Biochemie in der Mikrowelle

Während in der organischen Chemie (z. B. Heterocyclen-Chemie) die mikrowellenunterstützte organische Synthese längst Einzug in die Labors gehalten hat, werden mittlerweile immer mehr Anwendungen für die Mikrowelle in der Biochemie entdeckt. So erforschen immer mehr Wissenschaftler die Vorteile des Mikrowellen-Einsatzes bei der Synthese von Peptiden sowie bei der Analyse von Peptiden und Proteinen.

Mikrowellenunterstützter enzymatischer Verdau

Der enzymatische Verdau ist ein wichtiger Schritt in der Probenvorbereitung zur Sequenzanalyse von Proteinen und Peptiden mittels Massenspektrometrie. Dabei werden die Proteine oder Peptide durch verschiedene selektive Enzyme (z. B. Glu-C) an bestimmten Schnittstellen gespalten und ein großes Polymer dabei in einige kleinere Fragmente geschnitten, die sich deutlich leichter sequenzieren lassen. Dieser Prozess wird durch Einsatz der Mikrowelle deutlich beschleunigt.

Ein klassisches Beispiel ist der Transferrin-Verdau. Der konventionelle Verdau dauert je nach Qualität des schneidenden Enzyms bis zu16 Stunden. Der Verdau mit Mikrowellenunterstützung im Discover dauert demgegenüber nur 10 min. Zudem sind in der Mikrowelle Schnitte realisierbar, die konventionell praktisch gar nicht stattfinden, so dass z. B. beim Transferrin-Verdau die Qualität des mikrowellenunterstützen Verdaus um 10% besser ist als auf dem konventionellen Wege.

Mikrowellentechnik beschleunigt die Protein-Hydrolyse

Die Protein-Hydrolyse ist eine altbewährte Aufschlussprozedur aus den Fünfziger Jahren zur Analyse der Aminosäurezusammensetzung von Peptiden und Proteinen. Mittels einer Aminosäuren-Analyse (AAA) des Hydrolysates erfolgt die Quantifizierung der einzelnen Aminosäuren der jeweiligen Probe – eine Methode die mittlerweile neben der Sequenzierung zum Standard bei der Analytik von Peptiden und Proteinen zählt. Auch hier liefert der Einsatz der Mikrowellentechnik enorme Vorteile:

1. Der Zeitgewinn durch den Einsatz der Mikrowellentechnik ist auch bei der Protein-Hydrolyse erstaunlich. Anstatt die Zersetzungsreaktionen über Nacht zu betreiben, vermag die Mikrowelle in nur 15 min. vergleichbare Ergebnisse zu erzielen.
2. Die Aufschlusseffizienz wird erhöht. Speziell bei hydrophoben Proteinen wird der Aufschluss unter Mikrowellenaktivierung deutlich verbessert.
3. Es können in einem Lauf bis zu 10 Standard HPLC Autosampler Vials (100 – 300 µl) eingesetzt werden. Alle 15 min. können erneut 10 Proben hydrolysiert werden und somit ein extrem hoher Probendurchsatz realisiert werden.