Gentechnik II Identifizierungsmethoden Arbeitsblätter

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(Schülerversion)

Gentechnik II

Identifizierungsmethoden

Arbeitsblätter

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Wichtige Fachbegriffe Gentechnik II

Identifizierungsmethoden Informationsblatt 1

Fachbegriff Definition

Ligase Enzym, das (durch Esterbildung) DNA-Teile zu einem durchgehenden Strang verknüpft

Nukleotid Base (A, T, G oder C), gebunden an Ribose bzw.

Desoxyribose mit drei Phosphatresten;

Baustein der RNA bzw. DNA Polymerase-

Kettenreaktion (PCR) automatisierte Vervielfältigungsreaktion von DNA-Fragmenten

Primer kurzer DNA- oder RNA-Abschnitt, dient als Start bzw.

Anheftungsstelle für die DNA-Polymerase Restriction Fragment

Length Polymorphism (RFLP)

durch Restriktionsenzyme erstellte, unterschiedlich lange DNA-Fragmente; beruhen auf differierender Lage von Erkennungssequenzen in DNA-Bereichen

Restriktionsenzym bakterielles Enzym, das sich an spezielle Erkennungssequenzen der DNA anlagert und

diese in spezifischer Weise schneidet

reverse Transkriptase virales Enzym, das von einer mRNA-Vorlage eine komplementäre

DNA-Einzelstrangkopie erstellt Short Tandem Repeat

(STR)

Wiederholungsanzahl kurzer Basensequenzen in verschiedenen Mikrosatelliten, deren Muster

für jedes Individuum einzigartig ist

taq-Polymerase (aus dem Bakterium Thermus aquaticus gewonnene), hitzebeständige Polymerase, eingesetzt bei der PCR,

denaturiert erst bei sehr hohen Temperaturen

Fachbegriff Definition

complementary-DNA

(cDNA) DNA-Sequenz, die aus einer mRNA-Vorlage erstellt wurde

Denaturierung (z. B. durch Temperaturerhöhung) lösen der Wasserstoffbrücken zwischen den Basen, sodass die DNA in Einzelsträngen vorliegt didesoxy-Nukleotid

(ddNTP)

Nukleotid, bestehend aus einer Base und einer Didesoxyribose (am C2‘ und am C3‘ nur ein H)

und drei Phosphatresten

DNA-Sequenzierung Ermittlung der Reihenfolge der Basen (=Basensequenz) in einer DNA-Vorlage

Gelelektrophorese Verfahren, mit dem geladene, wasserlösliche Moleküle aufgrund ihrer unterschiedlichen Größe

in einem elektrischen Feld aufgetrennt werden Genchip

(Mikroarrays)

Glasplättchen mit aufgebrachten Gensonden;

verschiedene DNA-Fragmente können gleichzeitig binden und (Farb-)Signale aussenden genetischer

Fingerabdruck

durch unterschiedliche Methoden gewonnenes, einzigartiges DNA-Profil eines Individuums,

nur nicht gen-codierte Bereiche

Gensonde markiertes Nukleotid, das sich mit seiner komplementären Basensequenz an einen

gesuchten Genabschnitt anlagert

Hybridisierung Anlagerung von DNA/RNA-Einzelsträngen an einen gesuchten DNA-Abschnitt aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen

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Isolierung von DNA Gentechnik II

Identifizierungsmethoden Informationsblatt 2

Material

Tomaten oder Zwiebeln

Geräte: Teller o. ä., Messer, Mörser, Trichter mit Filter, Reagenzglasständer mit 2 Reagenzgläsern, Pipette, Stopfen, (Glas-)stab Chemikalien: Kochsalz, Zitronensaft bzw. Zitronensäurelösung, Spülmittel, Brennspiritus bzw. Ethanol vergällt

Durchführung

1. Tomate bzw. Zwiebel in kleine Stücke schneiden und in den Mörser geben 2. 0,5 g Kochsalz, 25 ml Zitronensaft und 5 ml Spülmittel zugeben

3. alles gründlich zermörsern

4. Trichter mit Filter auf ein Reagenzglas aufsetzen, „Brei“ hineingeben

5. 1,5 ml des Filtrats in das zweite Reagenzglas geben, 1,5 ml Wasser und 6 ml Brennspiritus zufügen

6. Reagenzglas mit dem Stopfen verschließen, Stopfen festhalten, Reagenzglas mehrmals „auf den Kopf stellen“

Ergebnis

An der Grenzfläche zwischen der wässrigen und der alkoholischen Phase ist eine weißliche, fädige Substanz zu sehen, die mit dem Glasstab entnommen werden kann.

Erklärung

Durch das Zermörsern werden die Zellwände und zum Teil die Zellmembranen zerstört.

Das Spülmittel bringt die Lipide der Membranen in Lösung, die Säure hält sie gelöst.

DNA ist wasserlöslich und kann die Poren des Filterpapiers passieren, befindet sich also im Filtrat.

Brennspiritus ist weniger polar als Wasser.

DNA, die damit in Kontakt kommt, fällt aus. Daher ist sie an der „Grenze“ zwischen den beiden Lösemitteln zu erkennen.

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Gensonden

1. Benenne die dargestellten Vorgänge und zeichne die benötigten Temperaturen ein!

2. Vervollständige die untere Abbildung!

3. Erläutere die ablaufenden Vorgänge!

Gentechnik II

Identifizierungsmethoden Sek. II Arbeitsblatt 1

Benennung des Vorgangs:

1.

2.

Ein Röntgenfilm wird an der Stelle des gesuchten DNA-Abschnitts nun geschwärzt; dieser Vorgang dient zur .

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Genchips (Mikroarrays) I

1. Erläutere kurz den Ablauf des Verfahrens!

2. Gib die Koordinaten auf dem Genchip an, an die sich die angegebenen cDNA-Stücke binden!

Gentechnik II

Zugegebene cDNA-Sequenzen: passt auf:

A B C D E

1

2

3

4

5

C4

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Genchips (Mikroarrays) II

Analysiere das Fluoreszenzbild des Genchips!

Gentechnik II

Durch Verwendung von zwei verschiedenen Fluoreszenzfarben können auf einem Genchip unterschiedliche Gewebe (z. B. rot für Leber und grün für Niere) hinsichtlich der aktiven Gene verglichen werden. Jedes Feld des Genchips (Mikroarray genannt) ist mit vielen identischen DNA-Sonden bestückt, sodass sich mehrere cDNA-Stücke anlagern können, in den verschiedenen Feldern unterscheiden sich die Sonden hingegen.

Was bedeuten die Felder mit folgender Farbe?

Zusatzfrage:

Die Felder leuchten in Wirklichkeit nicht nur in verschiedenen Farben, sondern auch unterschiedlich hell. Welche Information liefert die Helligkeit?

Keine (dunkel) Rot Grün Gelb

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Gentechnik II

Ablauf der Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

1. Benenne die Phasen und trage die benötigten Temperaturen ein!

2. Beschreibe den Ablauf!

Beschreibung:

°C °C °C

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Da die Primer sich zwar an ihre genau definierten „Start“-Sequenzen anlagern, die Polymerasen aber den gesamten vorhandenen DNA-Strang ablesen, haben die ersten synthetisierten Stücke zwar den richtigen

„Anfang“, sind aber zu lang.

Erst ab dem dritten Zyklus treten die „richtigen“, kurzen Stücke auf, deren Zahl dann rasch zunimmt.

Gentechnik II

Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

1. Zeichne die entstehenden DNA-Stücke für den fünften Zyklus ein!

2. Trage in das Koordinatensystem die Zahl aller, der falschen und der richtigen DNA-Stücke ein!

3. Berechne die Zahl der entstandenen, der „richtigen“ und der „falschen“ DNA-Moleküle nach 15 Durchgängen!

Nach 15 PCR-Zyklen liegen identische DNA-Stränge vor.

Davon sind „falsch“ und „richtig“.

1 2 3 4 5

Zyklus

Zahl der DNA-Moleküle

Zyklus-Nr.

gesamt

„richtig“

„falsch“

0

1 2 3 4 5

5 10 15 20 25 30 35

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Gentechnik II

Der genetische Fingerabdruck - RFLP

1. Erläutere den Begriff RFLP und erkläre das Zustandekommen der Unterschiede!

2. Markiere die Schnittstellen des Enzyms in der DNA der drei Verdächtigen und ermittle die Längen der Fragmente!

3. Zeichne die Bruchstücke – nach ihrer Länge sortiert – in das Gel ein und werte das Ergebnis aus!

RFLP:

Auswertung:

Die Personen A – C sind verdächtig, an einem Einbruch beteiligt zu sein. Ihre DNA wird mit einer Probe verglichen, die man am Tatort gefunden hat.

Das eingesetzte Enzym erkennt die Sequenz TTAA. Es schneidet diese zwischen T und A.

Verdächtiger A:

C G G T C A T T A AG CG C T C T T T A A C G G G T T A A A T A G C C G C T T A A G C C G G C T A C G C C A G T AA T T C G C G A G A A A T T G C C C A A T T T A T C G G C G A A T T C G G C C G A T G

Verdächtiger B:

C G C T T A A T A T G CG T A T T A A C A G A T T A A C G T A G C T C T T C C G G A A T T A A C G T G C G A A T T A T AC G C A T A A T T G T C T A A T T G C A T C G A G A A G G C C T T A A T T G C A

Verdächtiger C:

G A T C C G AA T G C G T T A A C G C G C G T A T A T T A A G C A C A G G G T G T C T T A A C G C G C T A G G C T T A C G C AA T T G C G C G C A T A T A A T T C G T G T C C C A C A G A A T T G C G C

1 5 10 15 20 Basen-

länge Tatort-

spur A B C

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Mutter

Mikrosatellit 1 2 3 4 5 6 7 8

Anzahl der

Repeats 8 16 21 10 14 12 16 28

10 19 23 13 17 13 17 28

Kind

Mikrosatellit 1 2 3 4 5 6 7 8

Anzahl der Repeats

10 16 15 6 15 13 9 24

12 18 21 10 17 15 16 28

Mann 1

Mikrosatellit 1 2 3 4 5 6 7 8

Anzahl der Repeats

10 12 7 6 16 15 12 7

14 18 16 8 22 17 25 15

Mann 2

Mikrosatellit 1 2 3 4 5 6 7 8

Anzahl der

Repeats 12 18 14 6 14 15 9 24

14 23 15 8 15 17 12 28

Gentechnik II

Der genetische Fingerabdruck - STRs

1. Erläutere den Begriff STRs und erkläre das Zustandekommen der Unterschiede!

2. Markiere bei dem Kind die mütterlichen Allele (übereinstimmende Repeats) in grün!

3. Kennzeichne bei den möglichen Vätern die mit dem Kind übereinstimmenden Repeats (Allele) in rot und werte aus!

4. Erkläre an dem unten dargestellten Beispiel, dass die Auswertung umso sicherer wird, je mehr Mikrosatelliten untersucht werden!

STRs:

Auswertung:

Die Auswertung wird umso sicherer, je mehr Mikrosatelliten untersucht werden, weil:

Eine Frau möchte Sicherheit erlangen, welcher von zwei Männern der Vater ihres Kindes ist:

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Gentechnik II

Vergleich von RFLP und STR

Vervollständige die Tabelle!

Abkürzung Benennung

Kurze Beschreibung des Verfahrens Ursache für die Unterschiede DNA-Menge?

PCR erforderlich?

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Gentechnik II

Gelelektrophorese / Vaterschaftstest

1. Beschrifte die Abbildung!

2. Erläutere das Verfahren!

3. Werte das Bandenmuster aus!

Auswertung Kind 1:

Kind 2:

Kind 3:

Mutter Kind 1 Kind 2 Kind 3 Vater

1 5 10 15 20

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Gentechnik II

Southern Blot

1. Sortiere die Abbildungen in der richtigen zeitlichen Reihenfolge!

2. Beschreibe jeweils kurz die ablaufenden Vorgänge!

3. Erläutere kurz die zweite Möglichkeit zur „Sichtbarmachung“ des Bandenmusters!

Weitere Möglichkeit zur Sichtbarmachung des Bandenmusters:

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Gentechnik II

DNA-Sequenzierung nach Sanger

1. Benenne die Ausgangsstoffe!

2. Erläutere den Ablauf!

3. Ermittle die zu der Abbildung gehörende DNA-Sequenz!

T C G

A

1 5 10 15

DNA-Sequenz:

Komplementäre Sequenz:

:

Ausgangsstoffe

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Gentechnik II

DNA-Sequenzierung – Vergleich der Methoden

Vervollständige die Tabelle!

Zahl der Ansätze für die Sequenzierung

Art der Markierung

Markierte Bestandteile Elektrophoreseverfahren

Zahl der Laufstrecken Sichtbarmachung des Musters