Gelelektrophorese

Die Gelelektrophorese ist ein Analyseverfahren mit dem Moleküle aufgrund ihrer Größe und Ladung aufgetrennt und untersucht werden.


Hintergrund

Aufbau

Um die Gelelektrophorese durchführen zu können benötigen wir eine Apparatur, die als eine Art Sieb für Moleküle fungiert. Diese Apparatur enthält:

  • Eine Gelmatrix durch die Moleküle durchwandern können
  • Geltaschen für die zu untersuchende "Molekülmischung"
  • Elektrisches Feld mit Anode (positiv geladen) und Kathode (negativ geladen)
In der Gelelektrophorese gibt es verschieden große Taschen, in denen die Proben eingesetzt werden. Die Gelmatrix wird unter Strom gestellt, sodass sie die einzelnen Teile entgegen ihrer Ladung durch die Matrix wandern.

Ablauf

Die Methode läuft immer nach einem ähnlichen Schema ab.

  • Vorbereiten bzw. Mischen der zu untersuchenden Probe
  • Einfärben von schweren Molekülen oder bestimmten DNA-Fragmenten
  • Einsetzen der Mischung in die Geltaschen
  • Elektisches Feld erzeugen
  • Wanderung der Moleküle

Die Molekülbewegung unterliegt folgendem Prinzip:

Da sich gegensätzliche Ladungen anziehen, wandern die negativ geladenen Moleküle (= Anionen) unter Einfluss des elektrischen Feldes in Richtung der Anode. Die positiv geladenen Moleküle (= Kationen) wandern entsprechend zur Kathode.

Je nach Größe bewegen sich die Moleküle unterschiedlich weit und schnell.

Kleine Moleküle wandern schneller durch die Gelmatrix, größere hingegen etwas langsamer.

Die Moleküle mit ähnlichen Größenverhältnissen setzten sich dementsprechend an der gleichen Stelle in der Matrix ab.

So entsteht ein spezifisches Bandenmuster.

Der Ablauf der Gelelektrophorese dauert circa 90 Minuten.

Auswertung

Wenn die Probemoleküle vor der Gelelektrophorese mit einem Farbstoff markiert wurden, kannst du das entstandene Bandenmuster unter UV-Licht betrachten.

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In der Auswertung kann das Bandenmuster auf verschiedene Dinge untersucht werden.

Anzahl der Fragmente

Wenn bestimmte Moleküle der Probe eingefärbt wurden, kann die Anzahl der gefärben Stoffe in der Auswertung betrachtet werden.

Die Gelelektrophorese kann also Informationen über das Vorhandensein spezifischer DNA-Sequenzen in einer DNA-Probe liefern.

Größe der Fragmente

Häufig werden DNA-Fragmente mit bekannter Größe (sogenannte Marker) in einer eigenen Tasche mit auf das Gel aufgetragen, um einen Vergleichsstandard zu haben.

Vergleicht man also die "Wanderstrecke" einzelner Moleküle mit dem des Makers können die Größenverhaltnisse bestimmt werden.

Menge eines Fragments

Häufig ist es in einem Experiment interessant zu wissen, wie viel DNA vorhanden ist.

Betrachtet man die Intensität einer Bande, die zu einem bestimmten Fragment gehört, kann man ungefähr abschätzen wie groß die Menge dieses Fragments ist.


Anwendungsbeispiele

Das Prinzip der Gelelektrophorese kann auch dabei helfen, die Ähnlichkeit zwischen Personen zu identifizieren.

Dabei dienen DNA-Proben als Marker, die dann mit DNA-Fragmenten anderer Personen verglichen werden. Anwendungsbeispiele sind:

  • Genetischer Fingerabdruck in der Kriminologie
  • Vaterschaftstests

Mittlerweile wurde die Methode so erweitert, dass auch die Faltung von komplexen Proteinen untersucht werden kann. Dazu werden unterschiedliche Trägergele in der Gelmatrix verwendet.

Man spricht dann von einer Nativ-Gelelektrophorese oder 2D-Gelelektrophorese.

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