SDS-PAGE

Probenvorbereitung

Das Probenmaterial wird mit Natrium-Dodecyl-Sulfat (SDS) versetzt, das sich an die Proteine lagert und diese entfaltet. Dadurch erhalten sie eine stark negative Ladung, welche die Eigenladung überdeckt. SDS bindet in einem stabilen Verhältnis an die Aminosäure-Kette, so dass die Ladung des Moleküls proportional zur Masse ist. Zusätzlich wird ein Reduktionsmittel, in der Regel Mercaptoethanol, zugefügt, um Disulfidbrücken aufzulösen. In der Folge ist das Protein nahezu vollständig denaturiert. Damit die Probe auf ein Gel aufgetragen werden kann, wird ihr außerdem Glycerol zugefügt. Anschließend erfolgt die elektrophoretische Auftrennung in einem Polyacrylamidgel, das als molekulares Sieb dient. Die Wanderungsgeschwindigkeit im Gel ist praktisch nur noch von der Molekülgröße abhängig. Je kleiner ein Protein ist, desto schneller wandert es im Gel. Die Laufstrecke ist umgekehrt proportional zum Logarithmus der Molekülmasse.

Bei der SDS-PAGE werden die Proteine denaturiert, man spricht daher auch von denaturierender Gelelektrophorese. Bei der nativen Gelelektrophorese werden Proteine dagegen in ihrer gefalteten (nativen) Form aufgetrennt.

Klassische Auftrennung

Klassisch besteht das Polyacrylamidgel aus zwei Teilen: einem Sammelgel und einem Trenngel. Die beiden Gele unterscheiden sich im Anteil des Polyacrylamids. Im Sammelgel beträgt die Polyacrylamid-Konzentration in der Regel 5-6%, im Trenngel kann sie zwischen 7 und 20% liegen. Die Konzentration kann je nach Probe und Fragestellung angepasst werden. Je höher die Konzentration, desto kleiner sind die Poren im Gel und desto langsamer laufen die Proteine. Im Sammelgel werden die Proteine aus der Probenlösung fokussiert, also in einer Ebene konzentriert, bevor sie im Trenngel separiert werden. Die Fokussierung fördert die Abgrenzung der Proteinbanden.

Gradientengele

Als Variante der klassischen Auftrennung kann als Trenngel ein sogenanntes Gradientengel verwendet werden. Dabei steigt die Polyacrylamid-Konzentration im Gel linear oder in Stufen an. Gradientengele werden besonders dann verwendet, wenn sich in der Probe gleichzeitig sehr große und sehr kleine Proteine befinden. Wählt man z.B. ein Trenngel mit einer Polyacrylamid-Konzentration von 7,5 %, können Proteine mit einer Molekülmasse zwischen 50 und 130 kDa gut voneinander getrennt werden. Kleinere Proteine laufen aber gegebenenfalls aus dem Gel heraus.

Durch Mitführen von Proteinen bekannter Größe (Molekülmassenmarker) kann die Molekülmasse der untersuchten Proteine geschätzt werden. Die Proteinbanden können mit Farbstoffen sichtbar gemacht werden. Ein häufig genutzter Farbstoff ist Coomassie-Brillant-Blau. Eine Färbung mit Silber ist ebenso möglich wie die Verwendung von Fluoreszenzfarbstoffen. Die aufgetrennten Proteine aus einer SDS-PAGE können mithilfe eines Western Blots auf eine Membran transferiert werden. Anschließend kann ein spezifischer Nachweis einzelner Proteine über Antikörper stattfinden.

Die SDS-PAGE ist eine Standardmethode in der biologischen und medizinischen Forschung. In der Klinik ist eine typische Anwendung die weiterführende Diagnostik bei Proteinurie. Durch Bewertung sowohl einzelner Proteine wie Albumin, Alpha-2-Makroglobulin und IgG als auch des entstehenden Proteinmusters kann auf die Schwere des Nierenschadens und den Ursprung der Proteinurie (glomerulär, tubulär, gemischt) geschlossen werden.

Die SDS-PAGE hat in diesem Bereich allerdings an Bedeutung verloren. Heute werden meistens einzelne Markerproteine im Urin selektiv untersucht.