Zellfraktionierung

Zellfraktionierung ist ein Sammelbegriff für Labortechniken, die nach dem Zellaufschluss die Zelle in ihre Bestandteile zerlegen und diese Bestandteile weiter trennen. Ziel ist es, Organellen wie Zellkern, Mitochondrien, Endoplasmatisches Retikulum, Lysosomen oder das Cytosol getrennt zu untersuchen und deren Funktionen zu charakterisieren.

Der Aufschluss erfolgt in isotonischen Puffern, um Osmose- und Aktivitätsverluste zu minimieren. Typische Aufschlussmethoden sind Homogenisierung, Sonikation oder der Einsatz einer Französischen Presse. Die Proben werden kalt gehalten und mit Proteasehemmstoffen versetzt, um Enzymaktivitäten zu kontrollieren.

Die Trennung erfolgt überwiegend durch Zentrifugation in mehreren Stufen, der sogenannten differentiellen Zentrifugation. Zunächst bleiben ungebrochene Zellen und Trümmer durch geringe Drehzahlen in der Anfangsphase; schwere Organellen wie Zellkerne pelletieren bei ca. 600–2.000 g. Danach folgen Mitochondrien (ca. 10.000–20.000 g), danach Mikrosomen (ca. 100.000 g). Die verbleibende Zytosolfraktion dient oft als Referenz. Die Trennung kann durch Dichtegradientenzentrifugation verfeinert werden, z.B. mit Sukrose- oder Percoll-Dichten.

Bei der Dichtegradientenzentrifugation wird die Probenmischung in einem Dichtegradienten aufgetragen und so Organellen nach ihrer Dichte getrennt. Die Reinheit der Fraktionen wird durch typische Markerproteine oder Enzymaktivitäten bestätigt, zum Beispiel durch organellenspezifische Marker.

Anwendungen: Zytologie, Biochemie, Molekularbiologie, Proteomik, Arzneimittelentwicklung; die Methode dient der Untersuchung Organellenspezifischer Enzyme, Proteine und Signalwege.

Historischer Kontext: Die Methode wurde maßgeblich von Albert Claude, Christian de Duve und Keith Porter entwickelt; Nobelpreis 1974.