Säulenmaterialien für die Ionenaustauschchromatographie
- Ionenaustauscher
- Ionenaustauscher interagieren im Prinzip über elektrostatische Wechselwirkung mit Proteinen und werden in zwei
Klassen eingeteilt: Austauscher mit positiv geladener Matrix (Anionenaustauscher) und
Austauscher mit negativ geladener Matrix (Kationenaustauscher). Innerhalb dieser beiden
Klassen wird dann nach Stärke der Austauscher (starke oder schwache Anionen- bzw. Kationenaustauscher) und der
Chemie der Substituenten unterschieden.
Die Ionenaustauschchromatographie wurde Mitte der 50iger Jahre von H.A. Sober und E.A.
Peterson etabliert, die erstmals DEAE- und CM-Cellulose-Derivate synthetisierte. Polystyren-Derivate werden etwa
seit dem 2. Weltkrieg verwendet. Als Trägermaterialien eignen sich auch Dextrane, Agarose und synthetische hydrophile
Polymere. Die ionisierbaren Gruppen sind an die Hydroxy-Gruppen der Matrix angeheftet. Zu den mit am häufigsten verwendeten
Austauschern zählen DEAE (Diethylaminoethyl-Verbindung), eine schwache Base mit positiver
Nettoladung, die Anionen bindet, und CM (Carboxymethyl-Verbindung), eine schwache Säure, die
entsprechend Kationen binden kann. DEAE-Cellulose ist bei -Werten über 9,5 ungeladen und selbst bei 6 noch nicht vollständig protoniert. Dieses bedeutet, dass dieses Material bei physiologischen -Werten als starker Puffer wirkt.
Polystyren-basierende Ionenaustauscher können auch quarternäre Ammonium-Gruppen als stark basische Anionenaustauscher
oder Sulfonsäure-Gruppen als stark saure Kationenaustauscher tragen. In der Hochdruck-Ionenaustauschchromatographie werden
kleine Kügelchen (beads) verwendet, die aus Silikat-Derivaten hergestellt sind. Diese Silikate sind mit
einer hydrophilen Schicht überzogen, die die geladenen Gruppen trägt. Andere Materialien basieren auf quervernetzten
organischen Nicht-Kohlenhydrat-Polymeren, wie z.B. Mono Q und Mono S der Firma Pharmacia. Da die Ladung eines Proteins vom
pH-Wert abhängt, muss der Puffer genau gewählt werden. Der Adsorptionspuffer enthält meistens nur etwa 0,01 bis 0,05 Salz, wobei der des Salzes um den -Wert liegen sollte, bei dem die Chromatographie durchgeführt wird. Für einen Anionenaustauscher ist z.B.
ein Tris-Puffer ( 8,2) mit Cl- als Gegenion geeignet, für einen Kationenaustauscher z.B.
Phosphat-, Carbonat-, Acetat- oder MES (Morpholinoethansulfonat)-Puffer mit K+ oder
Na+ als Gegenion.
- Tab.1
- Funktionelle Gruppen von Ionenaustauschern: Anionenaustauscher
Name | Abkürzung | -Werte |
---|
Diethylaminoethyl | DEAE | 9,0 bis 9,5 |
Trimethylhydroxypropyl | QA | - |
Quarternäre Aminoethyl | QAE | - |
Quarternäre Aminomethyl | Q | - |
Triethylaminomethyl | TEAE | 9,5 |
Triethylaminopropyl | TEAP | - |
Polyethylenimin | PEI | - |
- Tab.2
- Funktionelle Gruppen von Ionenaustauschern: Kationenaustauscher
Name | Abkürzung | -Werte |
---|
Metharylat | - | 6,5 |
Carboxymethyl | CM | 3,5-4 |
Orthophosphat | P | 3 und 6 |
Sulfonat | S | 2 |
Sulfoethyl | SE | 2 |
Sulfopropyl | SP | 2-2,5 |
Literatur
Sober, H. A.; Gutter, F. J.; Wycoff, M. M.; Peterson, E. A.
(1956):
Chromatography of Proteins. II. Fractionation of Serum Protein on Anion-exchange Cellulose. In: J. Am. Chem. Soc.. 78
, 756-763 |
Sober, H. A.; Peterson,, E. A.
(1958):
Protein chromatography on ion exchange cellulose.. In: Fed. Proc.. 4
, 1116-1126 |
Peterson,, E. A.; Sober, H. A.
(1958):
Chromatography of proteins. I. Cellulose ion- exchange adsorbents. In: J. Amer. Chem. Soc.. 78
, 751-755 |
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