Aufgaben 36 Methoden in der Praxis Gel-Elektrophorese Die Zelle enthält eine Vielfalt von Proteinen und Nukleinsäuren Jedes Protein ist eine lange Kette aus Aminosäuren, die – je nach Aminosäurenabfolge – eine bestimmte Faltung einnehmen, woraus sich Form und Funktion des Proteins ergeben. Natürliche Proteine setzen sich aus 20 verschiedenen Aminosäuren zusammen, und die Länge der Aminosäurekette variiert von ca. 100 bis zu einigen Tausend Aminosäuren – entsprechend groß ist die Vielfalt der Proteine. Ebenso gibt es unzählige verschiedene Nukleinsäuren – zwar sind DNA und RNA strukturell und funktionell bei weitem nicht so vielfältig wie Proteine, aber dennoch unterscheiden sich DNA- und RNA-Moleküle, v.a. in ihrer Länge. Wie lassen sich verschiedene Proteine oder Nukleinsäuren voneinander trennen? In der Molekularbiologie ist es oft wichtig, ein Protein oder ein bestimmtes Stück DNA in Reinform vorliegen zu haben, etwa für die Untersuchung der Molekülstruktur. Molekularbiologinnen und -biologen nutzen zur Trennung von Protein- oder Nukleinsäuregemischen die Methode der Gel-Elektrophorese1. In Abbildung 34 siehst du eine Gel-Ektrophorese-Apparatur. Das Protein- oder Nukleinsäuregemisch wird angefärbt und in kleine Gruben im Gel2 eingefüllt. Dann wird eine schwache Gleichspannung über zwei Elektroden angelegt. Man macht sich hier die Tatsache zu Nutze, dass Proteine ebenso wie Nukleinsäuren nicht in neutralem Zustand vorliegen, sondern negativ geladen sind. Sie werden also von der Anode angezogen und wandern entsprechend schnell durch das Gel. Entscheidend ist hier die Molekülgröße: Kleine Moleküle wandern schneller (da sie weniger Widerstand durch das Gel erfahren). Nach Abschalten der Spannung wird das Gel entnommen. Die Laufstrecke der Proben wird mit Laufstrecken von bekannten Molekülen (so genannten Molekulargewichtstandards) verglichen. So kann die Molekülgröße bestimmt werden. 1 Gel-Elektrophorese: pherein (griech.) = tragen 2 Gel: Verschiedene Gele können als Trägermedium genutzt werden. Am häufigsten kommen Agarose-Gele (Agar) oder Polyacrylamid-Gele zum Einsatz. Kathode Steg Kammer aus Plastik Anode Proteinbanden Glasplatten Gel Gel Puffer Puffer Gemisch aus zwei Proteinen ein Protein A B C B A C Kleine Proteine wandern schneller durch das Gel als große (so wie ein Hase schneller durch das Unterholz kommt als ein Hirsch). Die Probe wird mit einer Pipette aufgetragen. Die Proteine wurden zuvor entfaltet und negativ geladen. Abb. 34: Gel-Elektrophorese. Mit dieser Methode können Moleküle nach ihrer Größe getrennt werden. Die abgebildete Apparatur wird zur Trennung von Proteinen verwendet, für Nukleinsäuren kommen horizontale Apparaturen zur Anwendung (kAbb. 35). Abb.35: Gel-Elektrophorese-Apparat zur Trennung von DNA-Proben. 1 W/E Die Gel-Elektrophorese nutzt die Tatsache, dass Proteine und Nukleinsäuren nicht in neutraler Form vorliegen, sondern negative Ladungen tragen. Dies kommt daher, dass bei beiden Molekülen funktionelle Gruppen vorliegen, die in wässriger Lösung H+ abspalten können. Betrachte die Strukturen von DNA und Aminosäuren und finde die funktionellen Gruppen, an denen die Abspaltung erfolgt. Besprich deine Ergebnisse im Klassenverband. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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