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Gelelektrophorese

Lies DNA-Banden sicher: Verstehe Ladung und Siebwirkung, vergleiche Fragmentlängen und erkenne, wann Kontrollen eine Auswertung infrage stellen.

Unsicher beim Einstieg?3 Aufgaben im freiwilligen Kurzcheck

Was kannst du schon?

Drei kurze Aufgaben helfen dir, deinen Startpunkt zu finden. Wenn du unsicher bist, wähle „Weiß ich noch nicht“.

Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.

Lösungen mit Erklärungen

Zum Pluspol – Die elektrische Ladung des Rückgrats erklärt die Bewegungsrichtung.
Für die ungefähre Bestimmung unbekannter Fragmentlängen – Bekannte Markerfragmente dienen als Vergleichsmaßstab.
Nein – Eine Bande zeigt keine vollständige Sequenzinformation. Gleiche Länge reicht dafür nicht aus.

Direkt mit der Erklärung beginnen →

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

M: Größenmarker. P und Q: Proben. Die Zahlen geben Basenpaare (bp) an. Starttaschen liegen oben am Minuspol; kurze DNA läuft weiter nach unten. Das Bild ist ein schematisches Ergebnis, kein Originalfoto.

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

1 · Proben und Marker auftragen

Proben werden in getrennte Taschen pipettiert. Ladepuffer erhöht unter anderem die Dichte; ein Laufmarker hilft, den Fortschritt zu verfolgen.

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

Modell-Lauf: 100 %

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.

Selbst ausprobieren

Üben & prüfen

Mit Erklärungen üben oder dein Wissen testen – du entscheidest.

Übe in deinem Tempo

Wähle eine Stufe. Du bekommst zu jeder Antwort eine Rückmeldung und kannst nach einem Tipp erneut antworten. Wähle die passende Antwort. Begründe deine Entscheidung zunächst selbst und vergleiche sie anschließend mit der Erklärung.

Alle 18 Aufgaben mit Lösungen zum Nachlesen

1 · Erkennen und zuordnen

1. Warum wandert DNA im elektrischen Feld zum Pluspol?

Sie wird vom Größenmarker mechanisch gezogen
Ihr Phosphatrückgrat ist negativ geladen
Ihre Basen sind grundsätzlich positiv geladen

Lösung und Erklärung

Ihr Phosphatrückgrat ist negativ geladen

Die negative Ladung bestimmt die Wanderungsrichtung zur positiven Elektrode.

2. Welches lineare DNA-Fragment läuft unter vergleichbaren Bedingungen meist weiter?

300 bp
1200 bp
2400 bp

Lösung und Erklärung

300 bp

Kürzere lineare Fragmente passieren das Agarosenetz meist schneller.

3. Was enthält eine sichtbare DNA-Bande?

Genau ein einzelnes DNA-Molekül
Immer ein vollständiges menschliches Genom
Viele Fragmente ähnlicher Länge

Lösung und Erklärung

Viele Fragmente ähnlicher Länge

Viele ähnlich lange Moleküle sammeln sich in einem schmalen Bereich der Spur.

4. Wozu dient der Größenmarker?

Zum automatischen Ablesen jeder Basenfolge
Zum Vergleich mit bekannten Fragmentlängen
Zur Vervielfältigung aller Proben

Lösung und Erklärung

Zum Vergleich mit bekannten Fragmentlängen

Die bekannten Markerbanden ermöglichen die Abschätzung unbekannter Fragmentlängen.

5. Was bezeichnet eine Spur im Gel?

Den Laufbereich einer beladenen Tasche
Immer genau ein DNA-Fragment
Eine einzelne Base in einem Gen

Lösung und Erklärung

Den Laufbereich einer beladenen Tasche

Eine aufgetragene Probe kann innerhalb ihrer Spur mehrere Banden bilden.

6. Auf welcher Seite liegen die Starttaschen im beschriebenen DNA-Gel?

Auf der Seite des Pluspols als regulärem Start
Die Polung spielt grundsätzlich keine Rolle
Auf der Seite des Minuspols

Lösung und Erklärung

Auf der Seite des Minuspols

Von den Taschen aus soll die negativ geladene DNA durch das Gel zum Pluspol wandern.

2 · Anwenden und erklären

1. Eine Probenbande liegt im selben Gel auf Höhe der 800-bp-Markerbande. Welche Aussage passt?

Die Probe enthält exakt 800 DNA-Moleküle
Die Fragmente sind ungefähr 800 bp lang
Ihre genaue Sequenz ist identisch mit dem Marker

Lösung und Erklärung

Die Fragmente sind ungefähr 800 bp lang

Gleiche Laufhöhe erlaubt einen ungefähren Längenvergleich, keine Sequenz- oder Molekülzahlbestimmung.

2. Welche Reihenfolge erwartet man für lineare Fragmente von der Tasche aus bei gleichem Lauf?

2000 bp → 1000 bp → 500 bp
500 bp → 1000 bp → 2000 bp
Alle Längen liegen zwingend am selben Ort

Lösung und Erklärung

2000 bp → 1000 bp → 500 bp

Längere Fragmente werden stärker gebremst und bleiben näher am Start.

3. Ein lineares DNA-Stück mit 1800 bp wird einmal vollständig in 1200 bp und ein zweites Fragment geschnitten. Wie lang ist das zweite?

3000 bp
1200 bp
600 bp

Lösung und Erklärung

600 bp

Die Längen müssen sich zur Ausgangslänge addieren: 1800 − 1200 = 600 bp.

4. Wie viele Fragmente entstehen aus einem linearen DNA-Molekül durch zwei vollständige Schnitte an verschiedenen Stellen?

Vier
Drei
Zwei

Lösung und Erklärung

Drei

Jeder zusätzliche Schnitt einer linearen DNA erhöht die Zahl der Fragmente um eins.

5. Eine lineare DNA von 1600 bp wird genau in der Mitte geschnitten. Wie viele sichtbare Banden können die Produkte ergeben?

Eine Bande bei etwa 800 bp
Zwingend zwei getrennte Banden bei 800 bp
Eine Bande bei 3200 bp

Lösung und Erklärung

Eine Bande bei etwa 800 bp

Beide Fragmente sind gleich lang und können gemeinsam in derselben Bande laufen.

6. Was geschieht mit ringförmiger DNA bei einem einzigen vollständigen Doppelstrangschnitt?

Sie wird zwingend in zwei getrennte Moleküle geteilt
Sie verdoppelt ihre Länge
Sie wird zu einem linearen Molekül

Lösung und Erklärung

Sie wird zu einem linearen Molekül

Ein Schnitt öffnet den Ring; die Zahl der Moleküle erhöht sich dabei zunächst nicht.

3 · Prüfen und übertragen

1. Warum beweisen zwei gleich hoch liegende Probenbanden keine identische DNA-Sequenz?

Der Marker verändert die Basenfolge beider Proben
Verschiedene Basenfolgen können dieselbe Länge haben
Alle DNA-Fragmente haben dieselbe Sequenz

Lösung und Erklärung

Verschiedene Basenfolgen können dieselbe Länge haben

Gelelektrophorese trennt nach Laufeigenschaften und liefert hier vor allem Längeninformation.

2. Die Negativkontrolle zeigt ebenfalls eine Zielbande. Welche Aussage ist angemessen?

Mögliche Kontamination prüfen, bevor Proben bewertet werden
Die Zielbande ist in jeder Negativkontrolle erwünscht
Damit ist die Herkunft jeder Probe bewiesen

Lösung und Erklärung

Mögliche Kontamination prüfen, bevor Proben bewertet werden

Die Kontrolle ohne Zielvorlage sollte keine Zielbande enthalten. Die Beobachtung ist ein Hinweis auf ein Problem.

3. Die erwartete Bande fehlt in der Positivkontrolle. Was bedeutet das für eine unbekannte Probe ohne Bande?

Die Probe enthält damit nachweislich keine Ziel-DNA
Die fehlende Kontrolle macht die Probe besonders zuverlässig
Ein negatives Probenergebnis ist nicht sicher interpretierbar

Lösung und Erklärung

Ein negatives Probenergebnis ist nicht sicher interpretierbar

Reaktion, Beladung oder Sichtbarmachung könnten fehlgeschlagen sein und müssen berücksichtigt werden.

4. Eine Probenbande liegt genau zwischen zwei Markerbanden. Darf man die beiden bp-Werte einfach arithmetisch mitteln?

Ja, solange die beiden Marker dieselbe Farbe besitzen
Nicht ohne Weiteres, da Wanderstrecke und Fragmentlänge nicht linear zusammenhängen
Ja, die bp-Skala ist grundsätzlich linear

Lösung und Erklärung

Nicht ohne Weiteres, da Wanderstrecke und Fragmentlänge nicht linear zusammenhängen

Im geeigneten Bereich hängt die Strecke näherungsweise mit dem Logarithmus der Länge zusammen.

5. Warum lässt sich die Längenregel nicht unverändert auf eine stark verdrillte Plasmid-DNA übertragen?

Die Molekülform beeinflusst die Wanderung zusätzlich
Plasmide enthalten keine DNA
Die Ladung jeder Plasmidbase wechselt zufällig ins Positive

Lösung und Erklärung

Die Molekülform beeinflusst die Wanderung zusätzlich

Die vereinfachte Längenregel bezieht sich hier auf lineare DNA unter vergleichbaren Bedingungen.

6. Eine Bande ist unter gleichen Färbe- und Aufnahmebedingungen heller. Was folgt am ehesten?

Sie enthält zwingend längere DNA
Sie beweist eine identische Sequenz aller Proben
Sie kann mehr DNA-Masse enthalten; eine genaue Molekülzahl folgt daraus nicht direkt

Lösung und Erklärung

Sie kann mehr DNA-Masse enthalten; eine genaue Molekülzahl folgt daraus nicht direkt

Helligkeit und Masse hängen zusammen, aber Länge, Färbung und Messbedingungen müssen für weitergehende Aussagen berücksichtigt werden.

Wie sicher bist du jetzt?

Bearbeite drei weitere Aufgaben ohne Nachschlagen. Nutze die Rückmeldung, um gezielt weiterzulernen.

Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.

Lösungen mit Erklärungen

800 bp – 2500 − 1700 = 800 bp. Die Summe der Fragmente muss zur Ausgangslänge passen.
Nein, die Fragmente können gemeinsam eine Bande bilden – Ähnliche oder gleiche Länge kann zu gemeinsamem Lauf führen. Banden- und Fragmentzahl sind nicht grundsätzlich gleich.
Sie weist auf ein mögliches Problem wie Kontamination hin und verlangt Überprüfung – Die Beobachtung muss von ihrer möglichen Erklärung getrennt werden. Ohne saubere Kontrollen sind sichere Probenaussagen eingeschränkt.

Tipp anzeigen

Länge versus Sequenz.

Lösung anzeigen

Es liefert nicht die genaue Basenfolge und beweist bei gleicher Bandenhöhe keine identische DNA-Sequenz.

Zusätzlicher Begriffscheck

Kurzer Begriffscheck

Was enthält eine sichtbare DNA-Bande?

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PCR: DNA gezielt vervielfältigen – kostenloses Biologie-Arbeitsblatt mit Lösungen (PDF)

10. Klasse · 11. Klasse · 12. Klasse · 13. Klasse

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Genetischer Fingerabdruck: Profile prüfen – kostenloses Biologie-Arbeitsblatt mit Lösungen (PDF)

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DNA-Fragmente nach ihrer Länge trennen

Ein Gel lesen

Vom Gemisch zum Bandenmuster

1 · Proben und Marker auftragen

2 · Elektrisches Feld anlegen

3 · Nach Länge auftrennen

4 · DNA sichtbar machen

Gel-Labor: Banden vergleichen und Kontrollen prüfen

Längen vergleichen

Eine sichere Auswertung in vier Schritten

1 · Richtung und Spuren klären

2 · Bandenhöhe vergleichen

3 · Größe abschätzen

4 · Aussage begrenzen

Durchgerechnetes Beispiel: ein Restriktionsschnitt

Was bedeuten unerwartete Banden?

Was das Gel zeigt – und was nicht

Üben & prüfen

Übe in deinem Tempo

1 · Erkennen und zuordnen

1. Warum wandert DNA im elektrischen Feld zum Pluspol?

2. Welches lineare DNA-Fragment läuft unter vergleichbaren Bedingungen meist weiter?

3. Was enthält eine sichtbare DNA-Bande?

4. Wozu dient der Größenmarker?

5. Was bezeichnet eine Spur im Gel?

6. Auf welcher Seite liegen die Starttaschen im beschriebenen DNA-Gel?

2 · Anwenden und erklären

1. Eine Probenbande liegt im selben Gel auf Höhe der 800-bp-Markerbande. Welche Aussage passt?

2. Welche Reihenfolge erwartet man für lineare Fragmente von der Tasche aus bei gleichem Lauf?

3. Ein lineares DNA-Stück mit 1800 bp wird einmal vollständig in 1200 bp und ein zweites Fragment geschnitten. Wie lang ist das zweite?

4. Wie viele Fragmente entstehen aus einem linearen DNA-Molekül durch zwei vollständige Schnitte an verschiedenen Stellen?

5. Eine lineare DNA von 1600 bp wird genau in der Mitte geschnitten. Wie viele sichtbare Banden können die Produkte ergeben?

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3 · Prüfen und übertragen

1. Warum beweisen zwei gleich hoch liegende Probenbanden keine identische DNA-Sequenz?

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3. Die erwartete Bande fehlt in der Positivkontrolle. Was bedeutet das für eine unbekannte Probe ohne Bande?

4. Eine Probenbande liegt genau zwischen zwei Markerbanden. Darf man die beiden bp-Werte einfach arithmetisch mitteln?

5. Warum lässt sich die Längenregel nicht unverändert auf eine stark verdrillte Plasmid-DNA übertragen?

6. Eine Bande ist unter gleichen Färbe- und Aufnahmebedingungen heller. Was folgt am ehesten?

Wie sicher bist du jetzt?

10 Aufgaben: Wissen anwenden und Zusammenhänge erklären

1 · Warum wandert DNA zum Pluspol?

2 · Welche lineare DNA läuft meist weiter: 250 oder 1000 bp?

3 · Was ist der Unterschied zwischen Spur und Bande?

4 · Welchen Zweck erfüllt der Größenmarker?

5 · Im Fall 1: Welche Länge kommt in P und Q vor?

6 · Warum darf die Längenskala nicht einfach linear interpoliert werden?

7 · 2000 bp lineare DNA wird in 1500 und 500 bp geschnitten. Passt die Bilanz?

8 · Können zwei Fragmente als eine Bande erscheinen?

9 · Eine 500-bp-Bande erscheint auch in K−. Was folgt?

10 · Welche Aussage erlaubt ein Gel nicht allein?

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