Biologie · Klasse 12–13 · aktualisiert
Gelelektrophorese: DNA trennen und Banden deuten
Du erfährst, warum DNA im Gel wandert, wie du Banden mit einem Größenmarker liest und welche Schlüsse ein Gel zulässt.
0 von 10 Aufgaben gelöst
Kurz gesagt
Bei der Gelelektrophorese wandert negativ geladene DNA im elektrischen Feld zum Pluspol. Kürzere Fragmente gelangen im selben Gel weiter als längere. Ein Größenmarker hilft, ihre Länge abzuschätzen; gleiche Banden beweisen keine gleiche Basenfolge.
Bei der Agarose-Gelelektrophorese wandern DNA-Fragmente in einem elektrischen Feld durch ein poröses Gel. Weil DNA negativ geladen ist, bewegt sie sich zur positiven Anode. Kurze Fragmente kommen leichter durch die Poren und wandern weiter als lange. So entsteht ein Bandenmuster, das du mit einem Größenmarker vergleichst.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Stell dir eine Mischung unterschiedlich langer DNA-Fragmente vor. Im Gel werden sie räumlich getrennt. Dafür brauchst du eine Elektrophoresekammer mit Pufferlösung, ein Agarosegel mit Probentaschen, einen Minuspol (Kathode), einen Pluspol (Anode), ein Netzgerät und einen Farbstoff für die Banden. DNA trägt durch ihre Phosphatreste negative Ladungen. Die Proben kommen in Taschen auf der Kathodenseite; im elektrischen Feld wandert die DNA zum Pluspol.
Das Agarosegel besitzt Poren und wirkt wie ein Molekülsieb. Kurze Fragmente werden bei gleichen Bedingungen weniger behindert und gelangen in derselben Laufzeit weiter. Lange Fragmente bleiben näher an den Starttaschen.
Definition
Gelelektrophorese
Die Gelelektrophorese ist ein Analyseverfahren. Geladene Moleküle bewegen sich in einem elektrischen Feld durch eine Gelmatrix und werden dabei nach ihrer Ladung und Größe getrennt.
Beispiel: Drei DNA-Fragmente starten im selben Gemisch
- 1Im selben Gemisch starten ein kurzes, ein mittleres und ein langes DNA-Fragment.
- 2Nach der Trennung liegt die Bande des kurzen Fragments am weitesten vom Start entfernt, die lange am nächsten.
- 3Das kurze Fragment ist nicht stärker geladen; es passiert die Gelporen leichter.
Merke: Bei DNA gilt im selben Gel und unter denselben Laufbedingungen: Kurze Fragmente laufen weiter, lange bleiben näher am Start.
Teste dich
Nach der Trennung ist DNA nicht automatisch sichtbar. Ein geeigneter Farbstoff und eine passende Lichtanregung machen die getrennten DNA-Mengen als Banden erkennbar. Moleküle ähnlicher Länge sammeln sich an ähnlichen Positionen. Auch die Bandenintensität liefert nur begrenzte Information. Eine kräftigere Bande kann auf mehr DNA dieser Fragmentlänge hindeuten. Die Menge lässt sich daraus jedoch nur ungefähr abschätzen.
Definition
Größenmarker
Ein Größenmarker oder eine DNA-Ladder ist ein Gemisch aus DNA-Fragmenten bekannter Länge. Er läuft in einer eigenen Spur neben der Probe und dient als Maßstab für die Größenabschätzung.
Beispiel
- 1Im Marker liegen Banden bei 1000, 700 und 400 Basenpaaren.
- 2Eine Probenbande liegt auf gleicher Höhe wie die 700-Basenpaar-Bande.
- 3Du schätzt ihre Länge daher auf ungefähr 700 Basenpaare.
- 4Daraus folgt noch nicht, dass beide Fragmente dieselbe Basenfolge besitzen: Das Gel zeigt hier vor allem eine ähnliche Länge.
Beispiel: So wertest du ein einfaches Gel aus
- 1Finde die Starttaschen und bestimme die Wanderrichtung.
- 2Suche im Marker die Banden mit bekannten Fragmentlängen.
- 3Vergleiche die Position einer Probenbande mit den Markerbanden.
- 4Formuliere das Ergebnis als Abschätzung, nicht als exakte Messung.
- 5Prüfe erst danach das gesamte Muster und vorhandene Kontrollen.
Teste dich
PCR und Gelelektrophorese erfüllen verschiedene Aufgaben. Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) vervielfältigt einen ausgewählten DNA-Abschnitt. Die Gelelektrophorese vervielfältigt nichts: Sie trennt die vorhandenen Fragmente und macht ihr Größenmuster sichtbar. Kontrollen helfen, ein Ergebnis vorsichtig zu beurteilen: Eine Positivkontrolle sollte die erwartete Bande zeigen. Dann ist erkennbar, dass der Ablauf grundsätzlich funktionieren konnte. Eine Negativkontrolle enthält keine Ziel-DNA und sollte keine entsprechende Bande zeigen. Eine Bande dort warnt vor Verunreinigung oder einer anderen Fehlerquelle.
Beispiel
- 1Erwartet wird ein PCR-Produkt von ungefähr 700 Basenpaaren.
- 2Die Positivkontrolle zeigt eine Bande bei 700 Basenpaaren, die Negativkontrolle keine Bande und die Probe ebenfalls eine Bande bei 700 Basenpaaren.
- 3Das Ergebnis passt zu einem PCR-Produkt der erwarteten Länge.
- 4Es beweist aber noch nicht allein, dass die Basenfolge korrekt ist.
Beispiel: Ein typischer Zusammenhang ist
- 1Die PCR erzeugt viele Kopien des gewünschten DNA-Abschnitts.
- 2Das PCR-Produkt wird in eine Tasche des Agarosegels gegeben.
- 3Die Fragmente werden im elektrischen Feld getrennt.
- 4Das Bandenmuster wird mit Marker und Kontrollen verglichen.
Teste dich
Ein Gel liefert Positionen, Banden und Intensitäten; die Deutung hängt von der Frage ab. Mit einem Größenmarker lässt sich die Länge eines sichtbaren Fragments ungefähr einordnen. Ein PCR-Produkt kann die erwartete Länge haben; zwei Proben können an betrachteten Stellen ähnliche oder verschiedene Muster zeigen. Eine kräftigere Bande kann auf mehr DNA dieser Länge hinweisen, liefert ohne weitere Auswertung aber keine exakte Menge. Gleiche Position beweist weder gleiche Basenfolge noch allein Identität oder Verwandtschaft.
Gel, Puffer, Gerät, Spannung, Laufzeit und Fragmentbereich beeinflussen die Trennung. Auch Angaben wie 45 bis 120 Minuten gelten nur unter bestimmten Bedingungen und sind keine allgemeine Vorschrift. Farbstoff und Lichtquelle brauchen passende Sicherheitsmaßnahmen: Ethidiumbromid wird beispielsweise mit UV-Licht sichtbar; für andere Farbstoffe kann blaues oder blaugrünes Licht geeignet sein. Praktische Versuche gehören in ein angeleitetes Labor mit festgelegter Sicherheitsausstattung.
Prüfe nach dem Größenvergleich die Kontrollen. Zeigt die Positivkontrolle die erwartete Bande und bleibt die Negativkontrolle ohne Bande, spricht eine Probenbande an der erwarteten Position für ein Fragment dieser Länge. Erscheint auch in der Negativkontrolle eine entsprechende Bande, ist die Probenaussage vorerst unsicher; eine Verunreinigung oder andere Fehlerquelle muss geprüft werden.
| Spur | Bandenbefund |
|---|---|
| Marker | Banden bei 1000, 700 und 400 Basenpaaren |
| Positivkontrolle | eine Bande bei 700 Basenpaaren |
| Negativkontrolle | keine Bande |
| Probe | eine Bande bei 700 Basenpaaren |
Beispiel: Fragen zum Kontrollgel
- 1Hat die Trennung grundsätzlich funktioniert?
- 2Gibt es in der Negativkontrolle einen sichtbaren Hinweis auf Verunreinigung?
- 3Was darfst du über die Probe sagen?
Beispiel: Auswertung des Kontrollgels
- 1Die Positivkontrolle zeigt die erwartete Bande; der Ablauf konnte grundsätzlich funktionieren.
- 2In der Negativkontrolle ist keine Bande sichtbar; sie liefert keinen sichtbaren Hinweis auf Ziel-DNA oder Verunreinigung.
- 3Die Probenbande liegt beim 700-Basenpaare-Marker. Das Fragment hat ungefähr die erwartete Länge.
- 4Die genaue Basenfolge ist damit nicht bewiesen.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Gelelektrophorese
Trennprinzip
Negative DNA wandert zur Anode; kurze Fragmente wandern weiter.
Auswertung
Marker schätzen Fragmentlängen; Kontrollen sichern die Deutung.
Aussagegrenzen
Gleiche Position ist nicht gleiche Sequenz; Intensität zeigt Mengen nur ungefähr.
Zusammenspiel
PCR vervielfältigt; das Gel trennt und kontrolliert Größen.
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Zwei Fragmente mit einem Marker vergleichen
- 1Im gedachten Gel liegen Markerbanden bei 300 und 600 Basenpaaren.
- 2Eine Probenbande liegt bei 300 Basenpaaren, eine zweite bei 600 Basenpaaren.
- 3Die erste Bande gehört ungefähr zur kürzeren Fragmentlänge und ist weiter vom Start entfernt.
- 4Über die genaue Basenfolge der beiden Fragmente sagt diese Lage nichts aus.
Fehler finden
Banden eines Gels deuten In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Richtig: Die Bande zeigt ungefähr 500 Basenpaare; Fragmente gleicher Länge können verschiedene Basenfolgen haben.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
DNA wandert wegen ihrer Ladung zur Anode. Im selben Gel gelangt ein Fragment weiter. Ein hilft beim Abschätzen der Fragmentlänge.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback