כרומטוגרפיה של חילוף יונים

כרומטוגרפיה היא קבוצת שיטות לביצוע אנליזה של חומרים המרכיבים תערובת כאשר לכל שיטה התרונות שלה. שיטות כרומטוגרפיה מסוימות מתמקדות בהפרדה על פי תכונות של גודל כנגד התנגדות, אחרות מפרידות חומרים ביולוגיים על פי תכונותיהם הביולוגיות, בעיקר הרכב חלבונים. במאמר זה נתמקד כרומטוגרפית חילוף יונים המוכרת כ-IEC ומשמשת להפרדת חומרים על פי מטענם החשמלי.

כמה מילים על עיקרון הפעולה של כרומטוגרפיה

את שיטת הכרומטוגרפיה הראשונה פיתח בתחילת המאה ה 19 הבוטנאי מיכאיל צבט הרוסי שחקר כלורופיל. כל שיטות הכרומטוגרפיה פועלות על עקרון דומה של הנעת דוגמית הבדיקה על גבי פאזה נייחת כמו נייר, ג'ל וכן אלמנטים אחרים ובדרך כלל בתוך קולונה (עמודה). חומר הבדיקה נע באמצעות גרביטציה או נמיות על גבי הפאזה הנייחת באמצעות הפאזה הניידת שמהווה ממס כלשהו או מים. תערובת הבדיקה עוברת הפרדה במגוון דרכים בשל מהירות התנועה השונה של רכיבי התערובת המומסת. כוחות ההתנגדות הפועלים על רכיבי התערובת הינם התנגדות פיזית, חשמלית פונקציונלית (חיבורים ביולוגיים) וכו.

אופן הפעולה של כרומטוגרפיית יונים

בכרומטוגרפיה זאת ניתן לבצע הפרדת מולקולות טעונות מכל הסוגים, לרבות חלבונים, חומצות אמיניות וחומצות גרעין. בשונה משיטות כרומטוגרפייה אחרות, בכרומטוגרפית יונים ניתן גם לבצע הפרדה בין הדוגמיות השונות באופן פיזי. את הכרומטוגרפיה הזאת מבצעים על גבי קולונה שהיא צינור הטעון בג'ל המהווה את הפאזה הנייחת. יוצקים את החומר הנבדק בחלקה העליון של הקולונה ומטפטפים עליה באופן מבוקר את תמיסת הבופר שזהו בעצם ממס המהווה את הפאזה הניידת. את התמיסה המיועדת לאנליזה (המכונה דוגמית) מטעינים לקולונה בחלקה העליון.

כרומטוגרפיה

ג'ל הקולונה הינו תערובת של חומר צמיגי המועשר בכדוריות זעירות ומחורצות המכונות בידים ומשמשות לצורך התנגדות. אל הכדוריות קושרים באופן קוולנטי מולקולות טעונות חשמלית המהוות מעין מגנט למולקולות הטעונות במטען הנגדי וכוח דחיה למטען שווה. אופן התגובה להתנגדות משקף את האינטראקציה של המטענים החשמליים שמקורם בקבוצות הפונקציונליות בחלבון הנבדק כתלות ברמת הPH  בקולונה. רמת הPH  בקולונה המהווה מטען חשמלי, קובעת את אופי האינטראקציה עם הסך הכולל של הכוחות החשמליים בשרשרת הפפטיד. הכדוריות הטעונות בפאזה הנייחת יוצרות אינטרקציה יונית עם הדוגמית המומסת בפאזה הניידת ומספקת התנגדות לתנועת הפאזה הניידת במורד הקולונה.

קיימים שני סוגי כרומטורגפיות חילוף יונים: בכרומטוגרפיית קטיונים הכדוריות טעונות שלילית ואילו בכרומטוגרפיה אניונית הכדוריות טעונות חיובית.

כפי שצוין, לרמת ה PH בנוזל הבאפר יש השפעה רבה על אופי האינטראקציה של הפאזה הנייחת עם הדוגמית. את רמת הPH  קובעים באמצעות הוספת מלח, וככל שהדוגמית הנבדקת תהיה טעונה יותר חשמלית, כך נחזק את הבאפר עם ריכוז מלח גבוה יותר.

תיאור מקרה

בואו נפריד בין שני חלבונים – האחד טעון חיובית ואילו החלבון השני טעון שלילית. נזרים את הדוגמית בקולונה קטיונית, זאת אומרת שהפאזה הנייחת תהיה טעונה שלילית. החלבון הטעון שלילית יזרום לתחתית הקולונה ואילו החלבון הטעון חיובית ילכד. איך משחררים את החלבון החיובי התקוע בקולונה?

יש בידינו מספר שיטות אפקטיביות לכך:

  1. הזרמת תמיסה טעונה השווה במטענה לפאזה הנייחת – שטיפה במטען זהה תגרום למיסוך הפאזה הנייחת ושטיפת החלבון התקוע ביחד עם התמיסה החדשה.
  2. הזרמת תמיסה טעונה באופן שונה לפאזה הנייחת – התמיסה החדשה תהווה גורם תחרותי והחלבון התקוע יאבד את אחיזתו בפאזה הנייחת.
  3. הוספת מלחים – כמו סעיפים 1 וכן 2 יחדיו.
  4. שינוי בחומציות הפאזה הניידת – הבאת החומציות של המסה הניידת לנקודה איזואלקטרית (שוויון) תשחרר את החלבון התקוע.
פורסם בקטגוריה טכנולוגיה. אפשר להגיע לכאן עם קישור ישיר.