Die Gelelektrophorese ist eine Analysemethode. Alles, was du zu ihrem Aufbau, ihrem Ablauf und ihrer Auswertung wissen musst, bekommst du hier in unserem Beitrag oder in unserem Video erklärt!
Die Gelelektrophorese ist ein Analyseverfahren in der Chemie und in der Molekularbiologie. Sie wird verwendet, um verschiedene kleine Moleküle, also DNA, RNA und Proteine, voneinander zu trennen.
Das funktioniert so: Die zu trennenden Moleküle bewegen sich auf einem Gel, das elektrisch aufgeladen ist. Je nach Größe und Ladung wandern die Moleküle unterschiedlich weit. Dabei bilden sie ein charakteristisches Bandenmuster. Anschließend kannst du die Moleküle durch eine Färbung sichtbar machen.
Für die Wanderungsgeschwindigkeit der Moleküle, kannst du dir merken:
Gelelektrophorese (eng. gel electrophoresis) ist ein analytisches Verfahren in der Chemie und Molekularbiologie zur Trennung von Molekülen. Sie ist eine Variante der Elektrophorese.
Die Apparatur der Gelelektrophorese sieht folgendermaßen aus:
Gel Matrix: Für die Gelelektrophorese ist eine sogenannte Gel-Matrix notwendig, denn durch sie können die Moleküle wandern.In der Matrix befinden sich Poren, die für die Moleküle wie eine Art Sieb wirken. Die Größe der Poren unterscheidet sich dabei je nachdem, welches Gel du verwendest.
Elektrisches Feld: Die gesamte Apparatur wird an ein Gerät angeschlossen, das ein elektrisches Feld erzeugt.
Eine Gelelektrophorese verläuft immer nach einem ähnlichen Schema. Schauen wir uns Schritt für Schritt ihren Ablauf an:
Schritt 1: Der Ablauf beginnt mit der Mischung aus elektrisch geladenen Molekülen, die du auftrennen willst. Moleküle, die von Natur aus nicht/schwer sichtbar sind, färbst du zuerst mit einem Farbstoff ein. Zum Färben von RNA oder DNA wird beispielsweise oft der rote Farbstoff Ethidiumbromid verwendet.
Schritt 2: Nun gibst du diese Mischung auf das Gel. Da sich gegensätzliche Ladungen anziehen, wandern die negativ geladenen Moleküle (Anionen) unter Einfluss des elektrischen Feldes in Richtung der Anode (positiv geladen). Die positiv geladenen Moleküle (Kationen) wandern entsprechend zur Kathode (negativ geladen).
Je nach Molekülgröße und -ladung bewegen sich die Moleküle unterschiedlich weit durch das Gel. Sie besitzen also eine unterschiedliche Wandergeschwindigkeit.
Wenn die Probemoleküle vor der Gelelektrophorese mit einem Farbstoff markiert wurden, kannst du das entstandene Bandenmuster meistens unter UV-Licht betrachten.
Um Aussagen über das entstandene Bandenmuster zu treffen, kannst du am Ende sogenannte Marker hinzufügen. Darunter verstehst du Moleküle, deren Eigenschaften du kennst. Beispielsweise ein DNA-Abschnitt, dessen Länge dir schon bekannt ist, wie bei einem Kriminalfall die DNA des potenziellen Täters. Jetzt kannst du dein Bandenmuster mit dem des Markers vergleichen.
Die Gelelektrophorese hat zahlreiche Anwendungen in folgenden Bereichen:
In den meisten Fällen wird sie für die Analyse von DNA benutzt. So findet sie beispielsweise bei Vaterschaftstests oder zur Ermittlung des Täters bei Kriminalfällen Verwendung.
DNA ist durch ihre Phosphatreste grundsätzlich negativ geladen. Aus diesem Grund bewegt sie sich in Richtung Anode. So lässt sich ein sogenannter genetischer Fingerabdruck durch ein charakteristisches Bandenmuster erstellen. Schauen wir uns dazu zwei Beispiele an:
Kriminalistik
Wenn du nun den Täter in einem Kriminalfall ermitteln willst, musst du den genetischen Fingerabdruck des potenziellen Täters mit einer am Tatort gefundenen DNA-Probe vergleichen. Die Probe dient als Marker.
Vaterschaftstest
Das Vorgehen kannst du auch bei einem Vaterschaftstest verwenden.
Neben genannten klassischen Einsatzgebieten existieren auch noch mehrere Spezialanwendungen:
Die unterschiedlichen Träger-Gele der Gel-Matrix unterscheiden sich hauptsächlich in der Größe der Poren. Sie bilden ein engmaschiges Netz. Das ist in der Lage, die aufzutrennenden Moleküle im elektrischen Feld zu verlangsamen. Häufig verwendete Gele sind folgende:
Agarosegel ist mit 150-500 nm relativ großporig. Mit ihm kannst du vor allem DNA und größere Proteine gut auftrennen. Vor Beginn der Agarose-Gelelektrophorese werden die Probemoleküle mit einem Farbstoff versetzt, den du später unter UV-Licht betrachten kannst.
Wird eine Spannung angelegt, wandern die Moleküle entsprechend ihrer Ladung zur Kathode oder Anode. Dabei werden die größeren Moleküle stärker zurückgehalten als kleinere.
Polyacrylamid-Gel hat mit ca. 3,6 nm relativ kleine Poren. Hierbei kannst du also insbesondere kleinere Proteine besonders detailliert auftrennen. Auch bei der Polyacrylamid-Gelelektrophorese verwendest du einen Farbstoff für die Probemoleküle.
Du kannst die DNA-Abschnitte, bevor du sie mit der Elektrophorese untersuchst, mithilfe der Polymerase-Kettenreaktion vervielfältigen. Schau dir unser Video dazu an, um mehr über den genauen Ablauf der Methode und ihre verschiedenen Varianten zu erfahren!
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