Sie haben wahrscheinlich schon vom genetischen Code oder dem Bauplan des Lebens gehört; diese Begriffe beziehen sich auf die DNA. Alle Lebewesen, einschließlich Tiere, Pflanzen und Bakterien, haben DNA in ihren Zellen. Die DNA ist ein sehr langes Molekül, das aus einer Kette von Nukleotiden besteht, und die Anordnung dieser Nukleotide ist es, die Organismen anderen ihrer Art ähnlich und doch als Individuen verschieden macht. Gene sind Abschnitte innerhalb dieses langen DNA-Moleküls.
Um DNA zu untersuchen, muss man sie zunächst aus der Zelle herausholen. In eukaryotischen Zellen, wie menschlichen und pflanzlichen Zellen, ist die DNA als Chromosomen in einer Organelle, dem Zellkern, organisiert. Bakterielle Zellen haben keinen Zellkern. Ihre DNA ist in Ringen oder zirkulären Plasmiden organisiert, die sich im Zytoplasma befinden. Der DNA-Extraktionsprozess befreit die DNA aus der Zelle und trennt sie dann von der Zellflüssigkeit und den Proteinen, so dass reine DNA übrig bleibt.
Die drei grundlegenden Schritte der DNA-Extraktion sind 1) Lyse, 2) Ausfällung und 3) Aufreinigung.
Schritt 1: Lyse
In diesem Schritt werden die Zelle und der Kern aufgebrochen, um die DNA im Inneren freizusetzen, und es gibt zwei Möglichkeiten, dies zu tun. Erstens werden die Zellen durch mechanischen Aufbruch aufgebrochen. Dies kann mit einem Gewebehomogenisator (wie ein kleiner Mixer), mit einem Mörser und Stößel oder durch Schneiden des Gewebes in kleine Stücke erfolgen. Der mechanische Aufschluss ist besonders wichtig, wenn Pflanzenzellen verwendet werden, da sie eine harte Zellwand haben. Zweitens werden bei der Lyse Detergenzien und Enzyme wie Proteinase K verwendet, um die DNA freizusetzen und zelluläre Proteine aufzulösen.
Schritt 2: Fällung
Nach Abschluss des Lyse-Schrittes ist die DNA zwar aus dem Zellkern befreit, aber sie ist nun mit zerkleinerten Zellteilen vermischt. Die Fällung trennt die DNA von diesen Zelltrümmern. Zunächst neutralisieren Na+-Ionen (Natrium) die negativen Ladungen der DNA-Moleküle, wodurch diese stabiler und weniger wasserlöslich werden. Anschließend wird Alkohol (z. B. Ethanol oder Isopropanol) zugegeben und bewirkt, dass die DNA aus der wässrigen Lösung ausfällt, da sie in Alkohol nicht löslich ist.
Schritt 3: Aufreinigung
Nachdem die DNA von der wässrigen Phase getrennt wurde, kann sie mit Alkohol gespült werden, um restliches unerwünschtes Material und Zelltrümmer zu entfernen. Zu diesem Zeitpunkt wird die gereinigte DNA normalerweise wieder in Wasser aufgelöst, um die Handhabung und Lagerung zu erleichtern.
Zielvorgaben für Alaska Grade Level Expectations
SC1.1 Der Schüler zeigt ein Verständnis dafür, wie die Wissenschaft Veränderungen in Lebensformen im Laufe der Zeit erklärt, einschließlich Genetik, Vererbung, den Prozess der natürlichen Auslese und biologische Evolution, indem er erkennt, dass alle Organismen Chromosomen haben, die aus DNA bestehen, und dass die DNA Eigenschaften bestimmt.