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Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine und spielen eine zentrale Rolle in nahezu allen biologischen Prozessen. Im menschlichen Körper sind sie essentiell für den Aufbau von Gewebe, die Reparatur von Zellen und die Produktion von Enzymen und Hormonen. Es gibt 20 verschiedene Aminosäuren, von denen einige als "essentiell" bezeichnet werden, da der Körper sie nicht selbst herstellen kann und sie daher über die Nahrung aufgenommen werden müssen. Aminosäuren sind auch entscheidend für den Stoffwechsel, das Immunsystem und die Regulierung zahlreicher physiologischer Funktionen, wie den Transport und die Speicherung von Nährstoffen.
Die Aminosäuren-Analytik ist daher von großer Bedeutung, da sie präzise Informationen über die Menge und das Profil der Aminosäuren in biologischen Proben, Lebensmitteln oder pharmazeutischen Produkten liefert. Diese Analysen sind unerlässlich, um den Ernährungsstatus zu bewerten, Stoffwechselstörungen zu diagnostizieren und die Qualität von Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln sicherzustellen. In der Medizin hilft die Aminosäuren-Analytik dabei, Ungleichgewichte zu erkennen, die auf gesundheitliche Probleme hinweisen können, wie z. B. Lebererkrankungen oder genetische Stoffwechselstörungen. In der Lebensmittelindustrie trägt sie zur Kontrolle und Optimierung von Proteininhalten bei, was besonders für die Qualitätssicherung und die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben entscheidend ist.
Übersicht über die verschiedenen Aminosäuren und die Polarität der Seitenketten.
Um Aminosäuren mit Hilfe von Fluoreszenz zu detektieren oder diese mittels Umkehrphase zu trennen, müssen Aminosäure derivatisiert werden. Die klassische Methode verwendet eine Trennung der Aminosäuren durch die Ionenaustauschchromatographie mit einer anschließenden Nachsäulenderivatisierung, um die Detektion mit einem Fluoreszenzdetektor zu ermöglichen. Als Reagenz kann hierbei ortho-Phthaldialdehyd (OPA), 9-Fluorenyl-methoxycarbonyl-chlorid (FMOC-Cl), Ninhydrin oder Fluorescamin eingesetzt werden.
Die modernste Technik der Derivatisierung von Aminosäuren ist hierbei die Vorsäulenderivatisierung mit ortho-Phthaldialdehyd (OPA) und anschließender Trennung mit der Umkehrphasenchromatographie (Reversed Phase Chromatography) und anschießender Fluoreszenz Detektion. Die Vorteile hierbei sind die schnelle Analysenzeiten und die hohen Empfindlichkeiten. Ein großer Nachteil ist jedoch das OPA nur mit primären Aminen reagiert. Für sekundäre Amine wie Prolin funktioniert diese Derivatisierungsmethode nicht.
Für die Vorsäulenderivatisierung von sekundären Aminen, wird daher das Reagenz 9-Fluorenyl-methoxycarbonyl-chlorid (FMOC-Cl) eingesetzt. Die Aminosäuren können nach dieser Derivatisierung ebenfalls mittels Umkehrphasenchromatographie getrennt und über Fluoreszenz detektiert werden.
Für die Nachsäulenderivatisierung wird zusätzliche Hardware benötigt. Das Derivatisierungsreagenz muss nach der Trennung der Aminosäuren genau dosiert zu den Aminosäuren hinzugegeben werden. Dies wird über eine weitere Pumpe nach der Trennung bewerkstelligt. Nach der Zugabe des Reagenz, brauchen die Aminosäuren eine gewisse Zeit, um zu regaieren. Daher wird eine Schleife oder eine speziell verwobene Kapillare verwendet, um eine spezifische Reaktionszeit zu erhalten. Ein Beispielhafter Aufbau kann in der Abbildung rechts gefunden werden.
Bei der Vorsäulenderivatisierung kann auch eine on-line Lösung implementiert werden. Dazu muss nur die Anordnung der Nachsäulenderivatiserung so geändert werden, dass die Derivatisierung vor der Säule stattfindet. Jedoch kann diese Derivatisierung auf off-line durchgeführt werden, wodurch es keine zusätzliche Hardware Anforderung an das HPLC System gibt. Die Probe wird dabei bereits vor der Injektion in das HPLC System derivatisert.
Es ist ebenfalls möglich die Aminosäuren ohne eine Derivatisierung zu trennen und zu detektieren. Dabei findet die Trennung wie in der Nachsäulenderivatisierung über Ionenaustausch- oder weitere spezielle Säulen statt. Die anschließende Detektion erfolgt dann über die Massenspektrometrie (MS). Als spzeielle Säule für die Trenung von nicht derivatisierten Aminosäuren soll hier die Intrada Amino Acid von Imtakt hervorgehoben werden. Mit diesen Säulen ist eine Analyse der 20 Aminosäuren innerhalb von 10 min mit einer MS/MS Detektion ohne Derivatiserung möglich.
Bestimmung von 20 Aminosäuren
Trp = tryptophan Phe = phenylalanine Tyr = tyrosine Met = methionine Leu = leucine , Ile= isoleucine Val = valine Glu = glutamic acid Pro = proline Thr = threonine Asp = aspartic acid Ala = alanine Ser = serine Gln = glutamine Lys = lysine Gly = glycine Asn = asparagine Cys = cysteine His = hystidine Arg = arginine
Säule: Intarda Amino Acid 50 x 3 mm
1. OPA-Aspartic Acid 2. OPA-Glutamic Acid 3. OPA-Asparagine 4. OPA-Serine 5. OPA-Glutamine 6. OPA-Histidine 7. OPA-Glycine 8. OPA-Threonine 9. OPA-Citrulline 10. OPA-Arginine 11. OPA-Alanine 12. OPA-GABA(4-aminobutanoic acid) 13. OPA-Tyrosine 14. OPA-Cys-Cys 15. OPA-Valine 16. OPA-Methionine 17. OPA-Tryptophan 18. OPA-Phenylalanine 19. OPA-Isoleucine 20. OPA-Leucine 21. OPA-Lysine 22. Fmoc-Proline
Säule: Inertsil ODS-4 HP 150x3.0mm 3µm (5020-14005)
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