Ionenaustauschchromatographie

Die Ionenaustauschchromatographie ist eine Form der Flüssigkeitschromatographie, bei der die Moleküle in der Probe entsprechend ihrer Ladung getrennt werden.

Sie wird üblicherweise zur Trennung geladener biologischer Moleküle wie Proteine, Peptide, Aminosäuren oder Nukleotide verwendet. So enthalten beispielsweise die Aminosäuren in den Proteinen sowohl positiv als auch negativ geladene chemische Gruppen. Je nach pH-Wert ihrer Umgebung können Proteine eine positive oder negative Nettoladung oder sogar gar keine Ladung tragen.

Der pH-Wert, bei dem das Protein keine Ladung hat, wird als isoelektrischer Punkt bezeichnet. Daher bestimmt die Wahl des Puffer-pH-Wertes die Nettoladung des untersuchten Proteins. Ist der Puffer-pH-Wert größer als der isoelektrische Punkt des betreffenden Proteins, trägt das Protein eine negative Nettoladung. Liegt der pH-Wert hingegen unter dem isoelektrischen Punkt, so ist das Protein positiv geladen.

Je nach Nettoladung der zu trennenden Moleküle sollte die entsprechende stationäre Phase ausgewählt werden. Da es sich bei den Proben um Mischungen verschiedener Verbindungen mit unterschiedlichen Ladungen handelt, wird in der Regel ein Puffergradient verwendet, um jede einzelne Verbindung getrennt zu eluieren (Abbildung 1).

Principle of separation molecules in ion exchange chromatography. First, a mix of proteins, shown as colorful spheres with plus or minus symbols on them, flows through the column, from the top to the bottom. On the sides of the column are immobilized cations, depicted as orange spheres with plus signs. As the time passes, first, negatively charged molecules bind to cations, and positively charged molecules are eluted. After addition of the elution buffer, slightly negatively charged molecules are eluted. Lastly, increased concentration of the elution buffer separates highly negatively charged molecules from the cations and eluted them. The elution curve presented below the workflow presents two peak, one at the time of elution of slightly negatively charged molecules, and second one at the time of elution of highly negatively charged ones.

Abbildung 1: Beispiel einer Ionenaustauschchromatographie