Laufstrecken messen, Fragmente berechnen, Väter ausschließen — Bandenmuster lesen wie im Labor.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Werkzeuge der Gelelektrophorese
AFB I
Ordnen Sie jedem Begriff seine Funktion zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Das Gel trennt, der Marker misst, der Farbstoff zeigt. Die Ladung stammt aus dem Zucker-Phosphat-Rückgrat; die Basen tragen dazu nichts bei.
Überlegen Sie, was man sehen, messen und trennen muss.
Die Ladung sitzt im Rückgrat der DNA.
A2
Vom Gewebe zum Bandenmuster
AFB I
Beschreiben Sie den Ablauf einer DNA-Analyse, indem Sie die Arbeitsschritte ordnen.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1DNA aus den Zellen isolieren
2Den untersuchten Abschnitt mit einer PCR vervielfältigen
3Proben mit Ladepuffer mischen und in die Taschen pipettieren, den Größenmarker in eine eigene Tasche
4Spannung anlegen, bis die Farbfront weit genug gewandert ist
5Gel mit Fluoreszenzfarbstoff anfärben und unter UV- oder Blaulicht betrachten
6Laufstrecken messen und Längen über die Eichkurve bestimmen
Erst muss DNA vorliegen und vervielfältigt werden, dann wird sie aufgetragen, getrennt, sichtbar gemacht und ausgewertet. Ohne den Marker im selben Gel gibt es keine Eichkurve.
Was muss vorliegen, bevor man etwas in eine Tasche füllen kann?
Messen kann man erst, wenn die Banden sichtbar sind.
A3
Was bestimmt die Laufstrecke?
AFB I
Nennen Sie alle Faktoren, von denen die Laufstrecke eines linearen DNA-Fragments im Agarosegel abhängt.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Die Ladung je Nucleotid ist bei jeder DNA gleich (ein Phosphatrest), die Basenfolge spielt daher keine Rolle. Ein dichteres Gel bremst stärker, mehr Spannung oder Zeit lassen alle Fragmente weiter laufen.
Woher stammt die Ladung der DNA?
Drei Faktoren sind richtig.
A4
Länge aus der Eichgeraden
AFB II
Im Gel liegt die Markerbande 2000 bp bei 1,5 cm und die Markerbande 200 bp bei 5,5 cm. Eine Probenbande liegt bei 3,5 cm. Berechnen Sie die Länge des Probenfragments.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
bp
\(\lg 2000 \approx 3{,}30\), \(\lg 200 \approx 2{,}30\): Auf 4 cm nimmt \(\lg L\) um 1 ab, also um 0,25 je cm. Bei 3,5 cm (2 cm hinter der 2000-bp-Bande): \(\lg L = 3{,}30 - 0{,}5 = 2{,}80\), \(L = 10^{2{,}80} \approx 630\,\text{bp}\). Das arithmetische Mittel 1100 bp wäre falsch — die Skala ist logarithmisch.
Rechnen Sie mit \(\lg L\), nicht mit \(L\).
Die Probenbande liegt genau in der Mitte zwischen den Markerbanden — in der \(\lg\)-Skala also auch.
A5
Ein DNA-Stück wird geschnitten
AFB II
Ein lineares DNA-Stück von 5000 bp enthält zwei Erkennungssequenzen für EcoRI, bei 1200 bp und bei 3500 bp (vom linken Ende gezählt). Bestimmen Sie die Längen der Fragmente nach dem Schneiden, geordnet nach ihrer Laufstrecke.
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Bande
Länge in bp
größte Laufstrecke
mittlere Laufstrecke
kleinste Laufstrecke
Zwei Schnitte ergeben drei Fragmente: 0–1200 (1200 bp), 1200–3500 (2300 bp), 3500–5000 (1500 bp). Das kürzeste wandert am weitesten.
Zwei Schnitte in einem linearen Stück ergeben drei Fragmente.
Kurze Fragmente wandern am weitesten.
A6
Wer kommt als Vater infrage?
AFB II
Die Tabelle nennt die Wiederholungszahlen zweier Allele an drei STR-Orten. Werten Sie die Daten aus und entscheiden Sie für jeden Mann, ob und an welchem Ort er als Vater ausgeschlossen ist.
Person
Ort 1
Ort 2
Ort 3
Mutter
12 / 14
8 / 9
20 / 23
Kind
14 / 16
9 / 11
20 / 21
Mann 1
15 / 16
10 / 11
19 / 21
Mann 2
16 / 17
8 / 11
22 / 24
Mann 3
13 / 14
11 / 12
21 / 23
Mann 4
16 / 16
9 / 10
21 / 22
Setzen Sie in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Person
nicht ausgeschlossen
ausgeschlossen an Ort 1
ausgeschlossen an Ort 2
ausgeschlossen an Ort 3
Mann 1
Mann 2
Mann 3
Mann 4
Zuerst die mütterlichen Allele abziehen: Ort 1 → 14 von der Mutter, 16 vom Vater; Ort 2 → 9 von der Mutter, 11 vom Vater; Ort 3 → 20 von der Mutter, 21 vom Vater. Mann 1 besitzt 16, 11 und 21. Mann 2 fehlt 21, Mann 3 fehlt 16, Mann 4 fehlt 11. „Nicht ausgeschlossen“ heißt noch nicht „bewiesen“.
Welches Allel des Kindes kann nur vom Vater stammen?
Bei Ort 2 hat die Mutter kein Allel 11.
A7
Wie die Mutation das Muster verändert
MixAFB II
Erklären Sie, warum beim Sichelzell-Allel ein anderes Bandenmuster entsteht, indem Sie den Lückentext vervollständigen — zwei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Im sechsten Codon des β-Globin-Gens ist eine Base ausgetauscht — eine . Aus GAG wird GTG, sodass die Polypeptidkette statt enthält. Zugleich geht eine von MstII verloren, sodass nach dem Schneiden ein Fragment übrig bleibt. Das ungeschnittene PCR-Produkt hätte bei beiden Allelen dieselbe .
Eine Substitution verändert die Länge der DNA nicht — sichtbar wird sie erst, weil sie eine Schnittstelle zerstört. GAG codiert Glutaminsäure, GTG Valin (Codesonne). Eine Leserasterverschiebung entstünde nur durch Insertion oder Deletion.
Nutzen Sie die Codesonne: GAG und GTG.
Ändert ein Basenaustausch die Länge eines DNA-Abschnitts?
A8
Trickaufgabe: Halbe Strecke, doppelte Länge?
TrickAFB III
Ein 200-bp-Fragment läuft 6,0 cm, ein unbekanntes Fragment nur 3,0 cm. Laut Größenmarker nimmt \(\lg L\) je Zentimeter weniger Laufstrecke um 0,4 zu. Ein Schüler folgert: „Halbe Strecke — also doppelte Länge, 400 bp.“ Beurteilen Sie diese Folgerung, indem Sie die Länge des unbekannten Fragments abschätzen.
Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
0 bp4000 bp
\(\lg L = \lg 200 + 3 \cdot 0{,}4 \approx 2{,}30 + 1{,}20 = 3{,}50\), also \(L \approx 3200\,\text{bp}\) — rund 16-mal so lang wie 200 bp. Die Falle: Laufstrecke und Länge sind nicht umgekehrt proportional; linear hängt die Laufstrecke vom Logarithmus der Länge ab.
Rechnen Sie mit \(\lg L\).
3 cm weniger Laufstrecke → \(\lg L\) steigt um \(3 \cdot 0{,}4\).
A9
Ein Gutachten vor Gericht
AFB III
Ein Zeitungsartikel berichtet über ein DNA-Gutachten. Überprüfen Sie die Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Drei Fehler: Laufrichtung der Größen, Ladung der DNA und der Schluss von der Spur auf die Tat. Eineiige Zwillinge haben tatsächlich dasselbe STR-Profil.
Prüfen Sie Ladung und Laufrichtung.
Unterscheiden Sie „Spur stammt von ihm“ und „er ist der Täter“.
A10
Einen Anlageträger-Test planen
AFB III
Eine Frau möchte wissen, ob sie ein Sichelzell-Allel trägt. Planen Sie den Test, indem Sie sich Schritt für Schritt für das beste Vorgehen entscheiden.
Spielen Sie den Weg Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
PCR, Restriktion und Gelelektrophorese greifen ineinander: Die PCR liefert Menge, das Enzym macht die Mutation sichtbar, das Gel trennt nach Länge. Kontrollen mit bekanntem Genotyp gehören zu jeder Diagnostik.
Welche Methode liefert zuerst genug DNA eines bestimmten Abschnitts?
Eine Substitution erkennt man im Gel nur über eine veränderte Schnittstelle.
