Name: membrane proteins in liposome models
Uploaded: 2023-04-30T06:31:34.000Z
Duration: 7 min 5 s
Channel: JoVE

K12 Standards

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

High School

Life Science

Structure and Function

HS-LS1-3.

Reconstitution of Membrane Proteins

إعادة التكوين هي عملية إعادة جزيء حيوي معزول إلى شكله أو وظيفته الأصلية. هذا مفيد بشكل خاص لدراسة بروتينات الغشاء ، والتي تمكن الوظائف الخلوية المهمة وتؤثر على سلوك الدهون القريبة. لدراسة وظيفة بروتينات الغشاء المنقى في الموقع ، يجب إعادة تكوينها عن طريق دمجها في غشاء دهني اصطناعي.
يقدم هذا الفيديو مفاهيم إعادة تكوين البروتين الغشائي والإجراءات ذات الصلة ، مثل عزل البروتين باستخدام المنظفات ، وتكوين حويصلات اصطناعية باستخدام الدهون ، ودمج البروتين المعزول في الحويصلة الاصطناعية ، وفصل المنظف عن المحلول. أخيرا ، يتم تغطية تطبيقين: إعادة تكوين بروتينات نقل الغشاء وإعادة تكوين بروتينات حصاد الضوء. 
<div class = "chapter_text" id = "script_0" >
إعادة التكوين هي عملية استعادة جزيء حيوي معزول إلى شكله أو وظيفته الأصلية. غالبا ما يستخدم هذا النهج عند دراسة بروتينات الغشاء ، والتي تمكن العديد من العمليات الخلوية المهمة وتؤثر على سلوك الدهون المجاورة. ومع ذلك ، فإن تعقيد بيئة الخلية يجعل من الصعب دراسة وظائف البروتين الغشائي في الموقع.يمكن استخراج البروتينات وتنقيتها، ولكن لا يمكن تقييم وظائفها الفعلية بدون غشاء. لذلك ، يتم إعادة تكوين بروتينات الغشاء المعزولة عن طريق الاندماج في غشاء دهني اصطناعي ، مثل الجسيم الشحمي. سيقدم هذا الفيديو مبادئ إعادة تكوين البروتين الغشائي ، وإجراء إعادة التكوين العام ، وبعض التطبيقات في الكيمياء الحيوية.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
تتكون أغشية الخلايا بشكل أساسي من الدهون الفوسفورية وبروتينات الغشاء. تشكل الدهون الفوسفورية طبقة ثنائية تتفاعل فيها رؤوس الفوسفات المحبة للماء مع الداخل والخارج المائي للخلية ، بينما تتفاعل ذيول الأحماض الدهنية الكارهة للماء مع بعضها البعض في الطبقة الثنائية.
تتفاعل بعض بروتينات الغشاء فقط مع الغشاء عن طريق التفاعلات الكهروستاتيكية أو غير التساهمية. البعض الآخر ، الذي يطلق عليه "البروتينات المتكاملة" ، مضمن في طبقة الدهون الثنائية.
مثل الطبقة الثنائية ، فإن البروتينات المتكاملة لها نهايات محبة للماء ومركز كاره للماء ، ويتم تثبيتها في مكانها عن طريق التفاعلات الكارهة للماء. تعرف البروتينات المتكاملة التي تمتد على الغشاء بأكمله باسم "بروتينات الغشاء".
التفاعلات بين هذه البروتينات والغشاء قوية جدا لدرجة أنه حتى تحلل الخلايا لن يفصلها. يتم استخدام مادة خافضة للتوتر السطحي خاصة تسمى المنظفات لاستخراج البروتينات. على غرار الدهون الفوسفورية ، تحتوي المنظفات على رؤوس محبة للماء وذيول محبة للدهون ، ويمكن أن تدخل الغشاء بحرية.
داخل الغشاء ، تتفاعل ذيول المنظفات المحبة للدهون مع قلب البروتين الكارهة للماء. يحيط هذا البروتين بقشرة من رؤوس المنظفات المحبة للماء ، مما يعطل تفاعلات البروتين والدهون.
يتم الآن فصل مركب البروتين والمنظفات بسهولة عن الغشاء. يجعل المنظف المركب قابل للذوبان في المحاليل المائية ، وجاهزا لإعادة التكوين في غشاء اصطناعي.
غالبا ما يتم إعادة تكوين البروتينات في أغشية الجسيمات الشحمية ، وهي حويصلات اصطناعية. لتحضير الجسيمات الشحمية ، يتم ترطيب الدهون المجففة وتحريكها للحث على تكوين الحويصلة. عند إضافة المنظف ، يتم دمجه في أغشية الجسيمات الشحمية.
لإعادة تكوين البروتين ، يتم الجمع بين البروتينات القابلة للذوبان والجسيمات الشحمية ، ثم تتم إزالة المنظف من المحلول عن طريق غسيل الكلى أو الامتزاز الكيميائي. تتجمع البروتينات والجسيمات الشحمية بسرعة في البروتينات ، لذلك تتعرض المجموعات المحبة للماء فقط. ثم تعمل البروتينات كما تفعل في غشاء الخلية ، ويمكن فحصها بمعزل عن غيرها.
الآن بعد أن غطينا أساسيات إعادة تكوين البروتين ، دعنا ننتقل إلى بروتوكول لإعادة تكوين البروتينات الغشائية في الجسيمات الشحمية.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
لبدء عزل بروتينات الغشاء ، يتم تحلل الخلايا. تتم إزالة الخلايا غير المكسورة بالطرد المركزي.
يتم الطرد المركزي للطافية بسرعة أعلى لتكسير الأغشية. يتم إعادة تعليق الحبيبات وإضافة منظف لاستخراج البروتينات.
تتم إزالة بقايا الخلية المتبقية عن طريق الطرد المركزي الإضافي. يتم تنقية البروتين من المادة الطافية باستخدام كروماتوغرافيا العمود ثم يتم تركيزه أو تنقيته حسب الحاجة.
لبدء تحضير الجسيمات الشحمية ، يتم تجفيف تعليق الدهون الفوسفورية في المذيبات العضوية تحت النيتروجين أو الأرجون.
يتم ترطيب الدهون الفوسفورية بمحلول الترطيب ، ويتم صوتنة الخليط لإنهاء إنشاء الجسيمات الشحمية.
يضاف المنظف لإذابة الجسيمات الشحمية ، والتي يتم دمجها بعد ذلك مع البروتينات.
ثم تتم إزالة المنظف عن طريق الامتزاز على حبات البوليسترين أو غسيل الكلى أو عمود ربط المنظفات. البروتيوليبوسومات الناتجة جاهزة للتنقية واستخدامها في التجارب اللاحقة.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
الآن بعد أن أصبحت على دراية بأساسيات إجراء إعادة تكوين البروتين الغشائي ، دعنا نلقي نظرة على بعض تطبيقات إعادة تكوين البروتين في الكيمياء الحيوية.
أعيد تشكيل بروتين النقل الغشائي لاكتساب فهم أوضح لآلية النقل الخاصة به. تم التحقق من وظيفتها بعد إعادة التكوين من خلال تدفق أيونات اليوديد. بعد ذلك ، تمت دراسة نشاط النقل في وجود العديد من مثبطات ومقويات القنوات الأيونية الجزيئية الصغيرة. بهذه الطريقة ، يمكن دراسة التفاعلات المباشرة لهذه الجزيئات الصغيرة مع بروتين النقل.
تحصد البروتينات الغشائية المرتبطة بالكلوروفيل والكاروتينات في النباتات الضوء ، وتعزز فصل الشحنات ، وتخفف من الأضرار الضوئية. من خلال إعادة تكوين بروتينات حصاد الضوء هذه ، يمكن دراسة ديناميكيات الطي وتفاعلها مع الأصباغ. كان لبروتينات حصاد الضوء التي أعيد تشكيلها بهذه التقنية خصائص بصرية مشابهة جدا للبروتينات الأصلية. يمكن بعد ذلك استخدام التحليل الطيفي للانبعاث الفلوري لدراسة نقل الطاقة من الأصباغ إلى بروتينات حصاد الضوء المعاد تكوينها.
</div>
<div class = "chapter_text" id = "script_4" >
لقد شاهدت للتو فيديو JoVE حول إعادة تكوين بروتينات الغشاء. إعادة التكوين هي طريقة لنقل البروتينات المهمة إلى تقليد الخلية لمزيد من التحقيق. غطى هذا الفيديو مبادئ إعادة تكوين البروتين ، وبروتوكول إعادة التكوين ، وبعض التطبيقات في الكيمياء الحيوية. شكرا للمشاهدة!
</div>

إعادة تكوين بروتينات الغشاء

إعادة التكوين هي عملية إعادة جزيء حيوي معزول إلى شكله أو وظيفته الأصلية. هذا مفيد بشكل خاص لدراسة بروتينات الغشاء ، والتي تمكن الوظائف الخلوية المهمة وتؤثر على سلوك الدهون القريبة. لدراسة وظيفة بروتينات الغشاء المنقى في الموقع ، يجب إعادة تكوينها عن طريق دمجها في غشاء دهني اصطناعي.
يقدم هذا الفيديو مفاهيم إعادة تكوين البروتين الغشائي والإجراءات ذات الصلة ، مثل عزل البروتين باستخدام المنظفات ، وتكوين حويصلات اصطناعية باستخدام الدهون ، ودمج البروتين المعزول في الحويصلة الاصطناعية ، وفصل المنظف عن المحلول. أخيرا ، يتم تغطية تطبيقين: إعادة تكوين بروتينات نقل الغشاء وإعادة تكوين بروتينات حصاد الضوء. 
<div class = "chapter_text" id = "script_0" >
إعادة التكوين هي عملية استعادة جزيء حيوي معزول إلى شكله أو وظيفته الأصلية. غالبا ما يستخدم هذا النهج عند دراسة بروتينات الغشاء ، والتي تمكن العديد من العمليات الخلوية المهمة وتؤثر على سلوك الدهون المجاورة. ومع ذلك ، فإن تعقيد بيئة الخلية يجعل من الصعب دراسة وظائف البروتين الغشائي في الموقع. يمكن استخراج البروتينات وتنقيتها، ولكن لا يمكن تقييم وظائفها الفعلية بدون غشاء. لذلك ، يتم إعادة تكوين بروتينات الغشاء المعزولة عن طريق الاندماج في غشاء دهني اصطناعي ، مثل الجسيم الشحمي. سيقدم هذا الفيديو مبادئ إعادة تكوين البروتين الغشائي ، وإجراء إعادة التكوين العام ، وبعض التطبيقات في الكيمياء الحيوية.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
تتكون أغشية الخلايا بشكل أساسي من الدهون الفوسفورية وبروتينات الغشاء. تشكل الدهون الفوسفورية طبقة ثنائية تتفاعل فيها رؤوس الفوسفات المحبة للماء مع الداخل والخارج المائي للخلية ، بينما تتفاعل ذيول الأحماض الدهنية الكارهة للماء مع بعضها البعض في الطبقة الثنائية.
تتفاعل بعض بروتينات الغشاء فقط مع الغشاء عن طريق التفاعلات الكهروستاتيكية أو غير التساهمية. البعض الآخر ، الذي يطلق عليه "البروتينات المتكاملة" ، مضمن في طبقة الدهون الثنائية.
مثل الطبقة الثنائية ، فإن البروتينات المتكاملة لها نهايات محبة للماء ومركز كاره للماء ، ويتم تثبيتها في مكانها عن طريق التفاعلات الكارهة للماء. تعرف البروتينات المتكاملة التي تمتد على الغشاء بأكمله باسم "بروتينات الغشاء".
التفاعلات بين هذه البروتينات والغشاء قوية جدا لدرجة أنه حتى تحلل الخلايا لن يفصلها. يتم استخدام مادة خافضة للتوتر السطحي خاصة تسمى المنظفات لاستخراج البروتينات. على غرار الدهون الفوسفورية ، تحتوي المنظفات على رؤوس محبة للماء وذيول محبة للدهون ، ويمكن أن تدخل الغشاء بحرية.
داخل الغشاء ، تتفاعل ذيول المنظفات المحبة للدهون مع قلب البروتين الكارهة للماء. يحيط هذا البروتين بقشرة من رؤوس المنظفات المحبة للماء ، مما يعطل تفاعلات البروتين والدهون.
يتم الآن فصل مركب البروتين والمنظفات بسهولة عن الغشاء. يجعل المنظف المركب قابل للذوبان في المحاليل المائية ، وجاهزا لإعادة التكوين في غشاء اصطناعي.
غالبا ما يتم إعادة تكوين البروتينات في أغشية الجسيمات الشحمية ، وهي حويصلات اصطناعية. لتحضير الجسيمات الشحمية ، يتم ترطيب الدهون المجففة وتحريكها للحث على تكوين الحويصلة. عند إضافة المنظف ، يتم دمجه في أغشية الجسيمات الشحمية.
لإعادة تكوين البروتين ، يتم الجمع بين البروتينات القابلة للذوبان والجسيمات الشحمية ، ثم تتم إزالة المنظف من المحلول عن طريق غسيل الكلى أو الامتزاز الكيميائي. تتجمع البروتينات والجسيمات الشحمية بسرعة في البروتينات ، لذلك تتعرض المجموعات المحبة للماء فقط. ثم تعمل البروتينات كما تفعل في غشاء الخلية ، ويمكن فحصها بمعزل عن غيرها.
الآن بعد أن غطينا أساسيات إعادة تكوين البروتين ، دعنا ننتقل إلى بروتوكول لإعادة تكوين البروتينات الغشائية في الجسيمات الشحمية.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
لبدء عزل بروتينات الغشاء ، يتم تحلل الخلايا. تتم إزالة الخلايا غير المكسورة بالطرد المركزي.
يتم الطرد المركزي للطافية بسرعة أعلى لتكسير الأغشية. يتم إعادة تعليق الحبيبات وإضافة منظف لاستخراج البروتينات.
تتم إزالة بقايا الخلية المتبقية عن طريق الطرد المركزي الإضافي. يتم تنقية البروتين من المادة الطافية باستخدام كروماتوغرافيا العمود ثم يتم تركيزه أو تنقيته حسب الحاجة.
لبدء تحضير الجسيمات الشحمية ، يتم تجفيف تعليق الدهون الفوسفورية في المذيبات العضوية تحت النيتروجين أو الأرجون.
يتم ترطيب الدهون الفوسفورية بمحلول الترطيب ، ويتم صوتنة الخليط لإنهاء إنشاء الجسيمات الشحمية.
يضاف المنظف لإذابة الجسيمات الشحمية ، والتي يتم دمجها بعد ذلك مع البروتينات.
ثم تتم إزالة المنظف عن طريق الامتزاز على حبات البوليسترين أو غسيل الكلى أو عمود ربط المنظفات. البروتيوليبوسومات الناتجة جاهزة للتنقية واستخدامها في التجارب اللاحقة.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
الآن بعد أن أصبحت على دراية بأساسيات إجراء إعادة تكوين البروتين الغشائي ، دعنا نلقي نظرة على بعض تطبيقات إعادة تكوين البروتين في الكيمياء الحيوية.
أعيد تشكيل بروتين النقل الغشائي لاكتساب فهم أوضح لآلية النقل الخاصة به. تم التحقق من وظيفتها بعد إعادة التكوين من خلال تدفق أيونات اليوديد. بعد ذلك ، تمت دراسة نشاط النقل في وجود العديد من مثبطات ومقويات القنوات الأيونية الجزيئية الصغيرة. بهذه الطريقة ، يمكن دراسة التفاعلات المباشرة لهذه الجزيئات الصغيرة مع بروتين النقل.
تحصد البروتينات الغشائية المرتبطة بالكلوروفيل والكاروتينات في النباتات الضوء ، وتعزز فصل الشحنات ، وتخفف من الأضرار الضوئية. من خلال إعادة تكوين بروتينات حصاد الضوء هذه ، يمكن دراسة ديناميكيات الطي وتفاعلها مع الأصباغ. كان لبروتينات حصاد الضوء التي أعيد تشكيلها بهذه التقنية خصائص بصرية مشابهة جدا للبروتينات الأصلية. يمكن بعد ذلك استخدام التحليل الطيفي للانبعاث الفلوري لدراسة نقل الطاقة من الأصباغ إلى بروتينات حصاد الضوء المعاد تكوينها.
</div>
<div class = "chapter_text" id = "script_4" >
لقد شاهدت للتو فيديو JoVE حول إعادة تكوين بروتينات الغشاء. إعادة التكوين هي طريقة لنقل البروتينات المهمة إلى تقليد الخلية لمزيد من التحقيق. غطى هذا الفيديو مبادئ إعادة تكوين البروتين ، وبروتوكول إعادة التكوين ، وبعض التطبيقات في الكيمياء الحيوية. شكرا للمشاهدة!
</div>

Reconstitution is the process of returning an isolated biomolecule to its original form or function. This is particularly useful for studying membrane ...

إعادة التكوين هي عملية استعادة جزيء حيوي معزول إلى شكله أو وظيفته الأصلية. غالبا ما يستخدم هذا النهج عند دراسة بروتينات الغشاء ، والتي تمكن العديد من العمليات الخلوية المهمة وتؤثر على سلوك الدهون المجاورة. ومع ذلك ، فإن تعقيد بيئة الخلية يجعل من الصعب دراسة وظائف البروتين الغشائي في الموقع. يمكن استخراج البروتينات وتنقيتها، ولكن لا يمكن تقييم وظائفها الفعلية بدون غشاء. لذلك ، يتم إعادة تكوين بروتينات الغشاء المعزولة عن طريق الاندماج في غشاء دهني اصطناعي ، مثل الجسيم الشحمي. سيقدم هذا الفيديو مبادئ إعادة تكوين البروتين الغشائي ، وإجراء إعادة التكوين العام ، وبعض التطبيقات في الكيمياء الحيوية. تتكون أغشية الخلايا بشكل أساسي من الدهون الفوسفورية وبروتينات الغشاء. تشكل الدهون الفوسفورية طبقة ثنائية تتفاعل فيها رؤوس الفوسفات المحبة للماء مع الداخل والخارج المائي للخلية ، بينما تتفاعل ذيول الأحماض الدهنية الكارهة للماء مع بعضها البعض في الطبقة الثنائية. تتفاعل بعض بروتينات الغشاء فقط مع الغشاء عن طريق التفاعلات الكهروستاتيكية أو غير التساهمية. البعض الآخر ، الذي يطلق عليه "البروتينات المتكاملة" ، مضمن في طبقة الدهون الثنائية. مثل الطبقة الثنائية ، فإن البروتينات المتكاملة لها نهايات محبة للماء ومركز كاره للماء ، ويتم تثبيتها في مكانها عن طريق التفاعلات الكارهة للماء. تعرف البروتينات المتكاملة التي تمتد على الغشاء بأكمله باسم "بروتينات الغشاء". التفاعلات بين هذه البروتينات والغشاء قوية جدا لدرجة أنه حتى تحلل الخلايا لن يفصلها. يتم استخدام مادة خافضة للتوتر السطحي خاصة تسمى المنظفات لاستخراج البروتينات. على غرار الدهون الفوسفورية ، تحتوي المنظفات على رؤوس محبة للماء وذيول محبة للدهون ، ويمكن أن تدخل الغشاء بحرية. داخل الغشاء ، تتفاعل ذيول المنظفات المحبة للدهون مع قلب البروتين الكارهة للماء. يحيط هذا البروتين بقشرة من رؤوس المنظفات المحبة للماء ، مما يعطل تفاعلات البروتين والدهون. يتم الآن فصل مركب البروتين والمنظفات بسهولة عن الغشاء. يجعل المنظف المركب قابل للذوبان في المحاليل المائية ، وجاهزا لإعادة التكوين في غشاء اصطناعي. غالبا ما يتم إعادة تكوين البروتينات في أغشية الجسيمات الشحمية ، وهي حويصلات اصطناعية. لتحضير الجسيمات الشحمية ، يتم ترطيب الدهون المجففة وتحريكها للحث على تكوين الحويصلة. عند إضافة المنظف ، يتم دمجه في أغشية الجسيمات الشحمية. لإعادة تكوين البروتين ، يتم الجمع بين البروتينات القابلة للذوبان والجسيمات الشحمية ، ثم تتم إزالة المنظف من المحلول عن طريق غسيل الكلى أو الامتزاز الكيميائي. تتجمع البروتينات والجسيمات الشحمية بسرعة في البروتينات ، لذلك تتعرض المجموعات المحبة للماء فقط. ثم تعمل البروتينات كما تفعل في غشاء الخلية ، ويمكن فحصها بمعزل عن غيرها. الآن بعد أن غطينا أساسيات إعادة تكوين البروتين ، دعنا ننتقل إلى بروتوكول لإعادة تكوين البروتينات الغشائية في الجسيمات الشحمية. لبدء عزل بروتينات الغشاء ، يتم تحلل الخلايا. تتم إزالة الخلايا غير المكسورة بالطرد المركزي. يتم الطرد المركزي للطافية بسرعة أعلى لتكسير الأغشية. يتم إعادة تعليق الحبيبات وإضافة منظف لاستخراج البروتينات. تتم إزالة بقايا الخلية المتبقية عن طريق الطرد المركزي الإضافي. يتم تنقية البروتين من المادة الطافية باستخدام كروماتوغرافيا العمود ثم يتم تركيزه أو تنقيته حسب الحاجة. لبدء تحضير الجسيمات الشحمية ، يتم تجفيف تعليق الدهون الفوسفورية في المذيبات العضوية تحت النيتروجين أو الأرجون. يتم ترطيب الدهون الفوسفورية بمحلول الترطيب ، ويتم صوتنة الخليط لإنهاء إنشاء الجسيمات الشحمية. يضاف المنظف لإذابة الجسيمات الشحمية ، والتي يتم دمجها بعد ذلك مع البروتينات. ثم تتم إزالة المنظف عن طريق الامتزاز على حبات البوليسترين أو غسيل الكلى أو عمود ربط المنظفات. البروتيوليبوسومات الناتجة جاهزة للتنقية واستخدامها في التجارب اللاحقة. الآن بعد أن أصبحت على دراية بأساسيات إجراء إعادة تكوين البروتين الغشائي ، دعنا نلقي نظرة على بعض تطبيقات إعادة تكوين البروتين في الكيمياء الحيوية. أعيد تشكيل بروتين النقل الغشائي لاكتساب فهم أوضح لآلية النقل الخاصة به. تم التحقق من وظيفتها بعد إعادة التكوين من خلال تدفق أيونات اليوديد. بعد ذلك ، تمت دراسة نشاط النقل في وجود العديد من مثبطات ومقويات القنوات الأيونية الجزيئية الصغيرة. بهذه الطريقة ، يمكن دراسة التفاعلات المباشرة لهذه الجزيئات الصغيرة مع بروتين النقل. تحصد البروتينات الغشائية المرتبطة بالكلوروفيل والكاروتينات في النباتات الضوء ، وتعزز فصل الشحنات ، وتخفف من الأضرار الضوئية. من خلال إعادة تكوين بروتينات حصاد الضوء هذه ، يمكن دراسة ديناميكيات الطي وتفاعلها مع الأصباغ. كان لبروتينات حصاد الضوء التي أعيد تشكيلها بهذه التقنية خصائص بصرية مشابهة جدا للبروتينات الأصلية. يمكن بعد ذلك استخدام التحليل الطيفي للانبعاث الفلوري لدراسة نقل الطاقة من الأصباغ إلى بروتينات حصاد الضوء المعاد تكوينها. لقد شاهدت للتو فيديو JoVE حول إعادة تكوين بروتينات الغشاء. إعادة التكوين هي طريقة لنقل البروتينات المهمة إلى تقليد الخلية لمزيد من التحقيق. غطى هذا الفيديو مبادئ إعادة تكوين البروتين ، وبروتوكول إعادة التكوين ، وبعض التطبيقات في الكيمياء الحيوية. شكرا للمشاهدة!

Education

JoVE Science Education

Chemistry

الكيمياء

Biochemistry

الكيمياء الحيوية

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 proteins attach by noncovalent or electrostatic interactions, while integral proteins are embedded in the bilayer. Transmembrane proteins are integral proteins that span the full membrane, and their strong interactions with the membrane are not broken just by lysing cells.

Detergent is used to extract these proteins. Detergents have hydrophilic heads and lipophilic tails, so they can enter the membrane. Their tails interact with the hydrophobic protein core and surround it with detergent heads, which breaks protein-lipid interactions. The protein-detergent complex becomes soluble in water and is ready for reconstitution.

Liposomes are artificial vesicles often used for this step. They are made by hydrating dried lipids and agitating them to form vesicles. When detergent is added, it becomes part of the liposome membrane. The purified protein and liposomes are then mixed, and the detergent is removed by dialysis or chemical adsorption. As the detergent leaves, the protein and lipids assemble into proteoliposomes, with hydrophilic groups exposed to water. The reconstituted proteins can then work in a membrane-like setting and be studied in isolation.

A general liposome protocol starts with cell lysis. Unbroken cells are removed by centrifugation, and the membranes are pelleted at higher speed. The pellet is resuspended, detergent is added to extract the proteins, and more centrifugation removes leftover debris. The protein is then purified by column chromatography and concentrated if needed.

Liposome preparation follows a separate path. Phospholipids in organic solvent are dried under nitrogen or argon, then hydrated with buffer. Sonication finishes the liposome formation. After detergent is added to solubilize the liposomes, the proteins are combined with them. The detergent is removed with polystyrene beads, dialysis, or a detergent-binding column, leaving proteoliposomes that can be purified and used in later experiments.

Reconstituted membrane proteins have several uses in biochemistry. One transport protein was reconstituted to better understand how it moves molecules. Its activity was checked by the efflux of iodide ions. Researchers also tested small-molecule ion channel inhibitors and potentiators to study how they interact with the transport protein directly.

Plant light-harvesting proteins are another example. These chlorophyll- and carotenoid-binding membrane proteins help harvest light, support charge separation, and reduce light damage. After reconstitution, scientists can study folding dynamics and pigment interactions. The reconstituted proteins showed optical properties very similar to native proteins, and fluorescence emission spectroscopy can be used to follow energy transfer from pigments to the proteins.

Membrane Proteins in Liposome Models

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

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...

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 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.

See how membrane proteins are extracted with detergent and reinserted into liposomes so students can study transport and light-harvesting function.

Membrane Proteins in Liposome Models | JoVE K12

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

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-5.

HS-LS1-6.

Overview

Principles of Membrane Protein Reconstitution

Protocol for Reconstitution of Membrane Proteins in Liposomes

Applications

Summary

Characteristics of Life

Biology is a natural science that studies life and living organisms, including their structure, function, development, interactions, evolution, ...

https://cloudfront.jove.com/files/media/science-education/science-education-thumbs/10647.jpg

Cell Structure

Background
Cells represent the most basic biological units of all organisms, whether it be simple, single-celled organisms like bacteria, or large, ...

Visualizing Onion and Cheek Cells
ExpandImmediately before the experiment, wash and peel onion bulbs for the class.
Remove the entire brown outer skin and ...

Visualizing Onion and Human Cells
ExpandIn this experiment you will prepare different types of cells from a plant and animal, onion and human ...

What are Cells?

Cell Diversity

The concept of a cell started with microscopic observations of dead cork tissue by Robert Hooke in 1665. Hooke coined the term &#34;cell&#34; based on the ...

Cytoplasm

The cytoplasm consists of organelles and a framework of protein scaffolds called the cytoskeleton suspended in an aqueous solution, the cytosol. The ...

The Nucleus

The nucleus is a membrane-bound organelle that acts as a control center in a eukaryotic cell. It contains chromosomal DNA, which controls gene expression ...

The Central Dogma

The DNA Helix

Nucleic Acids

DNA as a Genetic Template

Structure of a Gene

A gene is the fundamental unit of heredity. Every individual has two copies of each gene, one inherited from each parent. Although most people contain the ...

Chromosome Structure

Base-pairing and DNA Repair

What is Gene Expression?

A gene is a stretch of DNA that serves as the blueprint for functional RNAs and proteins. Since DNA is comprised&#160; of nucleotides and proteins are ...

RNA Structure

The basic structure of RNA consists of a string of ribonucleotides attached by phosphodiester bonds. Although most RNA is single-stranded, it can form ...

Types of RNA

Three main types of RNA are involved in protein synthesis: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). These RNAs perform diverse ...

Transcription

Transcription is the synthesis of RNA from a DNA sequence by RNA polymerase. It is the first step in producing a protein from a gene sequence. ...

Translation

Translation is the process of synthesizing proteins from the genetic information carried by messenger RNA (mRNA). Following transcription, it constitutes ...

Ribosomes

Ribosomes translate genetic information encoded by messenger RNA (mRNA) into proteins. Both prokaryotic and eukaryotic cells have ribosomes. Cells that ...

Protein and Protein Structures

Proteins: From Genes to Degradation

From DNA to Protein

The flow of genetic information in cells from DNA to mRNA to protein is described by the central dogma, which states that genes specify the sequence of ...

Protein Folding

Proteins are chains of amino acids linked together by peptide bonds. Upon synthesis, a protein folds into a three-dimensional conformation, critical to ...

An Overview of Gene Expression

Gene expression is the complex process where a cell uses its genetic information to make functional products. This process is regulated at multiple ...

an-introduction-to-caenorhabditis-elegans

An Introduction to Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans is a microscopic, soil-dwelling roundworm that has been powerfully used as a model organism since the early 1970&rsquo;s.  It was ...

An Overview of Genetic Analysis

An organism&#8217;s physical traits, or phenotype, are a product of its genotype, which is the combination of alleles (gene variants) inherited from its ...

An Introduction to Cell Death

Necrosis, apoptosis, and autophagic cell death are all manners in which cells can die, and these mechanisms can be induced by different stimuli, such as ...

An Overview of Genetic Engineering

Genetic engineering &#8211; the process of purposefully altering an organism&#8217;s DNA &#8211; has been used to create powerful research tools and model ...

An Introduction to Cell Division

Cell division is the process by which a parent cell divides and gives rise to two or more daughter cells. It is a means of reproduction for single-cell ...

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 ...

an-introduction-to-cellular-and-molecular-neuroscience

An Introduction to Cellular and Molecular Neuroscience

Cellular and molecular neuroscience is one of the newest and fastest growing subdisciplines in neuroscience. By investigating the influences of genes, ...

Annexin V and Propidium Iodide Labeling

Staining with annexin V and propidium iodide (PI) provides researchers with a way to identify different types of cell death&#8212;either necrosis or ...

an-introduction-to-developmental-genetics

An Introduction to Developmental Genetics

Development is the complex process through which a single-celled embryo transforms into a multicellular organism. Developmental processes are guided by ...

Bacterial Transformation: Electroporation

The term &#x201C;transformation&#x201D; refers cellular ingestion of foreign DNA.  In nature, transformation can occur in certain types of bacteria.  In ...

an-introduction-to-molecular-developmental-biology

An Introduction to Molecular Developmental Biology

Molecular signals play a major role in the complex processes occurring during embryonic development. These signals regulate activities such as cell ...

bacterial-transformation-the-heat-shock-method

Bacterial Transformation: The Heat Shock Method

Transformation is the process that occurs when a cell ingests foreign DNA from its surroundings. Transformation can occur in nature in certain types of ...

an-introduction-to-saccharomyces-cerevisiae

An Introduction to Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae (commonly known as baker&rsquo;s yeast) is a single-celled eukaryote that is frequently used in scientific research.  S. ...

Cell Cycle Analysis

Cell cycle refers to the set of events through which a cell grows, replicates its genome, and ultimately divides into two daughter cells through the ...

An Introduction to Transfection

Transfection is the process of inserting genetic material, such as DNA and double stranded RNA, into mammalian cells. The insertion of DNA into a cell ...

Chromatin Immunoprecipitation

Histones are proteins that help organize DNA in eukaryotic nuclei by serving as &#8220;scaffolds&#8221; around which DNA can be wrapped, forming a complex ...

An Overview of Epigenetics

Since the early days of genetics research, scientists have noted certain heritable phenotypic differences that are not due to differences in the ...

community-dna-extraction-from-bacterial-colonies

Community DNA Extraction from Bacterial Colonies

Source: Laboratories of Dr. Ian Pepper and Dr. Charles Gerba - The University of Arizona
Demonstrating Author: Luisa Ikner
Traditional methods of analysis ...

Cytogenetics

Cytogenetics is the field of study devoted to chromosomes, and involves the direct observation of a cell&#8217;s chromosomal number and structure, ...

embryonic-stem-cell-culture-and-differentiation

Embryonic Stem Cell Culture and Differentiation

Culturing embryonic stem (ES) cells requires conditions that maintain these cells in an undifferentiated state to preserve their capacity for self-renewal ...

DNA Gel Electrophoresis

DNA gel electrophoresis is a technique used for the detection and separation of DNA molecules. An electric field is applied to a gel matrix comprised of ...

Enzyme Assays and Kinetics

Enzyme kinetics describes the catalytic effects of enzymes, which are biomolecules that facilitate chemical reactions necessary for living organisms. ...

DNA Ligation Reactions

In molecular biology, ligation refers to the joining of two DNA fragments through the formation of a phosphodiester bond.  An enzyme known as a ligase ...

explant-culture-for-developmental-studies

Explant Culture for Developmental Studies

Explant culture is a technique in which living cells or tissues are removed from an embryo for continued development outside of the organism. This ex vivo ...

DNA Methylation Analysis

Methylation at CpG dinucleotides is a chemical modification of DNA hypothesized to play important roles in regulating gene expression. In particular, the ...

Expression Profiling with Microarrays

Microarrays are important tools for profiling gene expression, and are based on complementary binding between probes that are attached to glass chips and ...

Density Gradient Ultracentrifugation

Density gradient ultracentrifugation is a common technique used to isolate and purify biomolecules and cell structures. This technique exploits the fact ...

F&#246;rster Resonance Energy Transfer (FRET)

F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) is a phenomenon used to investigate close-range biochemical interactions. In FRET, a donor photoluminescent ...

detecting-environmental-microorganisms-with-polymerase-chain-reaction

Detecting Environmental Microorganisms with the Polymerase Chain Reaction and Gel Electrophoresis

Source: Laboratories of Dr. Ian Pepper and Dr. Charles Gerba - Arizona University
Demonstrating Author: Bradley Schmitz
Polymerase chain reaction (PCR) is ...

Gel Purification

Gel purification is used to recover DNA fragments after electrophoretic separation. DNA recovery from an agarose gel includes three basic steps: binding, ...

Detecting Reactive Oxygen Species

Reactive oxygen species are chemically active, oxygen-derived molecules capable of oxidizing other molecules. Because of their reactive nature, there are ...

Gene Silencing with Morpholinos

Morpholino-mediated gene silencing is a common technique used to study roles of specific genes during development. Morpholinos inhibit gene expression by ...

development-and-reproduction-of-the-laboratory-mouse

Development and Reproduction of the Laboratory Mouse

Successful breeding of the laboratory mouse (Mus musculus) is critical to the establishment and maintenance of a productive animal colony. Additionally, ...

Construct an explanation based on evidence for how the structure of DNA determines the structure of proteins which carry out the essential functions of life through systems of specialized cells.

HS-LS1-1.

Membrane Proteins in Liposome Models

Description

Transcript

More videos by Standards