Die Ionenaustauschchromatographie

Bei jedem pH-Wert hat ein Protein aufgrund des Ladungszustands der Aminosäuren eine positive oder negative Nettoladung. Dementsprechend wird dieses Protein entweder an negativ geladene Materialien (falls es selbst positiv geladen ist) oder an positiv geladene Materialien (falls es selbst negativ geladen ist) binden. Dies ist das Prinzip der Ionenaustauschchromatographie. Eine Gelmatix trägt z.B. Carboxylat-Gruppen, an die bei pH 7,0 positiv geladene Proteine binden. Durch Zugabe von z.B. NaCl oder einem anderen Salz kann das Protein wieder von den Carboxylat-Gruppen abgelöst werden, da nun die Na-Ionen mit den positiv geladenen Gruppen des Proteins um die Bindung am Ionenaustauscher konkurrieren. Proteine mit geringer positiver Nettoladung werden in diesem Beispiel eher verdrängt als Proteine mit hoher positiver Ladung.

Als Materialien für die Gelmatrix werden Harze wie Polystyrol, Cellulose und vernetzte Polyacrylamid- oder Polydextran-Gele verwendet, dabei wird nach starken und schwachen Anionen- oder Kationenaustauschern unterschieden. In der Regel wird Ionenaustauschchromatographie bei pH-Werten durchgeführt, die das Protein in seiner aktiven Konformation belassen.

Abb.1

FPLC-Apparatur (Pharmacia)

Abb.2

Im Beispiel wird ein Protein-Gemisch aus drei verschiedenen Proteinen auf eine Säule gegeben und die Proteine adsorbieren zunächst an das Säulenmaterial. Dann wird ein linearer Salzgradient angelegt (verdeutlicht durch die schwarze Linie im Chromatogramm). Das rosafarbene Protein wird schon bei niedrigen Salzkonzentrationen vom Säulenmaterial abgelöst und erscheint in den ersten Fraktionen der Säule. Das olivgrüne Protein wird erst bei sehr hohen Salzkonzentrationen (i.d.R. entprechen 100% Salz einer Konzentration von 1 molL-1) abgelöst und erscheint als letzes in den Säulenfraktionen. Die drei Proteine sind so mehr oder weniger rein isoliert.