Instrumentelle Bioanalytik

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Die Isolierung, Reinigung, qualitative und quantitative Analyse von Proteinen und Enzymen, Glycoproteinen, Oligosacchariden, Nucleinsäuren, Lipiden und anderer biologischer Substanzen ist Gegenstand der Bioanalytik. Das dafür eingesetzte Arsenal an chromatographischen, elektrophoretischen, spektroskopischen und strukturanalytischen Methoden wird in diesem Buch unter der Bezeichnung „Instrumentelle Bioanalytik“ zusammengefaßt.

Manfred H. Gey

2. Biomoleküle

Zusammenfassung

Die Bezeichnung Protein wurde von Berzelius im Jahre 1836 von dem griechischen Wort proteios („erstrangig“) abgeleitet und soll auf die Wichtigkeit dieser Substanzklasse hinweisen. Die Proteine gehören neben den Nucleinsäuren, Oligosacchariden und Lipiden zu den biologischen Bausteinen des Lebens [1]. Die Proteine sind in ihrem „Bauplan“ relativ einheitlich angeordnet und in allen Organismen enthalten, unabhängig davon, um welche Art, Gestalt oder Form von Lebewesen es sich handelt. Diese Biopolymere wirken entscheidend an der Entwicklung und Steuerung der biologischen Lebensprozesse mit.

Manfred H. Gey

3. Prechromatographische Methoden

Zusammenfassung

Die meisten Proteine sind in Zellen, Geweben und anderen biologischen Materialien lokalisiert. Werden Proteine aus dieser natürlichen Umgebung entfernt, können sie sehr schnell ihre biologische Aktivität verlieren. Sie müssen zur weiteren Aufarbeitung in Lösung gebracht (solubilisiert) werden. Dazu dienen meist Pufferlösungen mit Ionenstärken und pH-Werten, bei denen die Proteine stabil sind.

Manfred H. Gey

4. Flüssigchromatographie

Zusammenfassung

Die Säulenflüssigchromatographie (LC) gehört neben der Gas- (GC) und Dünnschichtchromatographie (DC) zu den wichtigsten und leistungsfähigsten Trennmethoden. In jüngster Zeit etabliert sich die Kapillarelektrophorese (CE) als ein weiteres sehr effizientes Trennverfahren, insbesondere in der bioanalytischen Forschung.

Manfred H. Gey

5. Elektrophorese-Techniken

Zusammenfassung

Die „klassische“ Elektrophorese [1–4] ist die Standardmethode der biochemischen und biomedizinischen Analytik zur Trennung und Isolierung von Nucleinsäuren, Aminosäuren, Kohlenhydraten, Peptiden, Proteinen, Enzymen und Glycoproteinen. Es können sowohl anionische und kationische, niedermolekulare Biosubstanzen und große Biopolymere als auch Partikel und Zellen mit Hilfe der Elektrophorese getrennt werden.

Manfred H. Gey

6. Strukturanalytische Methoden

Zusammenfassung

Von den strukturanalytischen Methoden gewinnt insbesondere die Massenspektrometrie (MS, Abschnitt 6.3) in ihren verschiedenen Variationen innerhalb der biochemischen Forschung zunehmend an Bedeutung. Dies ist hauptsächlich auf die Entwicklung von sehr schonenden (z.B. Elektrospray, Thermospray) und selektiven Ionisierungstechniken für biologische Makromoleküle und die On-line-Kopplung der Massenspektrometrie mit der Flüssigchromatographie (LC-MS) zurückzuführen. Zur exakten Bestimmung der Molekulargewichte von Biomolekülen haben sich in jüngster Zeit die MALDI-TOF-MS und für die weitere Biopolymer-Charakterisierung durch schonende Fragmentierungen die MALDI-PSD-TOF-MS zu sehr leistungsfähigen Methoden innerhalb der instrumenteilen Bioanalytik entwickelt, weshalb dazu ein gesonderter Abschnitt (6.4) erstellt wurde.

Manfred H. Gey

7. Kopplungstechniken

Zusammenfassung

Das Prinzip der Gaschromatographie [1–10] beruht auf Verteilungsvorgängen der Probemoleküle zwischen einer festen (flüssigen) stationären Phase und einem Gas, das als mobile Phase durch eine Säule strömt. Ist an die stationäre Phase ein Flüssigkeitsfilm physikalisch oder chemisch gebunden, wird die Methode als Gas-Flüssigkeits-Chromatographie (GLC) bezeichnet. Die zu analysierenden Substanzen dürfen sich beim Verdampfen nicht zersetzen, sie müssen flüchtig sein oder in flüchtige Derivate überfuhrt werden können.

Manfred H. Gey

8. Applikationen kleiner Biosubstanzen

Zusammenfassung

Nach den Ausführungen über Grundlagen und Funktionsweisen besonders wichtiger instrumenteller Methoden in der Bioanalytik (LC, CE, MS, NMR, LC-MS u.a.) im 4. bis 7. Kapitel, werden im folgenden entsprechende Applikationsbeispiele dazu demonstriert.

Manfred H. Gey

9. Applikationen großer Biomoleküle

Zusammenfassung

Extremophile Mikroorganismen sind befähigt, unter außergewöhnlichen Umweltbedingungen zu existieren. Beispielsweise können verschiedene Bacillusstämme sowohl in stark sauren (pH=1–2) als auch stark basischen (pH=9–11) Milieus leben.

Manfred H. Gey

10. Literaturverzeichnis

Manfred H. Gey

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