Gesellschaft Deutscher Chemiker
Anonymous

Anonymous

Keine Benachrichtigungen
Sie haben noch keine Lesezeichen
Abmelden

Biotechnologie für Chemiker, Teil 12

Downstream-Processing, Part VII

Chromatographie

Mit chromatographischen Methoden können generell Stoffgemische in verschiedene Fraktionen aufgetrennt werden. Dies lässt sich ebenso für entstandene Produktgemische in der Biotechnologie anwenden und kommt da auch im Sinne der Aufreinigung zum Einsatz. Die anwendbaren Methoden umfassen die Adsorptions-, die Ionen-, die Grössenausschluß- und die Affinitätschromatographie. Die Chromatographie ist ein diskontinuierliches Verfahren.

Bei der Chromatographie gibt es generell eine stationäre und eine mobile Phase. Hinzu kommt der absteigende Modus, d.h. die Lösung mi den Teilchen wandert von oben nach unten durch eine Chromatographiesäule. Dabei treten die Teilchen unterschiedlich stark in Wechselwirkung mit der stationären Phase. Dadurch ergeben sich Unterschiede in der Retention bzw. Durchlaufgeschwindigkeit der Teilchen.

Bei der Adsorptionschromatographie besteht die stationäre Phase meistens aus Kieselgel, eine spezielle Form von Siliziumdioxid, und einer unpolaren mobilen Phase. Polare Moleküle werden stärker adsorbiert und ihre Retention ist größer, als bei unpolaren Molekülen die die Säule schneller durchlaufen. Es gibt auch die Möglichkeit die Polarität der stationären und mobilen Phase „umzukehren“, was bei der Reversed Phase (RP)-Chromatographie der Fall ist. Bei dieser wandern die polaren Moleküle schneller und die unpolaren langsamer.

Die Ionenaustausch-Chromatographie beinhaltet ihre Funktion schon im Wort, d.h. es findet Ionenaustausch an Kationen- bzw. Anionenaustauschersäulen statt. Es gibt schwach und stark saure bzw. basische Ionenaustauscher auf Basis von Kunstharzen. Das sind Polymere mit funktionellen Gruppen, die kationischer (Carbon- oder Sulfonsäure) oder anionischer (quartäre Ammoniumgruppe) Natur sein können. Biotechnologisch hergestellte Produkte können (sehr) pH-empfindlich sein, so dass der Ionenaustausch nicht in allen Fällen angewendet werden kann.

Die Größenausschluß- bzw. Molekularsieb-Chromatographie selektiert nach Molekülgrösse und ist auch unter dem Namen „Size Exclusion-Chromatography“ (SEC) bekannt. Hier kommen ebenfalls synthetische Polymergele zum Einsatz, die Poren unterschiedlicher Größe ausbilden. Die Größe der Poren entscheidet darüber, wer dort Platz nehmen kann und wer nicht. Somit wandern größere Moleküle, also Oligo- und Polymere, schneller über die Säule, als kleinere, da diese in den Poren „hängenbleiben“.
In der Biotechnologie werden Polypeptide und Enzyme auf diese Art und Weise getrennt, denn nach dem Zellaufschluß liegt in der Regel noch ein Gemisch aus verschiedenen Proteinen vor. Eine Chromatographie kann, je nach Fall, auch öfters durchgeführt werden, wenn es notwendig ist.

Die Affinitätschromatographie ist ein spezielles Verfahren, weil hier die stationäre Phase chemisch modifiziert wurde. Dadurch treten spezifische Wechselwirkungen mit nur ganz bestimmten Molekülen auf. Bei der Modifizierung der stationären Phase kommen spezifische Liganden zum Einsatz, die selektiv nach dem „Schlüssel-Schloß-Prinzip“, nur mit passenden Molekülen in Wechselwirkung treten, während andere passieren können. Es gibt eine ganze Reihe von spezifischen Liganden, die je nach Zielmolekül, eingesetzt werden. Auch verlinkte Metallchelat-Komplexe mit z. B. Nickel als Zentralatom, kommen hier zum Einsatz.

Für die selektive Gewinnung ganz bestimmter Enzyme bzw. Proteine ist diese Methode unabdingbar, jedoch mit hohen Kosten verbunden.
Die so gewonnenen Enzyme können auch in biotechnologischen Verfahren zum Einsatz kommen, wenn ganz ohne Mikroorganismen im Submersverfahren gearbeitet werden soll oder wenn man diese bei Oberflächenverfahren als immobilisierte Enzyme einsetzen möchte.

Um einen Eindruck davon zu bekommen, welche Größen Chromatographiesäulen haben können, habe ich einen Link (ganz unten auf der Seite) beigefügt. Es zeigt eine Chromatographie-Säule, die durch Zusammenarbeit zwischen den Novasep® und DuPont Biosciences® entstanden ist und mit dem Tieflader (9 Achsen!) angeliefert wird. Sie hat einen Durchmesser von ca. 4 Metern und eine Länge von ca. 6 Metern.
Es dient zur simultanen Trennung dreier Fraktionen bei der Aufarbeitung von sogenannter B- und C-Molasse, aus der der Zucker nicht mehr durch Auskristallisieren gewonnen werden kann. Zusätzlich kann auch noch Betain gewonnen werden, was für Zuckerfabriken also eine weitere Einnahmequelle darstellt.

https://www.novasep.com/process-solutions/applexion-sc-chromatography.html

Biotechnologie für Chemiker

18

Überprüfung Ihres Anmeldestatus ...

Wenn Sie ein registrierter Benutzer sind, zeigen wir in Kürze den vollständigen Artikel.