Name: how maldi-tof reads biomolecules
Uploaded: 2023-04-30T06:31:26.000Z
Duration: 7 min 27 s
Channel: JoVE

K12 Standards

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

High School

Physical Science

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

MALDI-TOF Mass Spectrometry

تأين الامتصاص بالليزر بمساعدة المصفوفة (MALDI) هو مصدر أيون لقياس الطيف الكتلي مثالي لتحليل الجزيئات الحيوية. بدلا من المركبات المؤينة في الحالة الغازية ، يتم تضمين العينات في مصفوفة يتم ضربها بواسطة الليزر. تمتص المصفوفة غالبية الطاقة ؛ ثم يتم نقل بعض هذه الطاقة إلى العينة ، والتي تتأين نتيجة لذلك. يمكن بعد ذلك تحديد أيونات العينة باستخدام محلل وقت الرحلة (TOF). 
يغطي هذا الفيديو مبادئ MALDI-TOF ، بما في ذلك اختيار المصفوفة وكيفية استخدام TOF لتوضيح نسب الكتلة إلى الشحنة. يوضح هذا الإجراء تحضير لوحة MALDI ، وتحميل العينات على اللوحة ، وتشغيل مطياف كتلة TOF. في القسم الأخير ، يتم عرض التطبيقات والاختلافات ، بما في ذلك تحليل الخلية الكاملة ، وتوصيف العينات البيولوجية المعقدة ، وتأين رش الإلكترون.

maldi-tof قياس الطيف الكتلي

تأين الامتصاص بالليزر بمساعدة المصفوفة (MALDI) هو مصدر أيون لقياس الطيف الكتلي مثالي لتحليل الجزيئات الحيوية. بدلا من المركبات المؤينة في الحالة الغازية ، يتم تضمين العينات في مصفوفة يتم ضربها بواسطة الليزر. تمتص المصفوفة غالبية الطاقة ؛ ثم يتم نقل بعض هذه الطاقة إلى العينة ، والتي تتأين نتيجة لذلك. يمكن بعد ذلك تحديد أيونات العينة باستخدام محلل وقت الرحلة (TOF). 
يغطي هذا الفيديو مبادئ MALDI-TOF ، بما في ذلك اختيار المصفوفة وكيفية استخدام TOF لتوضيح نسب الكتلة إلى الشحنة. يوضح هذا الإجراء تحضير لوحة MALDI ، وتحميل العينات على اللوحة ، وتشغيل مطياف كتلة TOF. في القسم الأخير ، يتم عرض التطبيقات والاختلافات ، بما في ذلك تحليل الخلية الكاملة ، وتوصيف العينات البيولوجية المعقدة ، وتأين رش الإلكترون. 
<div class="chapter_text" id="script_0">
تأين الامتصاص بالليزر بمساعدة المصفوفة ، أو MALDI ، هو مصدر أيون لقياس الطيف الكتلي مثالي لتحليل الجزيئات الحيوية. تزيل معظم مصادر الأيونات المعلومات الهيكلية من الجزيئات الحيوية الكبيرة والهشة. يحافظ MALDI على السلامة الهيكلية ، وبالتالي المعلومات ، مع تسريع الجزيئات في محلل الكتلة ، الذي يفصل المركبات بناء على الحجم والشحنة. الأكثر شيوعا مع MALDI هو وقت الرحلة ، أو TOF ، محلل الكتلة. سيعرض هذا الفيديو مفاهيم تأين MALDI ، وهو إجراء عام ، وبعض استخداماته في الكيمياء الحيوية. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
لكي يعمل قياس الطيف الكتلي ، يجب تأين الجزيئات في الحالة الغازية. في MALDI ، يتم تضمين العينة في مصفوفة ، وعادة ما تكون مركبا عضويا يحتوي على روابط مزدوجة عطرية ومترافقة. 
عندما تضرب نبضة الليزر هذا الخليط ، تمتص المصفوفة غالبية الطاقة ، وتسخن بسرعة ، ويتم امتصاصها أو إطلاقها من السطح. تنقل المصفوفة المنشطة بعض طاقتها إلى الجزيئات الحيوية ، وتمتصها ثم تؤينها. 
عادة ما يتم إقران MALDI بوقت الرحلة ، أو TOF ، محلل الكتلة. يطبق المجال الكهربائي طاقة حركية على الأيونات ، وينقلها إلى منطقة خالية من المجال تسمى أنبوب الانجراف. ترتبط سرعة الأيونات أثناء تحركها عبر الأنبوب بنسبة الكتلة إلى الشحنة ، لذلك تنتقل الجسيمات الأثقل بشكل أبطأ عبر الأداة. يقيس الكاشف الموجود في نهاية الأنبوب وقت رحلة كل أيون. بهذه المعرفة ، بالإضافة إلى طول الأنبوب وشدة المجال المطبقة ، يمكن توضيح نسبة الكتلة إلى الشحنة لكل أيون. 
يمكن مقارنة هذا المخطط لشدة الإشارة إلى نسبة الكتلة إلى الشحنة ، والمعروفة باسم الطيف الكتلي ، بمكتبة من الأطياف المجمعة. إذا لم يتم العثور على تطابقات ، فيمكن تحديد الجزيئات بتقنيات أخرى ، مثل قياس الطيف الكتلي الترادفي. لمزيد من المعلومات ، انظر فيديو هذه المجموعة حول الموضوع. 
الآن بعد أن تمت مناقشة أساسيات MALDI-TOF ، دعونا نلقي نظرة على العملية في المختبر. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
قبل البدء في التجربة ، من المهم التفكير في اختيار المصفوفة التي سيتم امتصاص العينات منها. يجب أن تمتص طاقة الليزر ، وأن تكون مستقرة في الفراغ ، ولا تتفاعل مع الجزيئات المستهدفة ، وتكون قادرة على الامتصاص. اعتمادا على العينة ، يفضل استخدام مصفوفات مختلفة. بالنسبة للبروتين الكبير ، أظهر مزيج من CHCA و DHB فصلا أفضل للقمم ، يسمى الدقة ، من المصفوفات الفردية. 
هناك عدد من الطرق لإعداد العينات. سنعرض ما يعرف باسم طريقة "الطبقة المزدوجة" أو "الساندويتش". للبدء ، قم بتنظيف لوحة MALDI بكواشف فائقة النقاء ، حيث أن قياس الطيف الكتلي حساس جدا للتلوث. جفف اللوحة بتيار من الغاز الخامل. 
بعد ذلك ، يتم عمل محلول مصفوفة مشبع ، عادة باستخدام مذيب عضوي. يتم وضع المحلول على لوحة MALDI وتجفيفه. يتم تحضير محلول مشبع ثان من المصفوفة التي تحتوي على حمض ثلاثي فلورو أسيتيك ، أو TFA. يساعد TFA الأيونات في المرحلة الغازية. 
بعد ذلك ، يضاف محلول العينة فوق بقعة المصفوفة المجففة. أضف محلول المصفوفة الذي يحتوي على TFA أعلى العينة ، وبالتالي إكمال المصفوفة "شطيرة". يمكن التحقق من تجانس البقعة تحت مجهر منخفض الطاقة. 
لوحة معيار معايرة ، وهو خليط به مجموعة واسعة من الكتل المعروفة ويستخدم لربط وقت الرحلة ب m / z. أخيرا ، قم بوضع المصفوفة وحدها كعنصر تحكم سلبي. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
لتحليل البقع ، ضع اللوحة المستهدفة في الأداة. تأكد من عدم وجود حطام ، مما يسمح بتكوين فراغ محكم. في البرنامج، حدد المعيار والتحكم السلبي والعينات ذات الاهتمام. قم بتسمية البقع بالتعريف الصحيح. 
يمكن التلاعب بمصدر الأيونات وجهد العدسة لتحسين أداء التحليل. سيعتمد هذا على تفاصيل الأداة والعينة. ركز على المكان القياسي وقم بمعايرة الجهاز باستخدام البرنامج. 
بعد ذلك ، اجمع الأطياف من كل نقطة من بقع العينة. جرب بعض المواقع المختلفة على الفور لزيادة جودة البيانات التي تم جمعها إلى أقصى حد. بمجرد الانتهاء ، يمكن جمع لوحة MALDI وإعادة استخدامها بعد التنظيف. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_4">
الآن بعد أن راجعنا الإجراء ، دعنا نلقي نظرة على بعض الطرق التي يتم بها استخدام MALDI ، وتقنية تأين مختلفة. 
بالإضافة إلى الجزيئات الحيوية ، يمكن استخدام MALDI لتحليل الخلايا الحية. البلاعم هي خلايا مناعية تتخذ أحد الأشكال المختلفة العديدة ، بناء على بيئتها المكروية. بعد تعريض الخلايا لجزيئات إشارات مختلفة ، أو السيتوكينات ، يمكن إضافتها مباشرة إلى اللوحة وتحليلها. يمكن استخدام أطياف MALDI ك "بصمات أصابع" فريدة ، اعتمادا على السيتوكين المستخدم. 
تتطلب العينات البيولوجية المعقدة مثل الإفرازات الدهنية للثدييات خطوة تنقية قبل تحليل MALDI. كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة هي إحدى هذه التقنيات التي تعتمد على قطبية المكونات. يتم جمع المركبات من طبقة TLC وتنقيتها ونقلها إلى مصفوفة MALDI. تتحقق الأطياف الناتجة من هوية ونقاء الجزيئات الحيوية المنفصلة عن إفرازات الثدييات الدهنية. 
مصدر أيوني شائع آخر للجزيئات الحيوية هو التأين بالرش الكهربائي ، أو ESI. في هذه الطريقة ، يتم حقن العينة في الجهاز ، حيث يتم تطبيق جهد عال ، مما يؤدي إلى إنشاء رذاذ من القطرات المشحونة. عندما يتبخر المذيب الموجود في القطرة ، يتم نقل الشحنة إلى جزيئات العينة ، حتى تصبح غازية تماما. لا يتطلب ESI إجراء الإكتشاف ، ويمكن حقن العينة مباشرة في الأداة. من ناحية أخرى ، تعتبر ESI أكثر حساسية لوجود مكونات عازلة والملوثات الأخرى ، مما يعني أن MALDI أكثر قوة. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_5">
لقد شاهدت للتو فيديو JoVE على قياس الطيف الكتلي MALDI. وصف هذا الفيديو النظرية الكامنة وراء الأداة ، وانتقل إلى إجراء عام ، وغطى بعض استخدامات التقنية. شكرا للمشاهدة! 
</div>

MALDI-TOF قياس الطيف الكتلي

Matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) is a mass spectrometry ion source ideal for the analysis of biomolecules. Instead of ionizing ...

تأين الامتصاص بالليزر بمساعدة المصفوفة ، أو MALDI ، هو مصدر أيون لقياس الطيف الكتلي مثالي لتحليل الجزيئات الحيوية. تزيل معظم مصادر الأيونات المعلومات الهيكلية من الجزيئات الحيوية الكبيرة والهشة. يحافظ MALDI على السلامة الهيكلية ، وبالتالي المعلومات ، مع تسريع الجزيئات في محلل الكتلة ، الذي يفصل المركبات بناء على الحجم والشحنة. الأكثر شيوعا مع MALDI هو وقت الرحلة ، أو TOF ، محلل الكتلة. سيعرض هذا الفيديو مفاهيم تأين MALDI ، وهو إجراء عام ، وبعض استخداماته في الكيمياء الحيوية. لكي يعمل قياس الطيف الكتلي ، يجب تأين الجزيئات في الحالة الغازية. في MALDI ، يتم تضمين العينة في مصفوفة ، وعادة ما تكون مركبا عضويا يحتوي على روابط مزدوجة عطرية ومترافقة. عندما تضرب نبضة الليزر هذا الخليط ، تمتص المصفوفة غالبية الطاقة ، وتسخن بسرعة ، ويتم امتصاصها أو إطلاقها من السطح. تنقل المصفوفة المنشطة بعض طاقتها إلى الجزيئات الحيوية ، وتمتصها ثم تؤينها. عادة ما يتم إقران MALDI بوقت الرحلة ، أو TOF ، محلل الكتلة. يطبق المجال الكهربائي طاقة حركية على الأيونات ، وينقلها إلى منطقة خالية من المجال تسمى أنبوب الانجراف. ترتبط سرعة الأيونات أثناء تحركها عبر الأنبوب بنسبة الكتلة إلى الشحنة ، لذلك تنتقل الجسيمات الأثقل بشكل أبطأ عبر الأداة. يقيس الكاشف الموجود في نهاية الأنبوب وقت رحلة كل أيون. بهذه المعرفة ، بالإضافة إلى طول الأنبوب وشدة المجال المطبقة ، يمكن توضيح نسبة الكتلة إلى الشحنة لكل أيون. يمكن مقارنة هذا المخطط لشدة الإشارة إلى نسبة الكتلة إلى الشحنة ، والمعروفة باسم الطيف الكتلي ، بمكتبة من الأطياف المجمعة. إذا لم يتم العثور على تطابقات ، فيمكن تحديد الجزيئات بتقنيات أخرى ، مثل قياس الطيف الكتلي الترادفي. لمزيد من المعلومات ، انظر فيديو هذه المجموعة حول الموضوع. الآن بعد أن تمت مناقشة أساسيات MALDI-TOF ، دعونا نلقي نظرة على العملية في المختبر. قبل البدء في التجربة ، من المهم التفكير في اختيار المصفوفة التي سيتم امتصاص العينات منها. يجب أن تمتص طاقة الليزر ، وأن تكون مستقرة في الفراغ ، ولا تتفاعل مع الجزيئات المستهدفة ، وتكون قادرة على الامتصاص. اعتمادا على العينة ، يفضل استخدام مصفوفات مختلفة. بالنسبة للبروتين الكبير ، أظهر مزيج من CHCA و DHB فصلا أفضل للقمم ، يسمى الدقة ، من المصفوفات الفردية. هناك عدد من الطرق لإعداد العينات. سنعرض ما يعرف باسم طريقة "الطبقة المزدوجة" أو "الساندويتش". للبدء ، قم بتنظيف لوحة MALDI بكواشف فائقة النقاء ، حيث أن قياس الطيف الكتلي حساس جدا للتلوث. جفف اللوحة بتيار من الغاز الخامل. بعد ذلك ، يتم عمل محلول مصفوفة مشبع ، عادة باستخدام مذيب عضوي. يتم وضع المحلول على لوحة MALDI وتجفيفه. يتم تحضير محلول مشبع ثان من المصفوفة التي تحتوي على حمض ثلاثي فلورو أسيتيك ، أو TFA. يساعد TFA الأيونات في المرحلة الغازية. بعد ذلك ، يضاف محلول العينة فوق بقعة المصفوفة المجففة. أضف محلول المصفوفة الذي يحتوي على TFA أعلى العينة ، وبالتالي إكمال المصفوفة "شطيرة". يمكن التحقق من تجانس البقعة تحت مجهر منخفض الطاقة. لوحة معيار معايرة ، وهو خليط به مجموعة واسعة من الكتل المعروفة ويستخدم لربط وقت الرحلة ب m / z. أخيرا ، قم بوضع المصفوفة وحدها كعنصر تحكم سلبي. لتحليل البقع ، ضع اللوحة المستهدفة في الأداة. تأكد من عدم وجود حطام ، مما يسمح بتكوين فراغ محكم. في البرنامج، حدد المعيار والتحكم السلبي والعينات ذات الاهتمام. قم بتسمية البقع بالتعريف الصحيح. يمكن التلاعب بمصدر الأيونات وجهد العدسة لتحسين أداء التحليل. سيعتمد هذا على تفاصيل الأداة والعينة. ركز على المكان القياسي وقم بمعايرة الجهاز باستخدام البرنامج. بعد ذلك ، اجمع الأطياف من كل نقطة من بقع العينة. جرب بعض المواقع المختلفة على الفور لزيادة جودة البيانات التي تم جمعها إلى أقصى حد. بمجرد الانتهاء ، يمكن جمع لوحة MALDI وإعادة استخدامها بعد التنظيف. الآن بعد أن راجعنا الإجراء ، دعنا نلقي نظرة على بعض الطرق التي يتم بها استخدام MALDI ، وتقنية تأين مختلفة. بالإضافة إلى الجزيئات الحيوية ، يمكن استخدام MALDI لتحليل الخلايا الحية. البلاعم هي خلايا مناعية تتخذ أحد الأشكال المختلفة العديدة ، بناء على بيئتها المكروية. بعد تعريض الخلايا لجزيئات إشارات مختلفة ، أو السيتوكينات ، يمكن إضافتها مباشرة إلى اللوحة وتحليلها. يمكن استخدام أطياف MALDI ك "بصمات أصابع" فريدة ، اعتمادا على السيتوكين المستخدم. تتطلب العينات البيولوجية المعقدة مثل الإفرازات الدهنية للثدييات خطوة تنقية قبل تحليل MALDI. كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة هي إحدى هذه التقنيات التي تعتمد على قطبية المكونات. يتم جمع المركبات من طبقة TLC وتنقيتها ونقلها إلى مصفوفة MALDI. تتحقق الأطياف الناتجة من هوية ونقاء الجزيئات الحيوية المنفصلة عن إفرازات الثدييات الدهنية. مصدر أيوني شائع آخر للجزيئات الحيوية هو التأين بالرش الكهربائي ، أو ESI. في هذه الطريقة ، يتم حقن العينة في الجهاز ، حيث يتم تطبيق جهد عال ، مما يؤدي إلى إنشاء رذاذ من القطرات المشحونة. عندما يتبخر المذيب الموجود في القطرة ، يتم نقل الشحنة إلى جزيئات العينة ، حتى تصبح غازية تماما. لا يتطلب ESI إجراء الإكتشاف ، ويمكن حقن العينة مباشرة في الأداة. من ناحية أخرى ، تعتبر ESI أكثر حساسية لوجود مكونات عازلة والملوثات الأخرى ، مما يعني أن MALDI أكثر قوة. لقد شاهدت للتو فيديو JoVE على قياس الطيف الكتلي MALDI. وصف هذا الفيديو النظرية الكامنة وراء الأداة ، وانتقل إلى إجراء عام ، وغطى بعض استخدامات التقنية. شكرا للمشاهدة!

Education

JoVE Science Education

Chemistry

الكيمياء

Biochemistry

الكيمياء الحيوية

how maldi-tof reads biomolecules

MALDI-TOF mass spectrometry reads biomolecules by using a laser, a matrix, and a time-of-flight analyzer. MALDI, or matrix-assisted laser desorption ionization, helps fragile molecules keep their structure while they are moved into the mass analyzer. The analyzer then separates compounds based on size and charge.

In MALDI, the sample is mixed into a matrix, usually an organic compound with aromatic and conjugated double bonds. A laser pulse strikes the spot, and the matrix absorbs most of the energy. The matrix heats up, is desorbed from the surface, and transfers energy to the biomolecules so they ionize. MALDI is commonly paired with TOF, or time of flight, mass analysis.

The TOF analyzer uses an electric field to give ions kinetic energy and send them through a field-free drift tube. Ions move at different speeds based on their mass-to-charge ratio, so heavier ions travel more slowly. A detector measures each ion’s flight time. The instrument uses the tube length and field strength to calculate the mass-to-charge ratio and create a mass spectrum.

Before analysis, the matrix must be chosen carefully. It must absorb laser energy, stay stable in a vacuum, avoid reacting with the target molecules, and still desorb well. Different samples work better with different matrices. For a large protein, a combination of CHCA and DHB can give better peak resolution than either matrix alone.

Sample preparation can use the double-layer, or sandwich, method. First, the MALDI plate is cleaned with ultra-pure reagents and dried with inert gas, because mass spectrometry is sensitive to contamination. A saturated matrix solution is spotted and dried, then a second matrix solution containing trifluoroacetic acid, or TFA, is added with the sample in between. TFA helps ions enter the gaseous phase. The spot can be checked under a low-powered microscope.

A calibration standard is also plated. This standard contains a wide range of known masses and is used to match flight time to m/z. A matrix-only spot serves as a negative control. After the plate is loaded into the instrument, the software is used to label the spots, calibrate with the standard, and collect spectra from the samples. The ion source and lens voltages can be adjusted to improve performance, and several spots on each sample can be measured to improve data quality. The MALDI plate can be cleaned and reused after the run.

MALDI is also useful for whole-cell analysis and complex biological samples. Macrophages, which are immune cells, can be exposed to different cytokines and then analyzed directly on the plate. Their MALDI spectra can act as fingerprints for each cytokine condition. For mammalian sebaceous secretions, thin layer chromatography can first separate the components by polarity before the purified compounds are transferred to a MALDI matrix.

Another biomolecule ion source is electrospray ionization, or ESI. In ESI, the sample is injected directly into the instrument and a high voltage creates charged droplets. As the solvent evaporates, the charge moves to the sample molecules until they become gaseous. ESI does not need the spotting step, but it is more sensitive to buffer components and other contaminants, so MALDI is often the more robust choice.

How MALDI-TOF Reads Biomolecules

dialysis: diffusion based separation

Dialysis for Buffer Exchange in Biochemistry

Dialysis is a common biochemistry technique for buffer exchange and desalting. It separates molecules by diffusion through a semipermeable membrane, which lets small molecules pass while holding larger biomolecules inside the sample. The membrane is the key part of the setup. Its pores create a molecular weight cutoff, so a membrane such as a 10 kDa membrane usually keeps molecules larger than 10 kilodaltons inside. This cutoff is not exact, because membranes have a range of pore sizes.

enzyme assays and kinetics

Measuring Enzyme Reaction Rates

Enzyme reaction rates can be measured with assays that track how substrate or product levels change over time. Enzymes are proteins, or sometimes RNAs, that speed up chemical reactions by lowering the activation energy needed to start them. They act on a specific substrate and help form a product that supports life processes. Enzymatic reactions are often described in three steps. First, the substrate binds to the enzyme active site and forms an enzyme-substrate complex. That complex can fall...

maldi-tof mass spectrometry

MALDI-TOF mass spectrometry reads biomolecules by using a laser, a matrix, and a time-of-flight analyzer. MALDI, or matrix-assisted laser desorption ionization, helps fragile molecules keep their structure while they are moved into the mass analyzer. The analyzer then separates compounds based on size and charge. In MALDI, the sample is mixed into a matrix, usually an organic compound with aromatic and conjugated double bonds. A laser pulse strikes the spot, and the matrix absorbs most of the...

tandem mass spectrometry

Tandem Mass Spectrometry for Biomolecule Analysis

Tandem mass spectrometry is used to isolate a biomolecule and break it into smaller pieces so its makeup can be studied. Because biomolecules often have large, complex structures, it can be hard to identify their molecular composition and sequence from a single measurement. By linking mass spectrometers in series, the technique first selects one ion and then analyzes the fragments it produces. The process starts with an ion source that converts the sample into ions. A mass analyzer then...

protein crystallization

Protein Crystals for Structure Analysis

Protein crystals help scientists study protein structure and function. A crystal is a solid lattice made from purified protein molecules. These crystals are useful in structural biology because they reveal details that methods like mass spectrometry and SDS-PAGE cannot show on their own. Protein crystallization is paired with recombinant protein expression and x-ray diffraction to support this work. The process starts with a large amount of very pure protein. Researchers often make that...

chromatography-based biomolecule purification methods

chromatography-based-biomolecule-purification-methods

Protein Purification with SEC and IMAC

Protein purification with size-exclusion chromatography and affinity chromatography helps isolate biomolecules from complex mixtures. These methods are common in biochemistry because purified samples are needed before a biomolecule’s properties and activity can be studied. The video focuses on the principles behind size-exclusion chromatography, affinity chromatography, and immobilized metal affinity chromatography, or IMAC. Size-exclusion chromatography, or SEC, separates molecules by size. A...

two-dimensional gel electrophoresis

Protein Mapping with 2D Gel Electrophoresis

Protein mapping with 2D gel electrophoresis separates complex protein mixtures across two steps. The method combines isoelectric focusing, or IEF, with sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis, or SDS-PAGE. Together, these methods can resolve thousands of biomolecules from a single sample by their isoelectric point and molecular weight. The first dimension is IEF. Each protein has an isoelectric point, or pI, which is the pH where its net charge is zero. Proteins are loaded...

metabolic labeling

Tracking Cell Chemistry with Metabolic Labels

Metabolic labeling tracks cell chemistry by using chemical analogs that cells take up and build into biomolecules. These labels help scientists follow biochemical changes and modifications inside cells. The labeled products can then be studied with tools such as SDS-PAGE and NMR to learn more about metabolic pathways. Several labeling strategies are shown here. Isotopic labeling uses analogs that match the natural molecule but contain uncommon isotopes, such as carbon-13 and nitrogen-15 in an...

electrophoretic mobility shift assay (emsa)

electrophoretic-mobility-shift-assay-emsa

Detecting Protein-DNA Binding by EMSA

Electrophoretic mobility shift assay, or EMSA, is a biochemical method used to detect binding between proteins and nucleic acids. It is also called a gel shift assay. The test compares how a labeled nucleic acid moves through a gel before and after it binds a protein. EMSA is used to see whether a specific protein binds to a specific nucleic acid. First, the nucleic acid is labeled to make a probe. The transcript describes radioactive phosphorus-32 as a common label. The probe is then mixed...

photometric protein determination

Measuring Protein Concentration with Absorbance

Measuring protein concentration with absorbance is a key step in many biochemical assays. Photometric methods use the fact that samples with more light-absorbing material transmit less light. Because concentration and absorption are directly related, this makes it possible to measure an unknown sample. The core idea comes from the Beer-Lambert Law. This law states that the concentration of a light-absorbing species is proportional to its absorbance. The video also introduces the Bradford assay...

density gradient ultracentrifugation

Sucrose Gradient Separation in an Ultracentrifuge

Sucrose gradient separation in an ultracentrifuge is a lab method for isolating cell parts and biomolecules. It uses differences in density to make particles sink or rise in a liquid. A high-speed ultracentrifuge speeds up this process so components can be separated without destroying them. The basic idea starts with a suspension, which is particles mixed in a liquid solvent. Particles that are denser than the solvent sediment, while less dense particles float. A rotor inside the...

co-immunoprecipitation and pull-down assays

co-immunoprecipitation-and-pull-down-assays

Protein Interaction Capture Methods in Cells

Co-immunoprecipitation and pull-down assays are laboratory methods used to capture stable protein-protein interactions. Protein-protein interactions help control many biological functions, but many of them have not yet been identified. These assays are related to immunoprecipitation, which isolates a target protein from a mixed sample using an antibody. In co-immunoprecipitation, or CoIP, an antibody binds the target protein, and that protein is already attached to another protein that the...

reconstitution of membrane proteins

Membrane Proteins in Liposome Models

Membrane proteins can be moved into liposome models so their function can be studied outside a cell. Reconstitution means restoring an isolated biomolecule to a working form. For membrane proteins, that usually means placing a purified protein into an artificial lipid membrane. Cell membranes are made mainly of phospholipids and membrane proteins. The phospholipids form a bilayer with hydrophilic phosphate heads facing water and hydrophobic fatty acid tails facing inward. Some membrane...

f&#246;rster resonance energy transfer (fret)

FRET as a Molecular Ruler in Cells

Föster resonance energy transfer, or FRET, is a way to study close-range biochemical interactions using light-emitting molecules. A donor fluorophore can pass energy to an acceptor fluorophore when their emission and absorption spectra overlap. This transfer happens only when the pair is very close together, usually within 10 nm. Because FRET depends on distance, it is often called a molecular or spectroscopic ruler. The strength of the signal is measured as FRET efficiency, which describes...

surface plasmon resonance (spr)

SPR Biosensors for Tracking Binding Kinetics

Surface plasmon resonance, or SPR, is a way to track biomolecular binding on a label-free biosensor. It is used to measure molecular affinity, kinetics, specificity, and concentration. The method works with a thin metal layer on a prism, where changes in reflected light reveal interactions in real time. SPR sensors use a thin layer of a noble metal on the face of a prism. Light is reflected from the prism-metal interface into a photodetector. At one specific angle, called the surface plasmon...

biochemistry

This collection presents commonly used purification methods, such as affinity chromatography, as well as analytical methods, like MALDI-TOF. In addition, the videos showcase methods for assessing biomolecule interaction and function, such as co-immunoprecipitation and metabolic labeling.

Learn how MALDI-TOF mass spectrometry uses a laser, matrix, and time-of-flight analyzer to identify biomolecules, cells, and complex samples.

How MALDI-TOF Reads Biomolecules | JoVE K12

Life Science

matter-and-energy-in-organisms-and-ecosystems

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

Overview

Principles of MALDI-TOF Mass Spectrometry

Plate, Matrix, and Sample Preparation

Running the Mass Spectrometer

Applications

Summary

Travelling Waves

A wave is a disturbance that propagates from its source, repeating itself periodically, and is typically associated with simple harmonic motion. ...

Wave Parameters

The simplest mechanical waves are associated with simple harmonic motion and repeat themselves for several cycles. These simple harmonic waves can be ...

Equations of Wave Motion

Mathematically, the motion of a wave can be studied using a wavefunction. Consider a string oscillating up and down in simple harmonic motion, having a ...

Graphing the Wave Function

Consider the wave equation for a sinusoidal wave moving in the positive x-direction. The wave equation is a function of both position and time. From the ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14721.jpg

Velocity and Acceleration of a Wave

A wave propagates through a medium with a constant speed, known as a wave velocity. It is different from the speed of the particles of the medium, which ...

Speed of a Transverse Wave

The speed of a wave depends on the characteristics of the medium. For example, in the case of a guitar, the strings vibrate to produce the sound. The ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14722.jpg

problem-solving-tuning-of-a-guitar-string

Problem-Solving: Tuning of a Guitar String

In the case of stringed instruments like the guitar, the elastic property that determines the speed of the sound produced is its linear mass density or ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14744.jpg

Kinetic and Potential Energy of a Wave

All forms of waves carry energy; this is directly visualized in nature. For instance, the waves of earthquakes are so intense that they can shake huge ...

Energy and Power of a Wave

The total energy associated with a wavelength is the sum of the potential energy and the kinetic energy. The average rate of energy transfer associated ...

Interference and Superposition of Waves

When two waves of the same nature occur in the same region simultaneously, they result in interference. Interference of waves implies that the net effect ...

Reflection of Waves

When a wave travels from one medium to another, it gets reflected at the boundary of the second medium. A common example of this is when a person yells at ...

Propagation of Waves

When a wave propagates from one medium to another, part of it may get reflected in the first medium, and part of it may get transmitted to the second ...

Standing Waves

Sometimes waves do not seem to move; rather, they just vibrate in place. Unmoving waves can be seen on the surface of a glass of milk kept in a ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/12783.jpg

Modes of Standing Waves - I

A close look at earthquakes provides evidence for the conditions appropriate for resonance, standing waves, and constructive and destructive interference. ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/12784.jpg

Modes of Standing Waves: II

The starting point for expressing the modes of standing waves is understanding the boundary conditions that the waves must follow. The boundary conditions ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14723.jpg

Sound Waves

Sound waves can be thought of as fluctuations in the pressure of a medium through which they propagate. Since the pressure also makes the medium&#39;s ...

Sound as Pressure Waves

Sound waves, which are longitudinal waves, can be modeled as the displacement amplitude varying as a function of the spatial and temporal coordinates. As ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14724.jpg

Perception of Sound Waves

The human ear is not equally sensitive to all frequencies in the audible range. It may perceive sound waves with the same pressure but different ...

Speed of Sound in Solids and Liquids

Most solids and liquids are incompressible&#8212;their densities remain constant throughout. In the presence of an external force, the molecules tend to ...

Speed of Sound in Gases

The speed of sound in a gaseous medium depends on various factors. Since gases constitute molecules that are free to move, they are highly compressible. ...

Shock Waves

While deriving the Doppler formula for the observed frequency of a sound wave, it is assumed that the speed of sound in the medium is greater than the ...

Echo

The human ear cannot distinguish between two sources of sound if they happen to reach within a specific time interval, typically 0.1 seconds apart. More ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14729.jpg

Use mathematical representations to support a claim regarding relationships among the period, frequency, wavelength, and speed of waves traveling and transferring energy (amplitude, frequency) in various media.

HS-PS4-1.

Using GIS to Investigate Urban Forestry

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Urban forests broadly include urban parks, street trees, landscaped ...

Evaluate questions about the advantages of using a digital transmission and storage of information.

HS-PS4-2.

concept-of-resonance-and-its-characteristics

Concept of Resonance and its Characteristics

If a driven oscillator needs to resonate at a specific frequency, then very light damping is required. An example of light damping includes playing piano ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/12772.jpg

Sound Waves: Resonance

Resonance is produced depending on the boundary conditions imposed on a wave. Resonance can be produced in a string under tension with symmetrical ...

Sound Waves: Interference

Sound waves can be modeled either as longitudinal waves, wherein the molecules of the medium oscillate around an equilibrium position, or as pressure ...

Interference: Path Lengths

Consider two sources of sound, that may or may not be in phase, emitting waves at a single frequency, and consider the frequencies to be the same.
Two ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14727.jpg

The Wave Nature of Light

The nature of light has been a subject of inquiry since antiquity. In the seventeenth century, Isaac Newton performed experiments with lenses and prisms ...

The Electromagnetic Spectrum

The electromagnetic spectrum consists of all the types of electromagnetic radiation arranged according to their frequency and wavelength. Each of the ...

The Quantum-Mechanical Model of an Atom

Shortly after de Broglie published his ideas that the electron in a hydrogen atom could be better thought of as being a circular standing wave instead of ...

Quantum Numbers

It is said that the energy of an electron in an atom is quantized; that is, it can be equal only to certain specific values and can jump from one energy ...

Interference and Diffraction

Source: Yong P. Chen, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, College of Science, Purdue University, West Lafayette, IN
Interference and diffraction ...

Photoelectric Effect

Source: Yong P. Chen, PhD, Department of Physics &#38;&#38; Astronomy, College of Science, Purdue University, West Lafayette, IN
Photoelectric effect ...

Reflection and Refraction

Source: Derek Wilson,&#160;Asantha Cooray, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, School of Physical Sciences, University of California, Irvine, CA
...

Evaluate the claims, evidence, and reasoning behind the idea that electromagnetic radiation can be described either by a wave model or a particle model (quantum theory), and that for some situations one model is more useful than the other.

HS-PS4-3.

Electric Charge in a Magnetic Field

Source: Andrew Duffy, PhD, Department of Physics, Boston University, Boston, MA
This experiment duplicates J.J. Thomson's famous experiment at the end of ...

Electromagnetic Fields

Electric fields generated by static charges, often referred to as electrostatic fields, are characteristically different from electric fields created by ...

Electromagnetic Waves

James Clerk Maxwell formulated a single theory combining all the electric and magnetic effects scientists knew during that time, calling the phenomena his ...

Electromagnetic waves are categorized according to their wavelengths and frequencies, giving the electromagnetic spectrum. These waves are classified as ...

Plane Electromagnetic Waves I

The existence of combined electric and magnetic fields that propagate through space as electromagnetic (EM) waves is the most significant prediction of ...

Plane Electromagnetic Waves II

Consider a plane wavefront traveling in position x-direction with a constant speed. This wavefront can be utilized to obtain the relationship between ...

propagation-speed-of-electromagnetic-waves

Propagation Speed of Electromagnetic Waves

Electromagnetic waves are consistent with Ampere&#39;s law. Assuming there is no conduction current Ampere&#39;s law is given as:


Consider a plane ...

Electromagnetic Waves in Matter

Electromagnetic waves can travel in the vacuum as well as in matter. For example light, which is an electromagnetic wave, can travel through air, water, ...

Energy Carried By Electromagnetic Waves

Anyone who has used a microwave oven knows there is energy in electromagnetic waves. Sometimes, this energy is obvious, such as in the summer sun&#39;s ...

Intensity Of Electromagnetic Waves

The energy transport per unit area per unit time, or the Poynting vector, gives the energy flux of an electromagnetic wave at any specific time. For a ...

Momentum And Radiation Pressure

An object absorbing an electromagnetic wave would experience a force in the direction of propagation of the wave. This force occurs because ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging

Source: Frederick W. Damen and Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana
In this video, high ...

an-introduction-to-drosophila-melanogaster

An Introduction to Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster, also known as the fruit fly, is a powerful model organism widely used in biological research that has made significant ...

an-introduction-to-the-zebrafish-danio-rerio

An Introduction to the Zebrafish: Danio rerio

Zebrafish (Danio rerio) are small freshwater fish that are used as model organisms for biomedical research. The many strengths of these fish include their ...

An Overview of Genetics and Disease

Many human diseases are associated with mutations or variations in genetic sequences. Some of these genetic variants are heritable, passed down from ...

Evaluate the validity and reliability of claims in published materials of the effects that different frequencies of electromagnetic radiation have when absorbed by matter.

HS-PS4-4.

How MALDI-TOF Reads Biomolecules

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards