1 · Proben und Marker auftragen
Proben werden in getrennte Taschen pipettiert. Ladepuffer erhöht unter anderem die Dichte; ein Laufmarker hilft, den Fortschritt zu verfolgen.
Biologie · Verstehen und üben
Gelelektrophorese
Lies DNA-Banden sicher: Verstehe Ladung und Siebwirkung, vergleiche Fragmentlängen und erkenne, wann Kontrollen eine Auswertung infrage stellen.
Das kannst du danach
Wanderungsrichtung begründenBanden mit einem Marker vergleichenKontrollen und Schnittmuster prüfen
DNA-Fragmente nach ihrer Länge trennen
Nach einer PCR oder einem Schnitt mit Restriktionsenzymen liegen oft viele DNA-Stücke im Gemisch vor. Die Gelelektrophorese macht ihre unterschiedlichen Längen sichtbar. Hier betrachten wir lineare doppelsträngige DNA im Agarosegel.
Das Zucker-Phosphat-Rückgrat verleiht DNA eine negative Ladung. Im elektrischen Feld wandert sie zum Pluspol. Das Gel wirkt als molekulares Sieb: Kürzere Fragmente bewegen sich unter gleichen Bedingungen meist schneller hindurch und liegen nach gleicher Laufzeit weiter von der Starttasche entfernt.
Ein Gel lesen
Eine Spur gehört zu einer beladenen Tasche. Eine Bande enthält viele DNA-Fragmente ähnlicher Länge – sie ist nicht ein einzelnes DNA-Molekül.
Ein Größenmarker enthält DNA-Stücke bekannter Länge. Der Vergleich auf gleicher Höhe hilft, unbekannte Fragmentlängen abzuschätzen. Ohne Marker lässt sich häufig nur sagen, welches Fragment größer oder kleiner ist.
Vom Gemisch zum Bandenmuster
2 · Elektrisches Feld anlegen
Puffer leitet den Strom und stabilisiert Bedingungen. Die Starttaschen liegen auf der Seite des Minuspols; die DNA wandert durch das Gel zum Pluspol.
3 · Nach Länge auftrennen
Das Agarosenetz bremst lange Fragmente stärker. Laufzeit, Feldstärke und Gelkonzentration beeinflussen die Trennung.
4 · DNA sichtbar machen
Geeignete DNA-Farbstoffe machen die Banden mit passender Beleuchtung sichtbar. Der Laufmarker im Ladepuffer ersetzt diese DNA-Färbung nicht.
Nicht jede DNA-Form verhält sich gleich
Die einfache Regel „kürzer läuft weiter“ gilt hier für lineare DNA unter vergleichbaren Bedingungen. Ringförmige oder stark verdrillte Plasmide können anders laufen. Eine solche Bande darf man nicht ohne Weiteres mit der Längenregel auswerten.
Gel-Labor: Banden vergleichen und Kontrollen prüfen
Wähle einen Fall. Beschreibe zuerst die sichtbaren Banden und vergleiche ihre Höhe mit dem Marker. Zeige anschließend die begründete Auswertung. Der Laufregler veranschaulicht nur die Bewegung, keine reale Zeitmessung.
Längen vergleichen
M = Marker · P/Q = Proben · K+/K− = Positiv-/Negativkontrolle · U/S = ungeschnitten/geschnitten. Markerwerte beziehen sich auf den fertigen Modell-Lauf.
Welche Banden erkennst du? Warte für den Größenvergleich bis zum vollständigen Modell-Lauf.
Eine sichere Auswertung in vier Schritten
1 · Richtung und Spuren klären
Wo sind die Taschen? Wo liegt der Pluspol? Welche Spur enthält Marker, Probe oder Kontrolle?
2 · Bandenhöhe vergleichen
Auf gleicher Höhe liegen unter vergleichbaren Bedingungen Fragmente ähnlicher Länge. Die unterste Bande gehört zu den kürzesten sichtbaren Fragmenten.
3 · Größe abschätzen
Vom Marker waagerecht zur Probenbande vergleichen. Zwischen Markerbanden ist die Schätzung näherungsweise; die Längenskala ist nicht linear.
4 · Aussage begrenzen
Länge und Muster beurteilen. Gleiche Länge beweist keine identische Basenfolge, gleiche Banden allein keine eindeutige Herkunft.
Durchgerechnetes Beispiel: ein Restriktionsschnitt
Ein Restriktionsenzym schneidet DNA an bestimmten Erkennungsstellen. Ein lineares DNA-Stück von 2000 bp wird an genau einer Stelle vollständig geschnitten. Im Gel erscheinen zwei Fragmente: ungefähr 1500 bp und 500 bp.
Längenkontrolle: 1500 bp + 500 bp = 2000 bp. Die Summe passt zur Ausgangslänge. Bei einer linearen DNA führt ein einzelner Schnitt zu zwei Fragmenten. Eine ringförmige DNA wird durch einen einzelnen Schnitt zunächst nur linearisiert.
Besonderheit: Entstehen zwei gleich lange Fragmente, können sie in derselben Bande liegen. Deshalb ist „zwei Fragmente“ nicht zwingend „zwei sichtbare Banden“.
Was bedeuten unerwartete Banden?
| Beobachtung | Mögliche Erklärung – noch kein Beweis |
|---|---|
| Negativkontrolle mit Zielbande | Eine Verunreinigung ist möglich; Ergebnisse erneut prüfen. |
| Positivkontrolle ohne erwartete Bande | Reaktion, Beladung oder Sichtbarmachung könnten fehlgeschlagen sein. Unbekannte negative Proben sind dann nicht sicher interpretierbar. |
| Mehrere Banden nach PCR | Unspezifische Produkte sind möglich. Sehr kurze Nebenprodukte können Primerdimere sein. |
| Schmier statt scharfer Bande | Zum Beispiel stark unterschiedliche Fragmentlängen, DNA-Abbau oder Überladung. |
| Sehr helle Bande | Unter gleichen Färbe- und Aufnahmebedingungen häufig mehr DNA-Masse; daraus folgt nicht unmittelbar eine bestimmte Molekülzahl. |
Was das Gel zeigt – und was nicht
Die Wanderstrecke hängt nicht nur von der Länge ab. Gelkonzentration, Laufbedingungen und Molekülform spielen mit. Vergleiche deshalb Proben möglichst im selben Gel mit geeignetem Marker. In einem geeigneten Größenbereich verhält sich die Wanderstrecke näherungsweise linear zum Logarithmus der Fragmentlänge, nicht zur Länge selbst.
Das Gel vervielfältigt keine DNA und sequenziert sie nicht. Es trennt Moleküle und ermöglicht den Größenvergleich. PCR und Elektrophorese ergänzen sich daher, erfüllen aber verschiedene Aufgaben.
Beim genetischen Fingerabdruck werden ausgewählte variable DNA-Bereiche verglichen. Eine einzelne übereinstimmende Bande reicht nicht zur Identifizierung. Moderne STR-Analysen verwenden häufig Kapillarelektrophorese und mehrere Marker; ein einfaches Schulgel stellt nur das grundlegende Vergleichsprinzip dar.
10 Aufgaben: Wissen anwenden und Zusammenhänge erklären
Löse zunächst ohne Hilfe. Die Tipps führen zum Ansatz; die Lösungen zeigen, welche Fachbegriffe und Begründungen dazugehören.
1 · Warum wandert DNA zum Pluspol?
Tipp anzeigen
Ladung des Rückgrats.
Lösung anzeigen
Die Phosphatgruppen verleihen DNA negative Ladung; im elektrischen Feld bewegt sie sich zur positiven Elektrode.
2 · Welche lineare DNA läuft meist weiter: 250 oder 1000 bp?
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Gleiche Bedingungen voraussetzen.
Lösung anzeigen
250 bp. Kürzere Fragmente passieren das Agarosenetz meist schneller.
3 · Was ist der Unterschied zwischen Spur und Bande?
Tipp anzeigen
Tasche und Längengruppe.
Lösung anzeigen
Eine Spur gehört zu einer aufgetragenen Probe; eine Bande enthält viele Fragmente ähnlicher Länge innerhalb einer Spur.
4 · Welchen Zweck erfüllt der Größenmarker?
Tipp anzeigen
Bekannte Vergleichslängen.
Lösung anzeigen
Er ermöglicht die näherungsweise Bestimmung unbekannter Fragmentlängen anhand ihrer Wanderstrecken.
5 · Im Fall 1: Welche Länge kommt in P und Q vor?
Tipp anzeigen
Banden auf gleicher Höhe.
Lösung anzeigen
Etwa 500 bp. Das beweist nur ähnliche Länge, keine identische Sequenz.
6 · Warum darf die Längenskala nicht einfach linear interpoliert werden?
Tipp anzeigen
Wanderung und Logarithmus.
Lösung anzeigen
Im geeigneten Bereich hängt die Wanderstrecke näherungsweise vom Logarithmus der Fragmentlänge ab.
7 · 2000 bp lineare DNA wird in 1500 und 500 bp geschnitten. Passt die Bilanz?
Tipp anzeigen
Längen addieren.
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Ja: 1500 + 500 = 2000 bp. Ein vollständiger Schnitt der linearen DNA kann diese beiden Fragmente erzeugen.
8 · Können zwei Fragmente als eine Bande erscheinen?
Tipp anzeigen
Gleiche Länge.
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Ja. Gleich lange oder nicht auflösbar ähnlich lange Fragmente können gemeinsam wandern.
9 · Eine 500-bp-Bande erscheint auch in K−. Was folgt?
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Kontrolle ohne Vorlage.
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Das Ergebnis muss wegen möglicher Kontamination überprüft werden; die Proben dürfen nicht unkritisch als positiv bewertet werden.
10 · Welche Aussage erlaubt ein Gel nicht allein?
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Länge versus Sequenz.
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Es liefert nicht die genaue Basenfolge und beweist bei gleicher Bandenhöhe keine identische DNA-Sequenz.
Kurzer Begriffscheck
Was enthält eine sichtbare DNA-Bande?
Wähle eine Antwort.
Für den Unterricht
Vorhersage: Vor dem Modell-Lauf die Reihenfolge von 250, 500, 1000 und 2000 bp begründen lassen.
Auswertung: Beobachtung und Deutung getrennt notieren: „K− besitzt eine Bande“ versus „Kontamination ist möglich“.
Transfer: Schnittmuster mit Längensummen prüfen und den Sonderfall gleich langer Fragmente diskutieren.
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Passende Materialien zum Weiterlernen
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Gelelektrophorese: DNA-Banden lesen
Das passende Arbeitsblatt zum Trennprinzip und zur Auswertung.
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PCR als Vorbereitung
Verstehen, wie die zu untersuchenden DNA-Produkte entstehen.
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Weiterführung: genetischer Fingerabdruck
Bandenmuster vergleichen und ihre Aussagekraft einordnen.
Material ansehen →Fachliche Vertiefung: Wellcome Connecting Science · Gelelektrophorese · OpenStax · Biotechnology. Eigene Modellzeichnungen und Aufgaben. Umfang und Klassenstufe unterscheiden sich nach Bundesland und Schulart.