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Gentechnik: PCR & Gelelektrophorese
Biologie · Klasse 12–13 · 6 Blätter · 75 Aufgaben
LehrplanHessen: Q1.2 Gene und Gentechnik
PCR-Rechnungen, Primer-Design, Restriktionsfragmente und Gelelektrophorese. Fast alles hängt an zwei Dingen: Verdopplung pro Zyklus und Strangrichtung.
Worum es geht
Die PCR vervielfältigt einen DNA-Abschnitt in Zyklen aus Denaturierung (etwa 95 °C), Primeranlagerung (etwa 50–65 °C) und Elongation (72 °C, Taq-Polymerase). Zwei Primer begrenzen den Abschnitt; sie binden an die beiden Einzelstränge und zeigen mit ihren 3′-Enden aufeinander zu. In der Gelelektrophorese wandert die negativ geladene DNA zur Anode, kurze Fragmente am weitesten.
Die Regeln
| Frage | Regel | Beispiel |
|---|---|---|
| Kopien nach n Zyklen | N = N₀ · 2ⁿ | 3 · 2¹⁰ = 3072 |
| Stränge genau in Ziellänge | N₀ · (2ⁿ − 2n) | n = 5: 32 − 10 = 22 |
| Vorwärtsprimer | erste k Basen des oberen Strangs, 5′→3′ | 5′-AGGCTT… |
| Rückwärtsprimer | letzte k Basen des oberen Strangs, komplementär und umgedreht | siehe Beispiel |
| Restriktionsfragmente | linear: k Schnitte → k + 1 Stücke; ringförmig: k Schnitte → k Stücke | Summe = Gesamtlänge |
Beispiel, Schritt für Schritt
Aufgabe: Der obere Strang lautet 5′-AGGCTTACCGTAGCATCATGGT-3′. Gib beide Primer (je 6 Nucleotide, 5′→3′) an.
| Schritt | Überlegung | Warum |
|---|---|---|
| 1 · Vorwärtsprimer | 5′-AGGCTT-3′ | er bindet am unteren Strang und hat deshalb die Sequenz des oberen |
| 2 · Ende des oberen Strangs | …CATGGT-3′ | hier bindet der Rückwärtsprimer |
| 3 · Komplementär | unter CATGGT steht 3′-GTACCA-5′ | der Primer paart antiparallel |
| 4 · Umdrehen | 5′-ACCATG-3′ | Primer werden 5′→3′ notiert |
| 5 · Richtung prüfen | beide 3′-Enden zeigen zur Mitte | die Polymerase verlängert nur am 3′-Ende |
Der typische Fehler
Den Rückwärtsprimer nur komplementär schreiben. 5′-GTACCA-3′ sieht fertig aus, weil jede Base richtig gepaart ist. Die Beschriftung stimmt aber nicht: Die Sequenz ist nur von 3′ nach 5′ gelesen korrekt. Ein Primer mit dieser Sequenz in 5′→3′-Richtung würde nicht binden.
So prüfst du dein Ergebnis
Rückwärts kontrollieren. Bilde vom Rückwärtsprimer erneut das umgedrehte Komplement: ACCATG → CATGGT. Das muss genau das Ende des oberen Strangs sein. Bei Fragmenten: Die Längen müssen zusammen die Ausgangslänge ergeben.