PCR und Gelelektrophorese
Über diese App
Ein erfundener Forensikfall: Primer wählen, die ersten drei Zyklen von Hand fahren, das Programm starten, das Gel beladen und unter Blaulicht die Banden am Marker ablesen. Die Stränge zählen sich mit, 2ⁿ − 2n Zielfragmente, 2n lange Stränge. Ein Zoom in die Bande zeigt Milliarden gleich langer Moleküle.
Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.
Vom Abschnitt zum Muster
Die Polymerase-Kettenreaktion vervielfältigt einen gewählten DNA-Abschnitt. Jeder Zyklus besteht aus Denaturierung bei 94–95 °C, Annealing bei 50–65 °C und Elongation bei 72 °C. Zwei Primer begrenzen das Ziel, ihre 3'-Enden zeigen aufeinander zu. Die Gelelektrophorese trennt die Kopien anschließend nach ihrer Länge: DNA ist negativ geladen, wandert zum Pluspol, und das Agarosenetz bremst lange Fragmente stärker als kurze.
Was die App zeigt
Thermocycler und leuchtendes Gel stehen im Mittelpunkt. Ein Zoom ins Röhrchen führt auf die Molekülebene, dort sind Template, lange Produkte und Zielfragmente farblich getrennt. Der Zähler rechnet je Start-Doppelstrang: 2n lange Stränge, 2ⁿ − 2n Zielfragmente, 2ⁿ als Näherung für große n. Ein Zoom in eine Bande zeigt, dass sie aus Milliarden gleich langer Moleküle besteht.
Selbst ausprobieren
Ziehe die Temperatur von Hand durch drei Zyklen und sieh nach Zyklus 3 die ersten zwei Zielfragmente. Wähle ein Primerpaar, dessen 3'-Enden auseinanderzeigen, und das Gel bleibt dunkel. Tausche die Pole, ändere Spannung und Laufzeit, lies die Banden am Größenmarker ab und begründe im erfundenen Fall, wessen DNA am Becher ist. Sieben Prüfungsfragen geben begründete Rückmeldung.
Häufige Fragen
- Wie viele DNA-Kopien entstehen bei der PCR nach n Zyklen?
- Aus einem Doppelstrang entstehen bei voller Ausbeute 2ⁿ Doppelstränge. Davon sind 2ⁿ − 2n Zielfragmente mit genau definierten Enden. Die übrigen enthalten einen der 2 Template-Stränge oder einen der 2n langen Stränge. Nach 30 Zyklen sind das 1 073 741 764 Zielfragmente, daher nennt man 2ⁿ als Näherung.
- Warum laufen kurze DNA-Fragmente im Gel weiter als lange?
- Ladung und Masse wachsen beide mit der Länge, die Kraft je Masse bleibt also etwa gleich. Das Agarosenetz wirkt wie ein Sieb: Lange Moleküle verfangen sich öfter und kommen langsamer voran. Darum liegen kurze Fragmente nach dem Lauf näher am Pluspol.
- Ist eine Bande im Gel ein einzelnes DNA-Molekül?
- Nein. Eine Bande enthält sehr viele gleich lange Fragmente. Die Nachweisgrenze liegt bei etwa 1 ng, bei 232 Basenpaaren sind das rund 4 Milliarden Moleküle. Ein einzelnes Molekül wäre unsichtbar.
- Was kann ich in der App selbst machen?
- Du wählst Primer, fährst die Temperatur von Hand, startest das Programm, belädst das Gel, stellst Polung, Spannung und Laufzeit ein, liest Banden am Marker ab und begründest das Ergebnis eines erfundenen Falls. Ein Prüfungsteil mit sieben Fragen gehört dazu.
Fach: Biologie (Gymnasium)
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