Bio Abiaufgabe Gelelektrophorese?

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2 Antworten

Moin,

zu 1.3.1

Die Gelelektrophorese ist ein Verfahren zur Auftrennung von Makromolekülen wie Proteinen oder Nucleinsäuren bzw. deren Bruchstücken. Es beruht darauf, dass sich geladene Moleküle in einem elektrischen Feld entsprechend ihrer Ladungsmenge und ihrer Molekülgröße ausrichten und unterschiedlich schnell wandern. Als Medium dient hier konkret ein Gel aus einer polymerisierbaren Substanz, zum Beispiel dem Polysaccharid Agarose.

In der Elektrophoresekammer taucht das Gel an beiden Enden in eine Pufferlösung ein, an die über Elektroden eine elektrische Spannung angelegt werden kann. Dadurch entstehen ein Plus- und ein Minuspol (Anode und Kathode), wenn man die Kammer an eine Stromquelle anschließt. In dem Gel befinden sich kleine Taschen, die beim Gießen durch entsprechende Platzhalter entstehen und in die man später das zu analysierende Gemisch einfüllen kann. Da im Falle der DNA-Analyse die Nukleinsäuren negativ geladen sind, befinden sich die Gel-Taschen in der Nähe des Minuspols, so dass die Moleküle beim Anlegen einer elektrischen Spannung zum Pluspol wandern. Das Gel wirkt wie ein Molekularsieb, durch das große Moleküle oder solche mit geringerer Ladung langsamer wandern als Moleküle, die kleiner oder stärker geladen sind. Ein Gemisch aus verschiedenen Molekül(bruchstück)en trennt sich dadurch in Banden auf, die durch Einfärbe- oder Markierungsverfahren sichtbar gemacht werden können. Jede Bande besteht aus einer Ansammlung ähnlich großer und / oder ähnlich geladener Moleküle.

Hat man nun zum Beispiel zwei verschiedene Proben und möchte wissen, ob sie vom gleichen Individuum stammen, so kann man sie mit Hilfe der Gelelektrophorese in Bandenmuster zerlegen und dann miteinander vergleichen. Sind die Bandenmuster identisch, so stammen die Proben vom gleichen Individuum.

Man kann auf diese Weise aber auch prüfen, ob ein Individuum tatsächlich ein Nachkomme von einem Elternpaar ist. Dazu schlüsselt man das Erbgut der drei Individuen gelelektrophoretisch auf und vergleicht die Bandenmuster miteinander. Die Bandenmuster der Eltern unterscheiden sich (unterschiedliche DNA), aber das dritte Individuum kann nur dann von den Eltern abstammen, wenn sein Erbgut eine Mischung aus den Bandenmustern der Eltern ist („genetischer Fingerabdruck“; Fingerprint-Methode).

Schließlich kann man noch - wie in dem Beispiel von dir - prüfen, ob Gensequenzen mutiert sind oder nicht. Dazu nimmt man das sicher nicht mutierte Erbgut (Wildtyp) sowie das Erbgut eines Patienten und gibt bestimmte Enzyme hinzu, die die DNA an gewissen Stellen zerschneiden, wenn entsprechende Erkennungssequenzen vorhanden sind. Dann unterzieht man die DNA-Bruchstücke einer Gelelektrophorese und schaut sich die Bandenmuster an. Wenn ein Gen nicht mutiert ist, hat es eine gewisse Länge, was sich in einer Bande im Gel auf einer bestimmten Höhe ausdrückt. Führt dagegen eine Mutation im Gen dazu, dass eine Schnittstelle entsteht, ist die Folge davon, dass das Gen verkürzt wird. Da das Molekül dadurch kleiner wird, kann es schneller durch das Gel wandern und wird zu einer Bande oberhalb der Wildtyp-Bande führen. Es ist allerdings auch möglich, dass eine (andere) Mutation dazu führt, dass eine Schnittstellensequenz aufgehoben wird. In einem solchen Fall unterbleibt also das Zerschneiden. Das Molekül wird größer und wandert folglich nicht so weit durch das Gel. Das würde eine Bande unterhalb der Wildtyp-Bande ergeben, verstehst du?

Zu 1.3.2

In der Aufgabe werden drei Personen untersucht. Person 1 hat keine Mutation im Erbgut. Dadurch gibt es keine (zusätzliche) Schnittstelle. Das Gen ist 158 Basenpaare (bp vom englischen base pair) lang.
Person 2 hat in ihrem diploiden Chromosomensatz ein unmutiertes Gen (Allel) und auf dem dazu homologen Chromosom ein mutiertes Gen (Allel). Die Mutation führt dazu, dass das Wildtyp-Gen eine zusätzliche Schnittstelle erhält. Das führt wiederum dazu, dass das 158 bp lange Gen in zwei Teile zerschnitten wird. Ein Teil umfasst 111 bp, das andere nur 47 bp. Beide Teilabschnitte sind somit kleiner als das intakte Gen. Darum wandern sie schneller durch das Gel und sind folglich näher am Pluspol zu finden als die Wildtyp-Bande. Da Person 2 aber auch ein nicht mutiertes Gen besitzt, zeigt sein Gelelektrophorese-Bild insgesamt drei Banden: eine bei 158 bp, eine bei 111 bp und eine bei 47 bp.
Bei Person 3 ist es nun so, dass beide Allele des Gens von der Mutation betroffen sind. Deshalb werden beide Allele zerschnitten und führen zu Teilen, die 111 bp lang sind oder 47 bp. Daher hat sie zwei Banden auf der Höhe von 111 bzw. 47 bp.

Alles klar?

LG von der Waterkant.

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Kommentar von Madel5555
17.06.2017, 17:24

Viele Dank! Woran erkenne ich bei der Gelelektrophorese, dass eine Person homo- oder heterozygot ist?

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Kommentar von Madel5555
18.06.2017, 20:53

Also wenn ich das alles richtig verstanden habe: Person 1 hat auf jeweils beiden Allele eine Wiederholung der Sequenz von 158. Deshalb ist diese Person auch homozygot, weil die Allele die Gleiche Anzahl haben.
Person 2 ist heterozygot, weil sie auf einem Allel 158 bp hat und dass andere wurde geteilt einmal 111bp und einmal 47 bp. Deshalb hat Person 2 die Möglichkeit, entweder ein Allel mit 158 zu vererben oder 111 oder 47bp.
Person 3 hat bei beiden Allelen eine Mutation. Das heißt, sie hat zweimal 111bp und zweimal 47bp. Aber dann muss sie doch auch heterozygot sein oder ???

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Die Bilder sind nicht gerade. Nicht lesbar.

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