Hauptunterschied – Kapillarelektrophorese vs. Gelelektrophorese
Elektrophorese ist eine Technik, die verwendet wird, um Biomoleküle basierend auf der Partikelladung, Partikelgröße und Partikelform zu trennen. Die als elektrophoretische Mobilität bezeichnete Wanderung des Moleküls hängt von der Art des verwendeten Polymers/Gels, seiner Porengröße, der angelegten Spannung, der Laufzeit und dem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ab. Je nach Art des verwendeten Biomoleküls gibt es verschiedene Arten von Elektrophoresetechniken. Die erste Art der erfundenen Elektrophorese war die Papierelektrophorese, bei der ein Nitrozellulosepapier als Medium zur Trennung von Biomolekülen verwendet wurde. Das Prinzip der Gelelektrophorese, bei der Gele unterschiedlicher Porengröße zur Trennung von Biomolekülen verwendet wurden, wurde später erfunden. Die Gelelektrophoresetechnik wurde weiter modifiziert, um die Genauigkeit der Technik zu verbessern, und eine solche Modifikation ist die Kapillarelektrophorese. Der Hauptunterschied zwischen Kapillarelektrophorese und Gelelektrophorese besteht darin, dass die Gelelektrophorese in einer vertikalen oder horizontalen Ebene unter Verwendung eines Polymergels mit Standardporengröße durchgeführt wird, während die Kapillarelektrophorese in einem Kapillarröhrchen mit einer Polymerflüssigkeit oder einem Gel durchgeführt wird.
Was ist Gelelektrophorese?
Gelelektrophorese ist eine Technik, die verwendet wird, um hauptsächlich Nukleinsäuren, Proteine oder Aminosäuren basierend auf ihrer Ladung, Größe und Form zu trennen. Diese Technik verwendet als Trennmedium ein physikalisches Gel, bei dem es sich um eine polymere Substanz handelt. Die am häufigsten verwendeten Gele sind Agarose (zur Nukleinsäuretrennung) und Polyacrylamid (zur Proteintrennung). Die Gelelektrophorese-Apparatur enthält die Gelgießschale zur Vorbereitung des Gels, Gießkämme zur Vorbereitung der Vertiefungen, Pufferbehälter, Elektroden – positiv (Anode) und negativ (Kathode) und die Spannungsversorgungseinheit. Moleküle wie DNA oder RNA, die negativ geladen sind, bewegen sich von der Kathode zur Anode und Moleküle, die positiv geladen sind, bewegen sich umgekehrt. Die Gelherstellung erfolgt nach Bedarf. Wenn eine hohe Auflösung oder Trennung von Molekülen erforderlich ist, sollte ein hochkonzentriertes Gel mit geringerer Porengröße hergestellt werden. Die auf der Gelmatrix getrennten Moleküle werden nach einer Färbetechnik beobachtet. Die getrennten Moleküle erscheinen als Banden auf der Gelmatrix.
Abbildung 01: Gelelektrophorese
Gelelektrophorese wird in der Molekulardiagnostik wie dem DNA-Fingerprinting eingesetzt, um das Vorhandensein eines bestimmten DNA/RNA-Fragments oder eines Proteins zu bestimmen. Die Gelelektrophorese bestimmt auch die Reinheit der extrahierten Biomolekülprobe. Gelelektrophorese wird als vorbereitender Schritt für die In- und Hybridisierung und als Bestätigungsanalyse nach der Sequenzierung durchgeführt.
Was ist Kapillarelektrophorese?
Kapillarelektrophorese ist eine Modifikation der Gelelektrophorese, die das gleiche Prinzip der Trennung basierend auf Ladung und Größe des Moleküls verwendet, aber in einem Kapillarröhrchen mit entweder einer Gelsubstanz oder einem flüssigen Polymer durchgeführt wird. Kapillaren werden aus Quarzglas hergestellt, und jedes Kapillarröhrchen hat einen Innendurchmesser von 50–100 μm und eine Länge von 25–100 cm. Proben werden in das Kapillarröhrchen injiziert, das das Polymermaterial enthält, und werden viel schneller getrennt als bei der herkömmlichen Gelelektrophorese. Das Kapillarsystem ist in einem Isoliermantel gut geschützt, der die Probe vor jeglicher Kontamination schützt. Kapillaren können mit flüssigen Polymeren wie Hydroxyethylcellulose oder hochauflösenden Gelen wie Polyacrylamid gefüllt werden. Die Kapillarelektrophorese bietet eine höhere Auflösung; daher ist die Trennung genauer. Die Kapillarelektrophorese verwendet ein automatisiertes Detektorsystem über spektrophotometrische Analyse. Dies ist auf das größere Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zurückzuführen.
Abbildung 02: Kapillarelektrophorese
Die Kapillarelektrophorese wird beispielsweise in der Forensik eingesetzt, wo eine höhere Genauigkeit erforderlich ist, und wird häufig nicht verwendet, da es sich um eine kostspielige Technik handelt.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen Kapillarelektrophorese und Gelelektrophorese?
- Die Trennung von Molekülen basiert bei beiden Techniken auf der Ladung und Größe des Moleküls.
- Beide Techniken können sowohl zur Trennung von Nukleinsäuren als auch von Proteinen verwendet werden.
- Das Probenvolumen beider Techniken ist gleich.
- Beide Techniken verwenden einen Puffer, um die Trennung zu erleichtern.
Was ist der Unterschied zwischen Kapillarelektrophorese und Gelelektrophorese?
Kapillarelektrophorese vs. Gelelektrophorese |
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| Kapillarelektrophorese ist eine Technik, die Biomoleküle auf einem Kapillarröhrchen unter Verwendung eines flüssigen oder gelförmigen Polymermediums trennt. | Gelelektrophorese ist eine Technik, die Biomoleküle auf einer vertikalen oder horizontalen Ebene unter Verwendung eines Polymergelmediums trennt. |
| Trennung | |
| Bei der Kapillarelektrophorese erfolgt die Trennung in einem Kapillarröhrchen. | Bei der Gelelektrophorese erfolgt die Trennung auf einer vertikalen oder horizontalen Ebene. |
| Medium der Trennung | |
| Flüssigpolymere wie Hydroxyethylcellulose werden in der Kapillarelektrophorese verwendet. | Gele, entweder Agarose oder Polyacrylamid, werden als Medium in der Gelelektrophorese verwendet. |
| Cross Linkage | |
| Hohe Auflösung kann durch Kapillarelektrophorese erzielt werden. | Die Auflösung ist bei der Gelelektrophorese gering. |
| Verhältnis Oberfläche zu Volumen | |
| Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ist bei der Kapillarelektrophorese hoch. | Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ist bei der Gelelektrophorese gering. |
| Erkennungstechnik | |
| Der Nachweis erfolgt durch spektrophotometrische automatisierte Detektoren in der Kapillarelektrophorese. | Färbung und Beobachtung durch UV-Transilluminator werden als Nachweistechniken in der Gelelektrophorese durchgeführt. |
Zusammenfassung – Kapillarelektrophorese vs. Gelelektrophorese
Molekulardiagnostik spielt eine große Rolle in der Welt der Wissenschaft. Identifizierung und Reinigung von DNA, RNA und Proteinen sind entscheidende Schritte in den diagnostischen Verfahren. Die Elektrophorese ist eine Technik, die Biomoleküle sowohl in der Gelelektrophorese als auch in der weit fortgeschrittenen Kapillargelelektrophorese trennt und identifiziert. Die Gelelektrophorese wird in einer vertikalen oder horizontalen Ebene unter Verwendung eines Polymergels mit Standardporengröße durchgeführt, während die Kapillarelektrophorese in einem Kapillarröhrchen mit einer Polymerflüssigkeit oder einem Gel durchgeführt wird. Dies ist der Unterschied zwischen Kapillarelektrophorese und Gelelektrophorese. Nach Abschluss der Elektrophoresetechnik werden die Biomoleküle weiterverarbeitet, um Informationen auf höherer Ebene durch Hybridisierung oder durch Techniken wie Fingerprinting zu erh alten.
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