>lt. Abnorm<br />
ist viel mehr die Tatsache, dass da ein bestimmter Antikörper von <strong>eine</strong>m<br />
bestimmten B- o<strong>de</strong>r Plasmazellklon unreguliert produziert wird und daher<br />
vermehrt ist.<br />
• Erkennung und Beobachtung von Eiweißverlusten<br />
Eiweiß kann z.B. über die Niere, über <strong>de</strong>n Darmtrakt o<strong>de</strong>r über die Haut verloren<br />
gehen. Das Muster <strong>de</strong>r im Blut verbleiben<strong>de</strong>n Eiweißstoffe, kann Hinweise auf die<br />
Ursache <strong>de</strong>s Eiweißverlusts liefern.<br />
• Erkennung und Beobachtung von Entzündungen<br />
Akute (=plötzliche, kurz dauern<strong>de</strong>) und chronische (=lang dauern<strong>de</strong><br />
Entzündungen) zeigen bestimmte Muster in <strong>de</strong>r Serumeiweiß-<strong>Elektrophorese</strong>.<br />
• Abklärung auffälliger Laborbefun<strong>de</strong><br />
Ist das Gesamteiweiß im Serum zu hoch o<strong>de</strong>r zu niedrig, kann die <strong>Elektrophorese</strong><br />
zeigen, welche Eiweißgruppe daran schuld ist. Auch bei <strong>eine</strong>r erhöhten<br />
Blutsenkung o<strong>de</strong>r <strong>de</strong>m Auftreten von Eiweiß im Harn kann die Serumeiweiß-<br />
<strong>Elektrophorese</strong> die Ursache abklären helfen.<br />
Geschichte<br />
Die <strong>Elektrophorese</strong> ist bereits seit <strong>de</strong>n dreißiger Jahren <strong>de</strong>s vorigen Jahrhun<strong>de</strong>rts<br />
bekannt. Der Schwe<strong>de</strong> Arne Tiselius hat sie eingeführt. Sie ist daher auch als Tiselius-<br />
System bekannt. Tiselius wur<strong>de</strong> dafür 1948 mit <strong>de</strong>m Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet.<br />
2. Das Prinzip<br />
Verschie<strong>de</strong>ne Stoffe wan<strong>de</strong>rn im elektrischen Feld verschie<strong>de</strong>n schnell. Das ist die<br />
Grundlage <strong>de</strong>r Auftrennung von Stoffen bei <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong>.<br />
Allgem<strong>eine</strong>s<br />
Im elektrischen Feld wan<strong>de</strong>rn bewegliche, elektrisch gela<strong>de</strong>ne Teilchen zum<br />
entgegengesetzt gela<strong>de</strong>nen Pol. P<strong>os</strong>itiv-gela<strong>de</strong>ne Teilchen (Kationen) wan<strong>de</strong>rn zum<br />
Minus-Pol (Katho<strong>de</strong>), negativ-gela<strong>de</strong>ne Teilchen (Anionen) wan<strong>de</strong>rn zum Plus-Pol<br />
(Ano<strong>de</strong>). Aber verschie<strong>de</strong>ne Teilchen wan<strong>de</strong>rn verschie<strong>de</strong>n schnell. Und es sind<br />
beson<strong>de</strong>rs zwei Eigenschaften <strong>eine</strong>s Teilchens, die s<strong>eine</strong> Wan<strong>de</strong>rungsgeschwindigkeit<br />
bestimmen:<br />
• Je größer die Ladung, <strong>de</strong>sto schneller ist die Wan<strong>de</strong>rung<br />
Je stärker ein Teilchen bzw. ein Stoff gela<strong>de</strong>n ist, <strong>de</strong>sto schneller wan<strong>de</strong>rt er in<br />
<strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong>.
Die Ladung<br />
Stoffe mit größerer<br />
negativer Ladung<br />
wan<strong>de</strong>rn schneller<br />
zum Plus-Pol als die<br />
schwächer<br />
gela<strong>de</strong>nen: Am En<strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong><br />
sind die stärker<br />
gela<strong>de</strong>nen Teilchen<br />
weiter gewan<strong>de</strong>rt.<br />
• Je kl<strong>eine</strong>r das Teilchen, <strong>de</strong>sto schneller ist die Wan<strong>de</strong>rung<br />
Die Größe <strong>eine</strong>s Teilchens bzw. <strong>eine</strong>s Stoffes ist <strong>de</strong>r zweite entschei<strong>de</strong>n<strong>de</strong> Faktor<br />
für die Geschwindigkeit <strong>de</strong>r Wan<strong>de</strong>rung in <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong>. Kl<strong>eine</strong>re Teilchen<br />
wan<strong>de</strong>rn schneller als größere. Neben <strong>de</strong>r Größe spielt auch die Form <strong>eine</strong><br />
gewisse Rolle.<br />
Die Größe<br />
Kl<strong>eine</strong>re Teilchen<br />
wan<strong>de</strong>rn schneller<br />
als größere: Am<br />
En<strong>de</strong> <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong><br />
ist das<br />
kl<strong>eine</strong>re Teilchen<br />
weiter gewan<strong>de</strong>rt.<br />
Völlig verschie<strong>de</strong>ne Stoffe können in <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> gleich schnell wan<strong>de</strong>rn:<br />
Da sowohl die Ladung als auch die Größe <strong>eine</strong>s Stoffes Einfluss auf die<br />
Wan<strong>de</strong>rungsgeschwindigkeit haben, kann man bei zwei gleich schnell wan<strong>de</strong>rn<strong>de</strong>n<br />
Stoffen nicht sicher sagen kann, ob sie einan<strong>de</strong>r sehr ähnlich sind, o<strong>de</strong>r ob sie sich in<br />
Sachen Größe und Ladung stark aber gegenläufig unterschei<strong>de</strong>n. So kann z.B ein<br />
großer stark gela<strong>de</strong>ner Stoff genauso schnell wan<strong>de</strong>rn wie ein kl<strong>eine</strong>r schwächer<br />
gela<strong>de</strong>ner.
I<strong>de</strong>nte Wan<strong>de</strong>rung unterschiedlicher Stoffe<br />
Das obere Teilchen ist zwar kl<strong>eine</strong>r, dafür ist das untere stärker gela<strong>de</strong>n: bei<strong>de</strong><br />
wan<strong>de</strong>rn gleich schnell.<br />
Prinzip <strong>de</strong>r Serumeiweiß-<strong>Elektrophorese</strong> (=Serumprotein <strong>Elektrophorese</strong>)<br />
Bei <strong>de</strong>r Serumeiweiß-<strong>Elektrophorese</strong> versucht man, die verschie<strong>de</strong>nen Eiweißstoffe<br />
(Prot<strong>eine</strong>) <strong>de</strong>r Blutflüssigkeit durch ein elektrisches Feld aufzutrennen.<br />
Die Prot<strong>eine</strong> müssen dazu elektrisch gela<strong>de</strong>n sein<br />
Damit <strong>eine</strong> Auftrennung funktioniert, muss man dafür sorgen, dass alle Prot<strong>eine</strong> im<br />
gela<strong>de</strong>nen Zustand vorliegen. Das ist nicht selbstverständlich. In <strong>eine</strong>r wässrigen Lösung<br />
können Prot<strong>eine</strong> nämlich p<strong>os</strong>itiv, negativ o<strong>de</strong>r gar nicht gela<strong>de</strong>n sein. Das hängt davon<br />
ab, wie <strong>de</strong>r pH-Wert <strong>de</strong>r Lösung ist, d.h. wie viele H-Ionen in <strong>de</strong>r Lösung sind, o<strong>de</strong>r noch<br />
an<strong>de</strong>rs ausgedrückt, wie stark sauer o<strong>de</strong>r basisch die Lösung ist.<br />
H-Ionen sind p<strong>os</strong>itiv gela<strong>de</strong>ne Teilchen, sie stellen <strong>de</strong>n Säuregehalt <strong>eine</strong>r Flüssigkeit dar.<br />
Ungela<strong>de</strong>nes Protein<br />
Dieser Eiweißstoff ist in <strong>de</strong>r Summe ungela<strong>de</strong>n.<br />
Er hat zwar zwei negativ gela<strong>de</strong>ne Gruppen<br />
(COO - ), aber durch Anlagerung von 2 p<strong>os</strong>itiven<br />
H-Ionen besitzt er auch zwei p<strong>os</strong>itiv gela<strong>de</strong>ne<br />
Gruppen (NH3 + ). Dies ist für die<br />
<strong>Elektrophorese</strong> ungünstig, weil das Protein so<br />
nicht wan<strong>de</strong>rn wür<strong>de</strong>.<br />
Negativ gela<strong>de</strong>nes Protein<br />
Bringt man das oben abgebil<strong>de</strong>te Protein in<br />
<strong>eine</strong> Lösung, in <strong>de</strong>r H-Ionen knapper sind (=<br />
<strong>de</strong>r pH höher ist), dann gibt das Protein s<strong>eine</strong><br />
H-Ionen ab und wird in Summe negativ<br />
gela<strong>de</strong>n (unteres Bild). Es wür<strong>de</strong> in <strong>de</strong>r<br />
<strong>Elektrophorese</strong> zum Plus-Pol wan<strong>de</strong>rn.
Der pH <strong>de</strong>r Lösung muss im alkalischen Bereich liegen<br />
Die obigen Bil<strong>de</strong>r ver<strong>de</strong>utlichen, was man tun kann, damit <strong>eine</strong> <strong>Elektrophorese</strong> von<br />
Prot<strong>eine</strong>n gelingt: man sorgt dafür, dass die Lösung, in <strong>de</strong>r die Prot<strong>eine</strong> gelöst sind und<br />
in <strong>de</strong>r sie wan<strong>de</strong>rn sollen, relativ knapp an H-Ionen ist. Chemisch ausgedrückt: die<br />
Lösung muss <strong>eine</strong>n alkalischen pH-Wert aufweisen. Dann verlieren die Prot<strong>eine</strong> ihre H-<br />
Ionen, sind daher negativ gela<strong>de</strong>n und wan<strong>de</strong>rn in <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> einheitlich zum<br />
Plus-Pol.<br />
Das in alkalischer<br />
Lösung negativ<br />
gela<strong>de</strong>ne Protein<br />
wan<strong>de</strong>rt unter <strong>de</strong>m<br />
Einfluss <strong>de</strong>s<br />
elektrischen Fel<strong>de</strong>s<br />
zum Plus-Pol.<br />
Der <strong>Elektrophorese</strong>-Puffer<br />
Die Trennung von Prot<strong>eine</strong>n wird bei <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> also in <strong>eine</strong>r Lösung<br />
(Flüssigkeit) durchgeführt, die <strong>eine</strong>n alkalischen pH haben muss. Und dieser pH darf sich<br />
während <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> auch nicht än<strong>de</strong>rn. In <strong>de</strong>r Chemie nennt man Lösungen, die<br />
<strong>eine</strong>n bestimmten pH besitzen, und an<strong>de</strong>ren Einflüssen zum Trotz auch beibehalten also<br />
"puffern" können, Puffer. Daher bezeichnet man die Flüssigkeit, in <strong>de</strong>r die Wan<strong>de</strong>rung<br />
bei <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> abläuft, auch meist als Puffer.<br />
Die Trennung <strong>de</strong>r Prot<strong>eine</strong><br />
Hat man erreicht, dass die Prot<strong>eine</strong> im elektrischen Feld wan<strong>de</strong>rn, dann wer<strong>de</strong>n sie auch<br />
automatisch getrennt, weil sie ja unterschiedlich schnell wan<strong>de</strong>rn.<br />
Das Serum wird in <strong>de</strong>r Nähe <strong>de</strong>s Minus-Pols aufgetragen. Spannung wird angelegt.<br />
Die verschie<strong>de</strong>nen Prot<strong>eine</strong> wan<strong>de</strong>rn unterschiedlich schnell. Nach En<strong>de</strong> <strong>de</strong>r<br />
<strong>Elektrophorese</strong> sind verschie<strong>de</strong>ne Proteingruppen voneinan<strong>de</strong>r getrennt.<br />
Die Abbildung ist nur ein vereinfachtes Schema. Sie ver<strong>de</strong>utlicht aber, dass die<br />
verschie<strong>de</strong>nen, nach <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> sichtbaren Proteingruppen aus<br />
unterschiedlichen Prot<strong>eine</strong>n bestehen. An<strong>de</strong>rs ausgedrückt, man trennt mit <strong>de</strong>r<br />
Serumeiweiß-<strong>Elektrophorese</strong> die Vielzahl <strong>de</strong>r Prot<strong>eine</strong> <strong>de</strong>s Serums in wenige, meist 5<br />
bis 7 Gruppen auf.<br />
3. Die freie <strong>Elektrophorese</strong>
Die sog. freie o<strong>de</strong>r auch trägerfreie <strong>Elektrophorese</strong> (Flüssigkeiten ohne Trägermaterial)<br />
hat für die Labormedizin nur mehr historische Be<strong>de</strong>utung. Die ersten von Tiselius<br />
eingeführten <strong>Elektrophorese</strong>-Apparate gehörten zur Gruppe <strong>de</strong>r freien <strong>Elektrophorese</strong>n.<br />
Die freie <strong>Elektrophorese</strong> nach<br />
Tiselius<br />
Bei <strong>de</strong>r freien <strong>Elektrophorese</strong> wird<br />
Serum in ein gläsernes U-Rohr<br />
gegeben und auf bei<strong>de</strong>n Seiten mit<br />
Puffer überschichtet. Elektro<strong>de</strong>n<br />
wer<strong>de</strong>n in die U-Rohrschenkel<br />
eingebracht und Spannung<br />
angelegt. Aus <strong>de</strong>m Serum<br />
wan<strong>de</strong>rn jetzt die Prot<strong>eine</strong> ihrer<br />
Ladung entsprechend in <strong>de</strong>n Puffer<br />
hinein. Diese Wan<strong>de</strong>rung lässt sich<br />
mit <strong>eine</strong>m durch das Glasrohr<br />
durchtreten<strong>de</strong>n Lichtstrahl<br />
beobachten (Prot<strong>eine</strong> verän<strong>de</strong>rn<br />
die Lichtbrechung).<br />
4. Die Träger-<strong>Elektrophorese</strong><br />
Die freie <strong>Elektrophorese</strong> war aufwändig und zeigte verschie<strong>de</strong>ne Nachteile. Schon bald<br />
versuchte man daher, geeignetere Metho<strong>de</strong>n zu fin<strong>de</strong>n. Man begann, die Trennung <strong>de</strong>r<br />
Prot<strong>eine</strong> nicht in <strong>de</strong>r freien Pufferflüssigkeit durchzuführen, son<strong>de</strong>rn man tränkte ein<br />
Trägermaterial mit <strong>de</strong>m Puffer und führte die Trennung auf diesem Trägermaterial durch.<br />
Zu Beginn verwen<strong>de</strong>te man dafür Papier (Papier-<strong>Elektrophorese</strong>). Papier hat aber für die<br />
Eiweißtrennung einige ungünstige Eigenschaften und man entwickelte daher spezielle<br />
Trägermaterialien, die diese Nachteile nicht o<strong>de</strong>r geringer aufwiesen. In <strong>de</strong>r Routine<br />
durchgesetzt haben sich vor allem zwei Materialien:<br />
• Cellul<strong>os</strong>e-Azetat (Cellul<strong>os</strong>e-Azetat-<strong>Elektrophorese</strong>, CAE)<br />
• Agar<strong>os</strong>e-Gel (Agar<strong>os</strong>e-Gel-<strong>Elektrophorese</strong>, AGE)<br />
4a. Die Cellul<strong>os</strong>e-Azetat-Folien-<strong>Elektrophorese</strong> (CAE)<br />
Bei <strong>de</strong>r CAE erfolgt die Auftrennung <strong>de</strong>r Prot<strong>eine</strong> auf <strong>eine</strong>r Cellul<strong>os</strong>e-Azetat-Folie.<br />
Cellul<strong>os</strong>e-Azetat-Folien sind weiße, im trockenen Zustand spröd-brüchige, etwa<br />
papierdicke Folien.
Streifen <strong>eine</strong>r Cellul<strong>os</strong>e-Azetat-<br />
Folie (weiß, man sieht hier nichts!)<br />
Elektronenmikr<strong>os</strong>kopische Detail-<br />
Aufnahme<br />
Die Abbildung zeigt das grobe<br />
Geflecht <strong>de</strong>r Zellul<strong>os</strong>e und die relativ<br />
großen Zwischenräume. Diese sind<br />
weit größer als die Prot<strong>eine</strong> und<br />
lassen diese daher praktisch<br />
ungehin<strong>de</strong>rt durchwan<strong>de</strong>rn.<br />
Durchführung <strong>de</strong>r CA-<strong>Elektrophorese</strong><br />
• Ein Puffer-getränkter Zellul<strong>os</strong>e-Azetat-Träger wird so in <strong>de</strong>n <strong>Elektrophorese</strong>-<br />
Apparat eingelegt, dass bei<strong>de</strong> En<strong>de</strong>n <strong>de</strong>r Folie in <strong>de</strong>n Puffer eintauchen.<br />
• Die Probe wird mit <strong>eine</strong>m Auftragsstempel auf die Folie aufgetragen.<br />
Allerdings nicht in <strong>de</strong>r Mitte <strong>de</strong>r Folie son<strong>de</strong>rn versetzt Richtung Minus-Pol (Katho<strong>de</strong>), weil<br />
die Prot<strong>eine</strong> ja in Richtung Plus-Pol (Ano<strong>de</strong>) wan<strong>de</strong>rn wer<strong>de</strong>n.<br />
• Die bei<strong>de</strong>n Pole (Katho<strong>de</strong> und Ano<strong>de</strong>) <strong>de</strong>s <strong>Elektrophorese</strong>-Apparates tauchen<br />
ebenfalls in <strong>de</strong>n Puffer ein.<br />
• Der <strong>Elektrophorese</strong>-Apparat wird dann an das Netzgerät (d.h. <strong>de</strong>n Strom)<br />
angeschl<strong>os</strong>sen.<br />
Typische Trennungsbedingungen (können von Gerät zu Gerät variieren):<br />
Die Auftrennung <strong>de</strong>r Prot<strong>eine</strong> erfolgt bei <strong>eine</strong>r konstanten Spannung von 200 - 250 V. Die<br />
Laufzeit beträgt ca. 20 Minuten. Die Pufferlösung hat <strong>eine</strong>n pH-Wert von 8.2 bis 8.6, ist also im<br />
alkalischen Bereich.
Färbung <strong>de</strong>r Prot<strong>eine</strong><br />
Nach <strong>de</strong>r Auftrennung wird die Cellul<strong>os</strong>e-Azetat-Folie aus <strong>de</strong>m <strong>Elektrophorese</strong>-Apparat<br />
genommen und mit <strong>eine</strong>m Proteinfarbstoff (z.b. Ponceau-Rot) gefärbt. Danach wird <strong>de</strong>r<br />
nicht an Protein gebun<strong>de</strong>ne, überschüssige Farbstoff in sog. Entfärbebä<strong>de</strong>rn<br />
ausgewaschen.<br />
Jetzt zeigt sich die unterschiedliche Anfärbung <strong>de</strong>r einzelnen, aufgetrennten Prot<strong>eine</strong>.<br />
Man erkennt verschie<strong>de</strong>ne Proteingruppen.<br />
So sieht <strong>eine</strong><br />
gefärbte<br />
Serumeiweiß-<br />
<strong>Elektrophorese</strong><br />
auf Cellul<strong>os</strong>e-<br />
Azetat aus.<br />
Rechts die<br />
Prot<strong>eine</strong>, die<br />
am schnellsten<br />
und daher am<br />
weitesten<br />
gewan<strong>de</strong>rt sind.<br />
Für die weitere<br />
Besprechung<br />
drehen wir die<br />
Folie um. Dies<br />
hat <strong>eine</strong>n<br />
einzigen Grund:<br />
diese<br />
Darstellung hat<br />
sich<br />
eingebürgert.<br />
Auf <strong>de</strong>n ersten Blick erkennt man verschie<strong>de</strong>ne Gruppen von Prot<strong>eine</strong>n, man spricht<br />
auch von Protein-Fraktionen.<br />
Abtrennung <strong>de</strong>r<br />
wichtigsten<br />
Protein-Fraktionen<br />
Die größte Fraktion (links) ist das Albumin. Den an<strong>de</strong>ren, die zur Proteingruppe <strong>de</strong>r<br />
Globuline gehören, gab man <strong>de</strong>r Reihenfolge nach griechische Buchstaben. Man spricht<br />
daher vom Alpha-1-Globulin, Alpha-2-Globulin, Beta-Globulin und Gamma-Globulin.
Bestimmung <strong>de</strong>s Anteils <strong>de</strong>r einzelnen Fraktionen<br />
Da die Vermehrung o<strong>de</strong>r Vermin<strong>de</strong>rung <strong>de</strong>r einzelnen Fraktionen von medizinischer<br />
Be<strong>de</strong>utung sein kann, ist es notwendig, <strong>de</strong>n Anteil <strong>de</strong>r einzelnen Fraktionen zu<br />
bestimmen, das heißt, die einzelnen Fraktionen zu quantifizieren.<br />
Dazu gibt es verschie<strong>de</strong>ne Verfahren. Meist wird die Folie, nach<strong>de</strong>m sie durch spezielle<br />
Chemikalien transparent (durchsichtig) gemacht wur<strong>de</strong>, in <strong>eine</strong>r Art Photometer<br />
abgetastet. Dadurch entsteht aus <strong>de</strong>r verschie<strong>de</strong>n stark gefärbten Folie <strong>eine</strong> Kurve. Mit<br />
Computern ist es dann kein Problem, die Fläche unter <strong>de</strong>r Kurve für die einzelnen<br />
Fraktionen zu berechnen und damit ihren Anteil zu bestimmen.<br />
Die <strong>Elektrophorese</strong>kurve<br />
Durch Abtasten <strong>de</strong>r transparent<br />
gemachten Folie in <strong>eine</strong>m Photometer<br />
o<strong>de</strong>r <strong>eine</strong>m Scanner entsteht aus <strong>de</strong>n<br />
Unterschie<strong>de</strong>n <strong>de</strong>r Färbeintensität in<br />
<strong>de</strong>r Folie <strong>eine</strong> Kurve - die<br />
<strong>Elektrophorese</strong>kurve. Früher wur<strong>de</strong><br />
die Fläche unter <strong>de</strong>r Kurve mit<br />
Millimeterpapier bestimmt, heute<br />
übernehmen das Computer. Die<br />
Ergebnisse wer<strong>de</strong>n zuerst einmal als<br />
Anteil am Gesamtprotein angegeben.<br />
Beta-Globulin 10 % hieße z.B., dass<br />
die Beta-Globulin Fraktion 10 % <strong>de</strong>s<br />
Gesamtproteins ausmacht. Kennt<br />
man die Konzentration <strong>de</strong>s<br />
Gesamtproteins im Blut (z.B. 60 g/l)<br />
kann man auch die absolute<br />
Konzentration <strong>de</strong>r Beta-Globulin-<br />
Fraktion berechnen (das ergäbe 6 g/l)<br />
Viele Prot<strong>eine</strong> bil<strong>de</strong>n <strong>eine</strong> Fraktion<br />
Wie bei <strong>de</strong>r Prinzipdarstellung schon kurz erwähnt, muss man sich bewusst sein, dass<br />
die Fraktionen k<strong>eine</strong> einzelnen Prot<strong>eine</strong> sind, son<strong>de</strong>rn dass in <strong>eine</strong>r Gruppe viele<br />
verschie<strong>de</strong>ne Prot<strong>eine</strong> enthalten sind. Anfangs wusste man nicht, welche Prot<strong>eine</strong> sich in<br />
<strong>eine</strong>r Fraktion befin<strong>de</strong>n, ja man kannte diese Prot<strong>eine</strong> zum Teil noch gar nicht. Heute<br />
kennt man die wichtigsten Prot<strong>eine</strong>, die die einzelnen Fraktionen bil<strong>de</strong>n.<br />
Welche Eiweißstoffe befin<strong>de</strong>n sich in <strong>de</strong>n einzelnen Fraktionen<br />
Im Serum fin<strong>de</strong>t sich <strong>eine</strong> enorme Zahl zu gutem Teil noch unbekannter Prot<strong>eine</strong>, sodass<br />
in je<strong>de</strong>r Fraktion <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> hun<strong>de</strong>rte, ja vielleicht tausen<strong>de</strong> Eiweißstoffe<br />
enthalten sind. Die meisten liegen aber in so geringer Konzentration vor, dass sie zum<br />
Entstehen <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong>kurve praktisch nichts beitragen. Die Hauptbestandteile <strong>de</strong>r<br />
jeweiligen Fraktionen kennt man heute und viele dieser Prot<strong>eine</strong> tragen in ihrem Namen<br />
<strong>de</strong>n Buchstaben <strong>de</strong>rjenigen Fraktion, in <strong>de</strong>r man sie gefun<strong>de</strong>n hat.
• Albuminfraktion: Wie <strong>de</strong>r Name sagt, dominiert in <strong>de</strong>r Albuminfraktion das<br />
o Albumin,<br />
das <strong>de</strong>n größten Teil <strong>de</strong>s Eiweißes im Serum ausmacht<br />
• Alpha-1-Fraktion (Alpha-1-Globulin):<br />
o alpha-1-Lipoprotein (HDL)<br />
o alpha-1-Glykoprotein (=Or<strong>os</strong>omukoid)<br />
o alpha-1-Antitrypsin<br />
• Alpha-2-Fraktion (Alpha-2-Globulin):<br />
o Alpha-2-Makroglobulin<br />
o Coeruloplasmin<br />
o Haptoglobin<br />
• Alpha-2-Fraktion bzw. Übergang von Alpha-2 zu Beta:<br />
o prä-Beta-Lipoprotein (VLDL/Triglyzeri<strong>de</strong>)<br />
• Beta-Fraktion (Beta-Globulin):<br />
o Hämopexin<br />
o Transferrin<br />
o Beta-Lipoprotein (LDL)<br />
o Komplement<br />
• Am Übergang von Beta zu Gamma:<br />
o Antikörper <strong>de</strong>r Klasse IgA<br />
o Fibrinogen (nur bei <strong>de</strong>r Plasmaeiweiß-<strong>Elektrophorese</strong>)<br />
• Gamma-Fraktion (Gamma-Globuline):<br />
o Antikörper <strong>de</strong>r Klasse IgG und IgM<br />
Anmerkungen:<br />
• Die beschriebene Auftrennung und das Vorkommen <strong>de</strong>r Prot<strong>eine</strong> in bestimmten<br />
Fraktionen ist nicht für alle <strong>Elektrophorese</strong>-Metho<strong>de</strong>n gleich.<br />
• Bei Vermehrungen einzelner Prot<strong>eine</strong> können zusätzliche Gipfel in <strong>de</strong>r<br />
<strong>Elektrophorese</strong>kurve vorkommen. Das können harml<strong>os</strong>e Verän<strong>de</strong>rungen sein. So können<br />
Medikamente o<strong>de</strong>r erbliche Beson<strong>de</strong>rheiten können zu <strong>eine</strong>m geteilten Albumingipfel<br />
führen. Auch ein erhöhtes Cholesterin kann die <strong>Elektrophorese</strong> verän<strong>de</strong>rn. Zusätzliche<br />
Gipfel können aber auch durch <strong>eine</strong> abnorme Vermehrung von Antikörpern verursacht<br />
sein, die von entarteten weißen Blutkörperchen produziert wer<strong>de</strong>n (MGUS, Lymphom,<br />
Plasmozytom).<br />
4b. Die Agar<strong>os</strong>e-Gel-<strong>Elektrophorese</strong> (AGE)<br />
Eine an<strong>de</strong>re Art von Trägermaterial ist das sog. Agar<strong>os</strong>e-Gel. Man darf sich unter <strong>de</strong>m<br />
Gel k<strong>eine</strong>n Creme-artigen Stoff vorstellen. Gele ähneln in ihrer Beschaffenheit eher<br />
<strong>eine</strong>m Gelee ("Tortenguss"). Gele für die <strong>Elektrophorese</strong> kann man zwar selbst<br />
herstellen, im Routinelabor greift man aber meist auf fertige, Puffer-getränkte Gele<br />
zurück.<br />
Aufgrund <strong>de</strong>s Aufbaus <strong>de</strong>s Gels bil<strong>de</strong>t sich ein großporiges Maschenwerk, das Prot<strong>eine</strong><br />
praktisch ungehin<strong>de</strong>rt durchwan<strong>de</strong>rn können. Die Wan<strong>de</strong>rung <strong>de</strong>r Prot<strong>eine</strong> führt daher<br />
nur zu minimalen Ban<strong>de</strong>nverzerrungen, was <strong>eine</strong> hohe Trennschärfe ermöglicht.
Agar<strong>os</strong>e-Gel<br />
Das durchsichtige und<br />
daher kaum sichtbare<br />
Gel befin<strong>de</strong>t auf <strong>eine</strong>r<br />
Kunststoffunterlage die<br />
sich wie<strong>de</strong>r in <strong>eine</strong>r<br />
Kunststoffschablone<br />
befin<strong>de</strong>t. Das Gel enthält<br />
bereits die Pufferlösung.<br />
Es muss vor <strong>de</strong>r<br />
Verwendung luftdicht<br />
verschl<strong>os</strong>sen bleiben,<br />
sonst wür<strong>de</strong> es<br />
austrocknen.<br />
Die Durchführung ist vergleichbar mit <strong>de</strong>m Prinzip <strong>de</strong>r oben beschriebenen Cellul<strong>os</strong>e-<br />
Azetat-Folien-<strong>Elektrophorese</strong>.<br />
Agar<strong>os</strong>e-Gel im<br />
Automaten<br />
Hier liegt das<br />
Agar<strong>os</strong>e-Gel<br />
bereits im<br />
<strong>Elektrophorese</strong>-<br />
Automaten. Die<br />
stabförmigen<br />
Elektro<strong>de</strong>n liegen<br />
<strong>de</strong>m Gel auf<br />
bei<strong>de</strong>n Seiten auf.<br />
Über sie wird <strong>de</strong>r<br />
Strom zugeführt.<br />
Auf diesem Gel<br />
können<br />
gleichzeitig bis zu<br />
60Serumei-weiß-<br />
Elektro-phoresen<br />
durchgeführt<br />
wer<strong>de</strong>n.
Auftragen <strong>de</strong>r<br />
Proben<br />
Mit kammartigen<br />
Stempeln, die<br />
vorher in die<br />
Serumproben<br />
getaucht wer<strong>de</strong>n,<br />
wer<strong>de</strong>n bis zu 60<br />
Serumproben<br />
gleichzeitig<br />
automatisch auf<br />
das Gel<br />
aufgetragen.<br />
Nach <strong>de</strong>m Auftragen <strong>de</strong>r Proben kann die Spannung angelegt wer<strong>de</strong>n und die<br />
<strong>Elektrophorese</strong> beginnt. Nach En<strong>de</strong> <strong>de</strong>r elektrophoretischen Auftrennung wird das<br />
Protein auf <strong>de</strong>r Agar<strong>os</strong>e-Gel-Folie in Färbebä<strong>de</strong>rn fixiert und gefärbt. Anschließend wird<br />
<strong>de</strong>r überschüssige Farbstoff in Entfärbebä<strong>de</strong>rn entfernt.<br />
Das Resultat ist <strong>eine</strong> transparente Folie, auf <strong>de</strong>r die Prot<strong>eine</strong> blau gefärbt sind.<br />
Hier sind die Ergebnisse <strong>de</strong>r Agar<strong>os</strong>e-Gel Serumeiweiß-<strong>Elektrophorese</strong> von 20 Proben<br />
dargestellt.<br />
Betrachtet man <strong>eine</strong> Spur näher, dann sieht man, dass die Ergebnisse sehr ähnlich<br />
<strong>de</strong>nen <strong>de</strong>r Cellul<strong>os</strong>e-Azetat-Folien-<strong>Elektrophorese</strong> sind.<br />
Agar<strong>os</strong>e-Gel-<br />
<strong>Elektrophorese</strong><br />
Auch hier wan<strong>de</strong>rt<br />
Albumin (ganz rechts)<br />
am schnellsten und es<br />
zeigen sich 5 <strong>de</strong>utliche<br />
Fraktionen.<br />
Da die Folie bereits transparent ist, erspart man sich das Transparentmachen und kann<br />
die Folie gleich in <strong>eine</strong>m Computer-Scanner o<strong>de</strong>r <strong>eine</strong>m Photometer auswerten. Es
entsteht dann <strong>eine</strong> <strong>Elektrophorese</strong>kurve, wie schon weiter oben bei <strong>de</strong>r Cellul<strong>os</strong>e-Azetat-<br />
<strong>Elektrophorese</strong> beschrieben.<br />
Agar<strong>os</strong>e-Gel-<strong>Elektrophorese</strong>n sind auch gut geeignet für spezielle Anwendungen wie die<br />
z.B. Auftrennung von Lipoprot<strong>eine</strong>n o<strong>de</strong>r DNA.<br />
5. Der elektro-<strong>os</strong>motische Fluss (EOF)<br />
Um die Verständlichkeit zu verbessern, wur<strong>de</strong> bei <strong>de</strong>r bisherigen Betrachtung <strong>de</strong>r<br />
<strong>Elektrophorese</strong> auf die theoretisch-physikalischen Grundlagen kaum eingegangen. Viele<br />
Details wür<strong>de</strong>n für <strong>eine</strong> Übersicht auch zu weit führen und sind für ein Verständnis <strong>de</strong>r<br />
<strong>Elektrophorese</strong> entbehrlich.<br />
Ein Phänomen <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> ist aber zum Verständnis mo<strong>de</strong>rner <strong>Elektrophorese</strong>-<br />
Techniken wichtig und das ist <strong>de</strong>r sog elektro-<strong>os</strong>motische Fluss (EOF).<br />
An<strong>de</strong>re Bezeichnungen sind Elektro-End<strong>os</strong>m<strong>os</strong>e o<strong>de</strong>r auch nur End<strong>os</strong>m<strong>os</strong>e.<br />
Was ist <strong>de</strong>r EOF<br />
Der EOF ist ein Effekt, <strong>de</strong>r bei <strong>de</strong>r Träger-<strong>Elektrophorese</strong> auftritt. Es ist ein Fluss von<br />
p<strong>os</strong>itiv gela<strong>de</strong>nen Teilchen (Kationen) in Richtung Minus-Pol (Katho<strong>de</strong>). Diese Teilchen<br />
nehmen dann auch Wasser mit. Es entsteht daher ein Fluss, <strong>eine</strong> Strömung, in Richtung<br />
Minus-Pol.<br />
Warum entsteht <strong>de</strong>r EOF<br />
Dass p<strong>os</strong>itiv gela<strong>de</strong>ne Teilchen zum Minus-Pol wan<strong>de</strong>rn, ist k<strong>eine</strong> Überraschung. Aber<br />
warum entstehen in <strong>eine</strong>r elektrisch neutralen Pufferlösung überhaupt Anhäufungen von<br />
p<strong>os</strong>itiv gela<strong>de</strong>nen Teilchen Das hat mit <strong>de</strong>m Trägermaterial zu tun. Verschie<strong>de</strong>ne<br />
Trägermaterialien bin<strong>de</strong>n negative Teilchen (Anionen) aus <strong>de</strong>m Puffer. Diese negativen<br />
Ladungen sind dann am Trägermaterial fixiert. In <strong>de</strong>m Puffer entstehen daraufhin Wolken<br />
überschüssiger p<strong>os</strong>itiver Ladungen. Die sind aber nicht fixiert. Und wenn man im<br />
Rahmen <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> Spannung anlegt, wan<strong>de</strong>rn diese p<strong>os</strong>itiven Ladungen<br />
natürlich zum Minus-Pol. Dabei nehmen sie Wasser mit. Der elektro-<strong>os</strong>motische Fluss<br />
entsteht.<br />
Der Fluss ist <strong>de</strong>r Wan<strong>de</strong>rung <strong>de</strong>r Prot<strong>eine</strong> entgegengesetzt<br />
Die in <strong>de</strong>m alkalischen Puffer negativ gela<strong>de</strong>nen Prot<strong>eine</strong> wan<strong>de</strong>rn zum Plus-Pol, <strong>de</strong>r<br />
EOF aber zum Minus-Pol.<br />
Der elektro-<strong>os</strong>motische Fluss (EOF)<br />
Durch <strong>eine</strong> Wechselwirkung zwischen Puffer und Oberfläche <strong>de</strong>s Trägermaterials (z.B.<br />
Agar<strong>os</strong>e) sind im Puffer Wolken von frei beweglichen p<strong>os</strong>itiven Ladungen. Diese bewegen sich<br />
beim Anlegen <strong>de</strong>r Spannung in Richtung Minus-Pol.
Die p<strong>os</strong>itiven<br />
Teilchen im Puffer<br />
verursachen <strong>eine</strong>n<br />
Fluss in Richtung<br />
Minus-Pol, <strong>de</strong>n<br />
EOF<br />
1. Beginn <strong>eine</strong>r<br />
Protein-<br />
<strong>Elektrophorese</strong>.<br />
Die Probe wur<strong>de</strong><br />
aufgetragen. Die<br />
Prot<strong>eine</strong> wan<strong>de</strong>rn<br />
gegen <strong>de</strong>n EOF<br />
in Richtung Plus-<br />
Pol. Zumin<strong>de</strong>st<br />
wollen sie<br />
Richtung Plus-Pol<br />
wan<strong>de</strong>rn.<br />
Anmerkung: in <strong>de</strong>m Schema sind nur einige Eiweißstoffe als Beispiele dargestellt.<br />
2. En<strong>de</strong> <strong>de</strong>r<br />
Protein-<br />
<strong>Elektrophorese</strong><br />
Durch die Wirkung<br />
<strong>de</strong>s EOF sind die<br />
am schwächsten<br />
Richtung Plus-Pol<br />
wan<strong>de</strong>rn<strong>de</strong>n<br />
Prot<strong>eine</strong> (grüne<br />
Kugeln) nicht in<br />
Richtung Plusson<strong>de</strong>rn<br />
in<br />
Richtung Minuspol<br />
verschoben.
Dies passiert auch<br />
in <strong>de</strong>r Realität: die<br />
Gammaglobuline<br />
wer<strong>de</strong>n bei <strong>de</strong>r<br />
<strong>Elektrophorese</strong><br />
auf Agar<strong>os</strong>e-Gel<br />
durch <strong>de</strong>n EOF<br />
Richtung Minus-<br />
Pol getragen.<br />
Der EOF erhöht die Leistungsfähigkeit <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong><br />
Man könnte m<strong>eine</strong>n, <strong>de</strong>r EOF sei ein Störfaktor bei <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong>. Außer bei<br />
speziellen Anwendungen trifft dies aber nicht zu. In <strong>de</strong>n meisten Fällen und auch bei <strong>de</strong>r<br />
Agar<strong>os</strong>e-Gel-<strong>Elektrophorese</strong> von Prot<strong>eine</strong>n führt <strong>de</strong>r EOF zu <strong>eine</strong>r besseren Auftrennung<br />
<strong>de</strong>r einzelnen Stoffe.<br />
Vielleicht wird das durch <strong>eine</strong>n Vergleich aus <strong>de</strong>m Schwimmsport verständlicher: Möchten sie auf<br />
<strong>eine</strong>r nur 5 Meter langen Bahn herausfin<strong>de</strong>n, wer von zwei Schwimmern <strong>de</strong>r schnellere ist, wird<br />
das sehr schwierig. Zufällige Einflüsse können sehr leicht das Ergebnis verfälschen. Haben sie<br />
aber <strong>eine</strong> Gegenstromanlage, wird sich auch auf <strong>eine</strong>r nur 5 Meter langen Strecke <strong>de</strong>r bessere<br />
Schwimmer vom schlechteren unterschei<strong>de</strong>n.<br />
6. Die Kapillar-<strong>Elektrophorese</strong><br />
Die neueste Variante <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> ist die Kapillar-<strong>Elektrophorese</strong>, auch Kapillar-<br />
Zonen-<strong>Elektrophorese</strong> (KZE) genannt. Wie <strong>de</strong>r Name an<strong>de</strong>utet, fin<strong>de</strong>t dabei die<br />
elektrophoretische Trennung in <strong>eine</strong>r Kapillare, also in <strong>eine</strong>m sehr dünnen Röhrchen<br />
statt.<br />
Das folgen<strong>de</strong> Schema zeigt <strong>de</strong>n Aufbau.<br />
Schema <strong>de</strong>r Kapillar-<br />
<strong>Elektrophorese</strong><br />
Die Auftrennung <strong>de</strong>r Stoffe<br />
fin<strong>de</strong>t in <strong>eine</strong>r dünnen<br />
Kapillare statt (1/100 bis<br />
1/10 mm<br />
Innendurchmesser, 20 bis<br />
200 cm lang)<br />
Wie bringt man die Probe hinein<br />
Das geschieht, in<strong>de</strong>m man kurzzeitig <strong>de</strong>n linken Pufferbehälter durch das Probengefäß
ersetzt und dann ein wenig Probe z.B. durch Ausübung von Druck o<strong>de</strong>r durch <strong>eine</strong>n<br />
Stromstoß in die Kapillare bringt.<br />
Es gibt für die Probenaufgabe verschie<strong>de</strong>nste Verfahren. Je<strong>de</strong>s hat Vor- und Nachteile.<br />
Wie wird die Kurve aufgezeichnet<br />
Der Detektor zeichnet vorbeifließen<strong>de</strong> Stoffe auf, weil diese <strong>eine</strong> Schwächung <strong>de</strong>s<br />
einfallen<strong>de</strong>n Lichts verursachen. Für die Protein-<strong>Elektrophorese</strong> wer<strong>de</strong>n meist UV-<br />
Lichtquellen und UV-Detektoren verwen<strong>de</strong>t.<br />
Der Ablauf <strong>eine</strong>r Auftrennung mittels Kapillar-<strong>Elektrophorese</strong> ist in <strong>de</strong>r folgen<strong>de</strong>n<br />
Abildung dargestellt:<br />
Ablauf <strong>de</strong>r Kapillarelektrophorese<br />
Die Prot<strong>eine</strong> wan<strong>de</strong>rn Richtung Minus-Pol<br />
Die Anordnung <strong>de</strong>r Pole in <strong>de</strong>n obigen Abbildungen ist kein Irrtum. Bei <strong>de</strong>r Kapillar-<br />
<strong>Elektrophorese</strong> wan<strong>de</strong>rn die Prot<strong>eine</strong> Richtung Minus-Pol, obwohl sie negativ gela<strong>de</strong>n<br />
sind.<br />
Der Grund ist <strong>de</strong>r bei <strong>de</strong>r Kapillar-<strong>Elektrophorese</strong> übermächtige elektro-<strong>os</strong>motische Fluss<br />
(EOF). Der EOF geht Richtung Minus-Pol. Die Prot<strong>eine</strong> wollen zwar Richtung Plus-Pol<br />
wan<strong>de</strong>rn, <strong>de</strong>r EOF reißt sie aber zum Minus-Pol mit.<br />
Gamma-Globuline kommen als erste zum Detektor
Auch dies ist für die Protein-<strong>Elektrophorese</strong> ungewöhnlich, bei <strong>de</strong>r man Gamma-<br />
Globuline als langsame, nur gering wan<strong>de</strong>rn<strong>de</strong> Fraktion kennt. Aber gera<strong>de</strong> <strong>de</strong>swegen<br />
kommen die Gamma-Globuline bei <strong>de</strong>r Kapillar-<strong>Elektrophorese</strong> als erste zum Detektor.<br />
Weil sie <strong>de</strong>m EOF am wenigsten Wi<strong>de</strong>rstand entgegensetzen.<br />
Wo liegen die Vorteile <strong>de</strong>r Kapillar-<strong>Elektrophorese</strong><br />
• Da man die Kapillaren gut kühlen kann, läuft die <strong>Elektrophorese</strong> schneller.<br />
Proteintrennungen dauern nur wenige Minuten.<br />
Dies muss man näher erklären: <strong>Elektrophorese</strong>n laufen schneller, wenn man höhere<br />
Spannungen anlegt. Höhere Spannungen führen aber auch zu stärkerem Stromfluss und<br />
zum Entstehen von Wärme. Und Wärme hat verschie<strong>de</strong>ne negative Einflüsse auf die<br />
<strong>Elektrophorese</strong>. Die Kapillaren bei <strong>de</strong>r Kapillar-<strong>Elektrophorese</strong> lassen sich aus technischmechanischen<br />
Grün<strong>de</strong>n viel leichter kühlen als ein Agar<strong>os</strong>e-Gel o<strong>de</strong>r <strong>eine</strong> Zellul<strong>os</strong>e-<br />
Azetat-Folie. Daher kann man bei <strong>de</strong>r Kapillar-<strong>Elektrophorese</strong> viel höhere Spannungen<br />
einsetzen (z.B. 25000 Volt) und die Auftrennung ist dadurch schneller fertig.<br />
• Die Metho<strong>de</strong> ist gut automatisierbar.<br />
Das Vorbereiten <strong>de</strong>r Serumproben und das Hantieren mit Folien o<strong>de</strong>r Gelen bei <strong>de</strong>n<br />
Träger-<strong>Elektrophorese</strong>n erfor<strong>de</strong>rt <strong>eine</strong>n relativ hohen manuellen o<strong>de</strong>r mechanischen<br />
Aufwand. Bei <strong>de</strong>r Kapillar-<strong>Elektrophorese</strong> ist dies einfacher.<br />
• Geringe Probenmengen notwendig<br />
Bei <strong>de</strong>r Kapillar-<strong>Elektrophorese</strong> braucht man nur extrem kl<strong>eine</strong> Probenmengen (1-50 nl).<br />
Diese Eigenschaft kommt eher Spezialanwendungen zugute, für medizinische<br />
Anwendungen ist das kein großer Vorteil, da auch die an<strong>de</strong>ren <strong>Elektrophorese</strong>-Techniken<br />
nicht viel Probe brauchen.
7. Beispiele von Serumeiweiß-<strong>Elektrophorese</strong>n<br />
Normale <strong>Elektrophorese</strong><br />
Es dominiert die Albuminfraktion (ca. 60%). Die Alpha-1-Globuline machen etwa 4% aus,<br />
die Alpha-2-Globuline 8%, die Beta-Globuline 12% und die Gamma-Globuline 16%.<br />
(Merkhilfe für Globuline 4-8-12-16).<br />
Diese Werte gelten für die Cellul<strong>os</strong>e-Azetat-Folien-<strong>Elektrophorese</strong> bei Färbung mit<br />
Ponceau-Rot, bei an<strong>de</strong>ren Färbungen o<strong>de</strong>r an<strong>de</strong>ren <strong>Elektrophorese</strong>n gelten etwas<br />
an<strong>de</strong>re Werte (Ursache: Nicht alle Techniken trennen die Fraktionen genau gleich und<br />
nicht alle Farbstoffe färben alle Prot<strong>eine</strong> gleich stark an).
Akute Entzündung<br />
Die Alpha-1- und die Alpha-2-Globuline sind im Vergleich zur normalen Kurve (grün)<br />
<strong>de</strong>utlich erhöht.<br />
Das kann bei je<strong>de</strong>r Art von akuter Entzündung vorkommen, beson<strong>de</strong>rs bei Bakterienverursachter<br />
Entzündung (z.B. Nierenentzündung, Lungenentzündung, Rotlauf).<br />
Allerdings dauert es 2-3 Tage bis die Alpha-Globuline <strong>de</strong>utlich erhöht sind.<br />
Virus-verursachte Entzündungen zeigen geringere Verän<strong>de</strong>rungen.<br />
Auch nicht-infektiöse Entzündungen (z.B. Verbrennungen, Herzinfarkt) können dieses<br />
Bild zeigen.
Paraproteinämie<br />
Entartete weiße Blutkörperchen können ein Protein (Paraprotein) bil<strong>de</strong>n, das in <strong>de</strong>r<br />
<strong>Elektrophorese</strong> als Zacke auffällt. Das Protein entsteht aus <strong>eine</strong>r einzigen, bestimmten<br />
Linie von Zellen, <strong>eine</strong>m Zell-Klon. Man nennt es auch M-Protein und die Zacke <strong>de</strong>r Kurve<br />
M-Gradient, wobei das M für monoklonal steht ("1 Klon").<br />
Am häufigsten kommt ein Paraprotein beim sog. MGUS vor, ein Zustand, <strong>de</strong>r an sich<br />
k<strong>eine</strong> Krankheit ist, aber in etwa 1% <strong>de</strong>r Fälle pro Jahr in <strong>eine</strong> bösartige Erkrankung<br />
übergeht.<br />
Paraprot<strong>eine</strong> kommen vor bei Lymphomen (Krebs <strong>de</strong>r Lymphozyten in Lymphknoten<br />
und/o<strong>de</strong>r Blut) und beim Plasmozytom (Krebs <strong>de</strong>r Plasmazellen; meist im Knochenmark).
Beta-Gamma-Typ<br />
Vom Beta-Gamma-Typ spricht man, wenn <strong>de</strong>r Beta-Gipfel ohne klare Abtrennung in <strong>de</strong>n<br />
Gamma-Bereich übergeht. Der Beta-Gamma-Typ fin<strong>de</strong>t sich bei Leberzirrh<strong>os</strong>e<br />
verschie<strong>de</strong>ner Ursache.<br />
Verursacht wird dies durch die Erhöhung <strong>de</strong>r Immunglobuline. IgG, IgA und ev. IgM sind<br />
erhöht. IgA sind beson<strong>de</strong>rs bei <strong>de</strong>r durch Alkohol o<strong>de</strong>r an<strong>de</strong>re Gifte verursachten<br />
Zirrh<strong>os</strong>e erhöht. Und gera<strong>de</strong> die IgA-Erhöhung trägt zum Beta-Gamma-Typ bei, da die<br />
IgA bei <strong>de</strong>r <strong>Elektrophorese</strong> im Übergangsbereich zwischen Beta und Gamma liegen.