Warum wandert Sichelzellenhämoglobin während der Gelelektrophorese langsamer als normal?

Bei der Elektrophorese werden Moleküle anhand ihrer Ladung und Größe getrennt. Sichelzellenhämoglobin (HbS) unterscheidet sich vom normalen Hämoglobin (HbA) aufgrund einer Mutation im Beta-Globin-Gen, die zur Substitution einer einzelnen Aminosäure (Glutaminsäure durch Valin) in der Beta-Globin-Kette führt. Diese Änderung beeinflusst die Gesamtform und Ladung des Hämoglobinmoleküls.

Bei HbS führt die Valinsubstitution dazu, dass das Molekül weniger löslich wird und anfälliger für Polymerisation ist. Bei Sauerstoffmangel neigen HbS-Moleküle dazu, sich zu aggregieren und längliche, starre Polymere zu bilden, die rote Blutkörperchen verformen können, was zu der charakteristischen Sichelform führt.

Während der Gelelektrophorese wandert HbS im Vergleich zu HbA aufgrund mehrerer Faktoren langsamer:

Größe und Form: Die polymerisierten HbS-Moleküle sind im Vergleich zu HbA größer und unregelmäßiger geformt. Größere Moleküle wandern im Allgemeinen langsamer durch die Gelmatrix. Darüber hinaus behindert die längliche und verzerrte Form von HbS-Polymeren ihre Bewegung durch das Gel.

Gebühr: Die Mutation in HbS verändert die Gesamtladung des Moleküls. Im Vergleich zu HbA weist HbS eine geringere negative Nettoladung auf. Die bei der Elektrophorese verwendete Gelmatrix weist typischerweise eine negative Ladung auf, die positiv geladene Moleküle anzieht. Da HbS eine schwächere negative Ladung hat, erfährt es eine geringere elektrostatische Anziehung zum Minuspol, was zu einer langsameren Migration führt.

Wechselwirkungen mit der Gelmatrix: Die HbS-Polymere können stärker mit der Gelmatrix interagieren als HbA. Diese Wechselwirkung kann einen zusätzlichen Widerstand gegen die Bewegung von HbS-Molekülen erzeugen und deren Wanderung weiter verlangsamen.

Aufgrund dieser Faktoren wandert HbS während der Gelelektrophorese langsamer als HbA und erzeugt deutliche Banden, die sichtbar gemacht und zur Identifizierung und Unterscheidung zwischen Personen mit Sichelzellanämie oder Sichelzellanämie und Personen mit normalem Hämoglobin verwendet werden können.