Polyacrylamid-Gelelektrophorese

Entdecken Sie unser umfassendes Angebot an Polyacrylamid-Gelelektrophorese (PAGE) und Blotting-Lösungen für die optimale Analyse von Proteinen und Nukleinsäuren.

Polyacrylamid-Gelelektrophorese

Die Polyacrylamid-Gelelektrophorese (PAGE) zählt zu den etablierten Standardmethoden der biochemischen und molekularbiologischen Analytik, um Proteine und Nukleinsäuren auf Grundlage ihrer Molekülgröße und Ladung präzise zu trennen. Das Verfahren basiert auf der Bewegung elektrisch geladener Moleküle in einem porösen Gel unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Dabei wandern kleinere Moleküle schneller durch die Porenstruktur des Polyacrylamid-Gels als größere, was zu einer zuverlässigen und reproduzierbaren Trennung führt.

Aufgrund ihrer hohen Auflösung und Robustheit ist die Polyacrylamid-Gelelektrophorese besonders für anspruchsvolle analytische Aufgabenstellungen im Laboralltag geeignet. Vor allem bei komplexen Proben, die aus einer Vielzahl unterschiedlicher Moleküle bestehen, ermöglicht PAGE eine klare Differenzierung und Identifikation einzelner Bestandteile. Durch ihre vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten ist die Methode sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der klinischen Diagnostik, Biotechnologie und Pharmaforschung unverzichtbar geworden.

Insgesamt trägt die kontinuierliche Weiterentwicklung dieser Geräte und Verfahren entscheidend dazu bei, den Laborbetrieb effizienter zu gestalten und die Qualität analytischer Ergebnisse zu verbessern. Im Folgenden werden die Herstellung und Eigenschaften der Polyacrylamid-Gele, die konkrete Durchführung der Methode sowie deren vielfältige Anwendungsbereiche näher erläutert.

Methodik der Polyacrylamid-Gelelektrophorese

Im Folgenden wird die Methodik der Polyacrylamid-Gelelektrophorese detailliert erläutert. Dabei steht zunächst die sorgfältige Vorbereitung der Proben als Grundlage für zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse im Fokus. Folgende Schritte sind hierbei besonders wichtig:

• Denaturierung und Reduktion: Proteine werden typischerweise durch Erhitzen in Anwesenheit eines Reduktionsmittels, wie beispielsweise Dithiothreitol (DTT) oder 2-Mercaptoethanol, entfaltet (denaturiert). Dies bricht Disulfidbrücken auf und ermöglicht eine effiziente Trennung nach Molekülgröße.
• Einsatz von Detergenzien (z. B. SDS): Zur einheitlichen Beladung der Proteine mit negativer Ladung kommt meist das anionische Detergens Natriumdodecylsulfat (SDS) zum Einsatz. SDS gewährleistet, dass die elektrophoretische Wanderung ausschließlich aufgrund der Molekülgröße erfolgt.
• Ladungspuffer: Der Ladungspuffer enthält neben SDS oft Glycerin, um die Proben im Gel nach unten sinken zu lassen, sowie Farbstoffe (z. B. Bromphenolblau) zur optischen Kontrolle des Fortschritts der Elektrophorese.

Im zweiten Schritt geht es dann um die Elektrophorese – also die  eigentliche elektrophoretische Trennung der Moleküle – wobei sich diese im Wesentlichen in drei Schritte unterteilen lässt:

• Prinzip des elektrischen Feldes: Ein elektrisches Feld wird zwischen zwei Elektroden (Kathode und Anode) aufgebaut, indem eine externe Spannungsquelle angelegt wird – beispielsweise die Biometra Powermodule P25T oder PS 300, die eine präzise Spannungs- und Stromregelung für reproduzierbare Ergebnisse ermöglichen. Die negativ geladenen Moleküle wandern zur positiv geladenen Anode.
• Probenapplikation und Laufbedingungen: Die vorbereiteten Proben werden vorsichtig in kleine Taschen des Polyacrylamid-Gels eingebracht. Wichtig dabei sind:
  • Konstante Spannung oder Stromstärke (typischerweise 100–200 V, je nach Gelgröße und Anwendungsfall)
  • Temperaturkontrolle, um Wärmentwicklung und Proteinaggregation zu verhindern (besonders wichtig bei empfindlichen Proben)
  • Laufzeiten zwischen 30 Minuten und mehreren Stunden, abhängig von Gelkonzentration, Probenart und gewünschter Auflösung
• Elektrophoretische Trennung: Während der PAGE werden Moleküle nach ihrer Größe aufgetrennt: kleinere Moleküle wandern schneller und weiter durch das Gel als größere. Zur Bestimmung der Molekülgrößen und zur Validierung der Trennung dienen spezielle Marker, die Moleküle bekannter Größe enthalten und parallel zu den Proben mitgeführt werden.

Nach Abschluss der elektrophoretischen Trennung erfolgt schließlich die Visualisierung und Auswertung der Proben, wobei verschiedene Methoden infrage kommen:

Visualisierungsmethoden:

• Coomassie-Brillant-Blau-Färbung (kostengünstig und universell für Proteine)
• Silberfärbung (hohe Sensitivität, auch für geringste Proteinmengen)
• Fluoreszierende und chemilumineszierende Färbungen (hohe Empfindlichkeit, spezifische Anwendungen)

Nach der Detektion erfolgt die genaue Analyse der getrennten Moleküle. Bei der qualitativen Auswertung werden die entstandenen Bandenmuster mit bekannten Molekülstandards verglichen. Dadurch lassen sich einzelne Proteine oder Nukleinsäuren eindeutig identifizieren und charakterisieren. Die quantitative Auswertung hingegen ermöglicht, anhand der Intensität der jeweiligen Banden Rückschlüsse auf die Menge oder Konzentration der Moleküle zu ziehen. Dafür kommen spezielle Verfahren wie die Densitometrie zum Einsatz, bei der die optische Dichte der Banden mittels geeigneter Analysegeräte oder Software erfasst und ausgewertet wird. Dies ermöglicht eine präzise und reproduzierbare Quantifizierung der analysierten Probenbestandteile.

Anwendungsbereiche der Polyacrylamid-Gelelektrophorese (PAGE)

Aufgrund ihrer hohen Präzision, Flexibilität und Robustheit ist die Polyacrylamid-Gelelektrophorese eine unverzichtbare Methode in verschiedensten Bereichen der modernen Analytik und Forschung geworden. Das Anwendungsspektrum reicht von grundlegenden Forschungsfragen bis hin zu spezifischen klinischen und industriellen Fragestellungen.

Biomedizinische und molekularbiologische Forschung

In der biomedizinischen Grundlagenforschung sowie in der Molekularbiologie wird PAGE regelmäßig eingesetzt, um komplexe biologische Fragestellungen zu beantworten. Typische Anwendungen umfassen dabei unter anderem:

• Proteinanalytik und Proteincharakterisierung zur Bestimmung von Molekülgröße, Reinheit und Identität von Proteinen.
• Analyse von Proteinexpression und Proteinreinigung, um die Effizienz und Qualität rekombinanter Proteinproduktionen zu überwachen.
• DNA-Fragmentanalyse zur Trennung und Charakterisierung kurzer Nukleinsäurefragmente, wie sie häufig in der molekularbiologischen Forschung verwendet werden.

Diagnostik und klinische Labore

Auch im Bereich der medizinischen Diagnostik und klinischen Laborarbeit spielt die PAGE eine entscheidende Rolle. Sie unterstützt beispielsweise bei:

• Analyse von Serumproteinen und Krankheitsmarkern, wodurch Krankheitsbilder identifiziert und deren Verlauf überwacht werden können.
• Genetischer Diagnostik und molekularer Pathologie, insbesondere durch die Detektion spezifischer genetischer Varianten oder Mutationen, die mit bestimmten Krankheiten assoziiert sind.

Biotechnologie und Pharmaforschung

In biotechnologischen Anwendungen und der pharmazeutischen Forschung und Entwicklung ist die Polyacrylamid-Gelelektrophorese ein essenzieller Baustein in Qualitätskontrollen und analytischen Prozessen:

• Qualitätskontrolle und Reinheitsprüfung von biotechnologisch hergestellten Produkten, um sicherzustellen, dass diese den regulatorischen Anforderungen entsprechen.
• Charakterisierung rekombinanter Proteine und Peptide, insbesondere zur Sicherstellung von Homogenität und Stabilität der biopharmazeutischen Produkte.
• Characterization of recombinant proteins and peptides, particularly to ensure the homogeneity and stability of biopharmaceutical products.

Lehre und Ausbildung

Nicht zuletzt findet die PAGE auch in der Lehre und Ausbildung ihren festen Platz. Dank ihrer klaren Methodik und anschaulichen Ergebnisse eignet sie sich hervorragend als Lehrmethode:

• Einsatz in Schulungen, Laborpraktika und universitären Kursen, wo Studierende und Nachwuchsforscher grundlegende Techniken der Molekularbiologie und Proteinanalytik praktisch erlernen können.
• Systeme wie die Biometra Eco-Line und das Biometra Minigel-Twin sind besonders gut für die Lehre geeignet, da sie einfach zu handhaben, robust und sicher im Betrieb sind und somit die praktische Ausbildung effektiv unterstützen.

Insgesamt unterstreicht die breite Palette von Anwendungen die Vielseitigkeit und Bedeutung der Polyacrylamid-Gelelektrophorese für eine Vielzahl von wissenschaftlichen und praktischen Fragestellungen in unterschiedlichen Laborbereichen.

Moderne PAGE-Systeme, wie die Biometra Eco-Line und das Biometra Minigel-Twin von Analytik Jena, bieten Anwendern erhebliche Vorteile hinsichtlich Bedienkomfort, Flexibilität und Effizienz. So erlaubt die Biometra Eco-Line durch ihr modulares Tanksystem eine einfache Anpassung an verschiedene Anwendungen und Gelgrößen sowie eine optionale Kühlfunktion für die zuverlässige Trennung empfindlicher Proben. Das Biometra Minigel-Twin überzeugt hingegen durch seine kompakte Bauweise, einfache Handhabung und besonders ressourcenschonenden Betrieb mit geringem Pufferbedarf.