Agarose vs. Polyacrylamid: Eine vergleichende Analyse

Im Bereich der Molekularbiologie und Biochemie gilt die Gelelektrophorese als Grundtechnik für die Trennung und Analyse von Makromolekülen wie DNA, RNA und Proteinen. Im Mittelpunkt dieser Methode stehen die zur Bildung der Gele verwendeten Matrizen: Agarose und Polyacrylamid. Jedes verfügt über einzigartige Eigenschaften und Anwendungen, was sie zu unverzichtbaren Werkzeugen für Forscher macht. Dieser Artikel befasst sich mit den Unterschieden zwischen Agarose- und Polyacrylamidgelen und untersucht deren Zusammensetzung, Wirkungsmechanismus und spezifische Verwendungsmöglichkeiten im Labor.

Gelelektrophorese verstehen


Vor dem Vergleich von Agarose und Polyacrylamid ist es wichtig, das Prinzip der Gelelektrophorese zu verstehen. Bei dieser Technik wird ein elektrisches Feld an eine Gelmatrix angelegt, durch die sich biologische Moleküle bewegen müssen. Die Geschwindigkeit, mit der diese Moleküle das Gel durchqueren, hängt von ihrer Größe, Form und Ladung ab und ermöglicht so ihre Trennung und Analyse.

Zusammensetzung und Eigenschaften



  • Agarosegele
Agarose, ein natürliches Polymer, das aus Meeresalgen gewonnen wird, bildet die Basis von Agarosegelen. Beim Auflösen in kochendem Wasser und Abkühlen bildet Agarose eine poröse Matrix, deren Größe durch Veränderung der Agarosekonzentration angepasst werden kann. Aufgrund dieser Eigenschaft eignen sich Agarosegele besonders für die Trennung großer Moleküle wie DNA-Fragmente mit einer Größe von 100 Basenpaaren bis zu mehreren Megabasen.


  •  Polyacrylamid-Gele
Polyacrylamidgele sind synthetisch und entstehen durch die Polymerisation von Acrylamid- und Bisacrylamidmonomeren. Das resultierende Gel ist sehr gleichmäßig und weist im Vergleich zu Agarosegelen kleinere Poren auf, was eine überlegene Auflösungskraft für kleinere Moleküle bietet. Polyacrylamidgele sind die erste Wahl für die Proteinelektrophorese und die Trennung kleiner DNA- oder RNA-Fragmente.

Mechanismus der Trennung


  •  Größenbasierte Trennung


Das Grundprinzip der Verwendung von Agarose- und Polyacrylamidgelen ist die größenbasierte Trennung. In Agarosegelen bewegen sich größere DNA-Fragmente aufgrund physikalischer Hindernisse langsamer durch die Matrix, während kleinere Fragmente leichter durch die Poren navigieren. Polyacrylamidgele funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip, sind jedoch aufgrund ihrer feineren Porenstruktur in der Lage, Moleküle aufzulösen, die viel kleiner sind.


  • Molekularsiebung
Polyacrylamidgele zeichnen sich durch Molekularsiebung aus, einem Prozess, bei dem die Porengröße des Gels eine entscheidende Rolle bei der Trennung von Molekülen spielt. Diese Eigenschaft ist besonders vorteilhaft bei der SDS-PAGE (Natriumdodecylsulfat-PolyAcrylamid-Gelelektrophorese), bei der Proteine ​​denaturiert und mit SDS beschichtet werden, um ihnen ein einheitliches Ladungs-zu-Masse-Verhältnis zu verleihen. Das Polyacrylamidgel trennt diese Proteine ​​dann ausschließlich nach ihrer Größe und ermöglicht so eine genaue Analyse der Proteinzusammensetzung.

Anwendungen


  • Agarose-Gelelektrophorese


Die Agarosegelelektrophorese wird überwiegend zur Trennung von DNA- und RNA-Fragmenten eingesetzt. Es ist eine bevorzugte Methode zur Analyse von DNA-Fragmenten, die bei PCR, Restriktionsverdau oder RNA-Proben aus Transkriptionsexperimenten erzeugt wurden. Agarosegele werden auch bei der Gelelektrophorese ganzer Zellen oder großer Organellen verwendet, wo ihre größere Porengröße die Bewegung dieser größeren Einheiten erleichtert.
  • Polyacrylamid-Gelelektrophorese
Aufgrund ihrer Fähigkeit, sehr kleine Unterschiede in der Molekülgröße aufzulösen, wird die Polyacrylamid-Gelelektrophorese häufig für die Analyse von Proteinen und kleinen Nukleinsäuren eingesetzt. Es ist bei Techniken wie der SDS-PAGE zur Bestimmung des Proteinmolekulargewichts, der isoelektrischen Fokussierung zur Analyse der Proteinladung und bei der Nukleinsäureelektrophorese zur Sequenzierung und SNP-Analyse von wesentlicher Bedeutung.

Wahl zwischen Agarose und Polyacrylamid


Die Wahl zwischen Agarose- und Polyacrylamidgelen hängt von den spezifischen Anforderungen des Experiments ab. Für die Trennung großer DNA- oder RNA-Fragmente werden Agarosegele aufgrund ihrer Einfachheit und Fähigkeit zur Handhabung größerer Moleküle bevorzugt. Umgekehrt bieten Polyacrylamidgele für die Auflösung von Proteinen oder kleinen Nukleinsäuren ein überlegenes Auflösungsvermögen.

Abschluss

Agarose- und Polyacrylamidgele sind grundlegende Werkzeuge im Arsenal der Molekularbiologie und Biochemie. Ihre unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungen unterstreichen, wie wichtig es ist, beide Materialien zu verstehen, um Experimente effektiv zu entwerfen und zu interpretieren. Ob die Analyse großer DNA-Fragmente mit Agarose oder die Erforschung der komplizierten Details der Proteinstruktur mit Polyacrylamid – Forscher können diese leistungsstarken Techniken nutzen, um unser Verständnis biologischer Systeme zu verbessern.

Verweise


1. Green, N. M. (1990). Avidin und Streptavidin. Methoden in der Enzymologie, 184, 51-67.
2. Harlow, E. & Lane, D. (1988). Antikörper: Ein Laborhandbuch. Cold Spring Harbor Laboratory Press.
3. Hermanson, GT (2013). Biokonjugattechniken (3. Aufl.). Akademische Presse.
4. Atha, D. H., Manne, U., Grizzle, W. E., Wagner, P. D., Srivastava, S. & Reipa, V. (2010). Standards für die immunhistochemische Bildgebung: Ein Proteinreferenzgerät für die Quantifizierung von Biomarkern. Journal of Histochemistry & Cytochemistry, 58(11), 1005-1014.
5. Nerenberg, S. T. & Peetoom, F. (1970). Verwendung von Immunelektrophorese und Immundiffusion in der klinischen Medizin. CRC Critical Reviews in Clinical Laboratory Sciences, 1(2), 303-350.
6. Sambrook, J. & Russell, D. W. (2001). Molekulares Klonen: Ein Laborhandbuch (3. Aufl.). Cold Spring Harbor Laboratory Press.
7. Towbin, H., Staehelin, T. & Gordon, J. (1979). Elektrophoretische Übertragung von Proteinen von Polyacrylamidgelen auf Nitrozellulosefolien: Verfahren und einige Anwendungen. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 76(9), 4350-4354.
8. Chang, C. J., Yang, Y. H., Liang, Y. C., Chiu, C. J., Chu, K. H., Chou, H. N. und Chiang, B. L. (2011). Ein neuartiges Phycobiliprotein lindert allergische Atemwegsentzündungen durch Modulation der Immunantwort. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 183(1), 15-25.
10th Jul 2024 Shanza Riaz

Recent Posts