Name: protein crystals for structure analysis
Uploaded: 2023-04-30T06:31:18.000Z
Duration: 7 min 39 s
Channel: JoVE

K12 Standards

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New York State Science Learning Standards

High School

Physical Science

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

Protein Crystallization

protein-kristallisation

Protein-Kristallisation, erhalten eine feste Gitter von Biomolekülen, erläutert Proteinstruktur und ermöglicht die Untersuchung von Proteinfunktion. Kristallisation ist das Trocknen von gereinigten Proteins unter einer Kombination von vielen Faktoren ab, einschließlich Proteinkonzentration, pH-Wert, Temperatur und Ionenstärke. Das gewonnene Kristalle sind kann die Proteinstruktur durch Röntgenbeugung und Berechnung eines Elektron-Dichte-Modells aufgeklärt werden.
Dieses Video stellt Protein Kristallisation und zeigt ein allgemeines Verfahren. Proteinexpression und Reinigung, Kristallisation und x-ray Diffraction fallen in das Verfahren. Anwendungsbereiche der Protein-Kristallisation in Silico Drug Design, verbindliche Website Entschlossenheit und Membran-Protein-Struktur-Analyse.
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Protein-Kristallisation ist das Verfahren zur Erlangung eines vergitterten festen Form eines Proteins. Diese Kristalle sind besonders wertvoll für Strukturbiologen, Unterstützung in der Studie der Proteinfunktion. Andere Techniken wie mass Spec oder SDS-PAGE, können nur Informationen über die eindimensionale Struktur von Proteinen. Protein-Kristallisation wird ergänzt durch die Techniken der rekombinante Proteinexpression und Röntgenbeugung. Dieses Video zeigt die Grundsätze der Protein-Kristallisation, eine allgemeine Laborverfahren und einige ihrer Anwendungen im biochemischen Bereich.
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Der erste Schritt in diesem Prozess erforderlich ist, Milligramm-Mengen von sehr reines Protein, in der Regel mit rekombinante Proteinexpression zu erhalten. Das Gen, das Protein des Interesses entsprechen ist in einen Ausdruck Vektor kloniert und exprimierten Protein ist, die Bezeichnung für einen Affinität, wie Poly-Histidin, um bei der Reinigung durch Affinitätschromatographie verschmolzen. Um mehr zu erfahren, sehen Sie diese Sammlung Video auf Affinitätschromatographie.
Bildung des gereinigten Proteins in Kristalle ist die richtige Kombination von vielen Faktoren ab, einschließlich pH-Wert, Ionenstärke, Konzentrationen von Fällungsmittel und Protein, Temperatur und Geschwindigkeit von Gleichgewichtherstellung abhängig. Die am häufigste verwendete Methode ist Dampf Diffusion, davon gibt es zwei Kategorien: hängende Drop- and -Drop sitzen. Ein Tropfen enthält reines Protein, Puffer und Fällungsmittel, die eine ionische ist solide, die Wassermoleküle, Verringerung der Verfügbarkeit von Wasser für das Protein bindet und imitiert höhere Proteinkonzentration ist in einem geschlossenen Microwell mit einem Reservoir mit einer höher konzentrierten Mischung aus dem gleichen Puffer und Fällungsmittel. Am Anfang sind die Konzentrationen von Eiweiß und Fällungsmittel zu niedrig, um die Kristallisation zu verursachen. Im Laufe des Experiments Wasser aus der Tropfen verdampft und sammelt sich im Behälter; ein Rückgang in Höhe von Wasser in das Droplet veranlasst das System übersättigt werden, und Keimbildung, gefolgt von Kristallisation, auftreten kann. Die Netto-Transfer von Wasser aus der Tropfen ist im Gleichgewicht, und das System wird beibehalten, bis der Vorgang abgeschlossen ist.
Um die 3D-Struktur zu visualisieren, ist x-ray Diffraction verwendet. Um Röntgendaten aus einem Kristall zu erhalten, wird es in einem monochromen Röntgenstrahl platziert ist der Strahl in allen Winkeln wo es. Jeder Belichtung liefert ein Bild, wo jeder einzelne Strahler einer gebeugten Röntgenstrahlen ist, ergibt sich aus dem Kristall und wird durch einen Detektor registriert. Die Daten werden kombiniert, um ein Modell der Anordnung der Atome im Inneren des Kristalls zu produzieren. Die daraus resultierende Kristallstruktur zeigt die 3-dimensionale Platzierung der Atome, mit einer typischen Auflösung von 2 Angström.
Nun, da wir die Grundsätze der Protein-Kristallisation besprochen haben, schauen Sie wir uns ein allgemeines Protokoll.
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Um den Vorgang zu starten ist eine Expressionsvektor, enthält das gen des Interesses in Zellen umgewandelt. Die Zellen inkubiert und am Mid Log-Phase, wird Ausdruck durch Zugabe von einem Induktor z. B. IPTG, die Transkription des Gens mRNA löst initiiert. Nach Protein-Expression ist das rohe Material in Lyse Puffer suspendiert und dann durch Zentrifugation geklärt.
Die geklärte lysate wird dann auf eine Nickel-Spalte geladen, und das Polyhistidine-markierte Protein bindet an die Spalte während andere Biomoleküle weggespült werden.
Sobald mehrere Milligramm reines Protein erhalten haben, ist es bereit für die Kristallisation durch Dampf-Diffusion. Ein 24-Well hängenden/Sitzung Drop-Tablett ist gefüllt mit unterschiedlichen Konzentrationen von Natrium-Chlorid und Natrium-Acetat-Puffer-Lösungen. Für die Sitzung drop-Methode, gleiche Volumina von Protein und Reservoir Lösung sind auf dem Regal über jede Vertiefung pipettieren und dann das Fach mit durchsichtigen Klebeband bedeckt ist. Das Fach befindet sich dann in einer Inkubation Kammer, und die Brunnen sind für das Wachstum am folgenden Tag, dann alle paar Tage überwacht.
Sobald ein richtige Kristall erreicht wurde ist bereit für Röntgenbeugungsanalyse. Der Kristall ist auf ein Goniometer, den Kristall an ausgewählten Orientierungen zu positionieren montiert. Der Kristall wird mit einem monochromatische Strahl von Röntgenstrahlen in allen Winkeln, produzieren ein Beugungsmuster beleuchtet. Die Software wandelt die zweidimensionalen Aufnahmen mit unterschiedlichen Ausrichtungen, um ein dreidimensionales Modell der Dichte der Elektronen im Inneren des Kristalls durch die Bestimmung der Positionen der Atome im Kristall.
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Nun, da wir ein Verfahren überprüft haben, betrachten wir nun einige nützlichen Anwendungen von Protein Kristallisation und eine weitere Kristallisation Technik.
Protein-Kristallisation kann in Silico-Wirkstoff-Design zur Verfügung. Die dreidimensionale Struktur des Influenza-Virus Polymerase basic Protein 2, das auf virale Infektion bei Säugetieren verbunden worden ist, wurde durch Kristallisation und Röntgenbeugung bestimmt. Möglichen Bindungsstellen des Proteins werden visualisiert und mit dem Einsatz eines Docking-Programms, wurde eine dreidimensionale Molekül entwickelt, die in einen Spalt in das Protein einfügen würde.
Co-Kristallisation von Protein-DNA-komplexen ist auch eine nützliche Technik. DNA-bindende Proteine modulieren vielfältige biologische Funktionen wie Transkription und Polymerisation von DNA und DNA-Reparatur; und Kristallstrukturen dieser komplexe können Einblick in die Proteinfunktion, Mechanik und die Art der spezifischen Interaktion. Das E. Coli Protein SeqA, ein negativer Regulator der DNA-Replikation, war gemeinsam mit Hemimethylated DNA kristallisiert.
Integrale Membranproteine sind wie G-Protein gekoppelten Rezeptoren oder GCPRs, schwierig zu kristallisieren durch ihre begrenzte polar Fläche für bilden Kristallgitter Kontakte geführt hat zur Entwicklung des Fusion-Protein-gestützte Protein Kristallisation zur Verfügung. Genen Codierung adrenergen β2-Rezeptor, eine GCPR und ein Lysozym wurden in einem Expressionsvektor eingefügt. Die Kristallisation des Fusionsproteins β2AR-Lysozym wurde durch die erhöhte extrazelluläre hydrophile Oberfläche über die natürlich hydrophobe β2AR, zur Verfügung gestellt durch das Lysozym, notwendig zur Bildung von Verpackung Interaktionen im Kristallgitter erreicht.
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Sie haben nur Jupiters Video auf Protein Kristallisation angesehen. Dieses Video beschrieben, ihre Grundsätze, ein allgemeines Protokoll und einige seiner Verwendungen im Bereich Biomedizin. Danke fürs Zuschauen!
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Protein-Kristallisation

Protein crystallization, obtaining a solid lattice of biomolecules, elucidates protein structure and enables the study of protein function. ...

Die Proteinkristallisation ist der Prozess der Gewinnung einer gitterförmigen festen Form eines Proteins. Diese Kristalle sind besonders wertvoll für Strukturbiologen, da sie bei der Untersuchung der Proteinfunktion helfen. Andere Techniken, wie z.B. die Massenspektrometrie oder SDS-PAGE, können nur Aufschluss über die eindimensionale Struktur von Proteinen geben. Die Proteinkristallisation wird durch die Techniken der rekombinanten Proteinexpression und der Röntgenbeugung ergänzt. Dieses Video zeigt die Prinzipien der Proteinkristallisation, ein allgemeines Laborverfahren und einige seiner Anwendungen im biochemischen Bereich. Der erste Schritt, der in diesem Prozess erforderlich ist, besteht darin, Milligrammmengen sehr reines Protein zu erhalten, typischerweise unter Verwendung der rekombinanten Proteinexpression. Das Gen, das dem interessierenden Protein entspricht, wird in einen Expressionsvektor kloniert, und das exprimierte Protein wird mit einem Affinitätstag, wie z. B. Polyhistidin, fusioniert, um die Reinigung durch Affinitätschromatographie zu unterstützen. Weitere Informationen finden Sie im Video dieser Sammlung zur Affinitätschromatographie. Die Bildung des gereinigten Proteins zu Kristallen hängt von der richtigen Kombination vieler Faktoren ab, darunter pH-Wert, Ionenstärke, Konzentrationen von Fällungsmittel und Protein, Temperatur und Gleichgewichtsgeschwindigkeit. Die am häufigsten verwendete Methode ist die Dampfdiffusion, von der es zwei Kategorien gibt: hängender Tropfen und sitzender Tropfen. Ein Tröpfchen, das reines Protein, Puffer und Fällungsmittel enthält, bei dem es sich um einen ionischen Feststoff handelt, der Wassermoleküle bindet, die Wasserverfügbarkeit für das Protein verringert und eine höhere Proteinkonzentration nachahmt, befindet sich in einer geschlossenen Mikrovertiefung mit einem Reservoir mit einer höher konzentrierten Mischung aus demselben Puffer und Fällungsmittel. Zu Beginn sind die Konzentrationen von Protein und Fällungsmittel zu gering, um eine Kristallisation zu verursachen. Im Verlauf des Experiments verdampft Wasser aus dem Tröpfchen und sammelt sich im Reservoir; Eine Abnahme der Wassermenge im Tröpfchen führt dazu, dass das System übersättigt wird und es zu einer Keimbildung mit anschließender Kristallisation kommen kann. Der Nettotransfer von Wasser aus dem Tröpfchen befindet sich im Gleichgewicht, und das System wird aufrechterhalten, bis der Prozess abgeschlossen ist. Um die 3D-Struktur zu visualisieren, wird die Röntgenbeugung verwendet. Um Röntgendaten von einem Kristall zu erhalten, wird er in einen monochromatischen Röntgenstrahl gelegt, wo er dem Strahl in allen Winkeln ausgesetzt wird. Jede Belichtung liefert ein Bild, bei dem jeder Fleck eine gebeugte Röntgenstrahlung ist, die aus dem Kristall austritt und von einem Detektor registriert wird. Die Daten werden kombiniert, um ein Modell der Anordnung der Atome im Kristall zu erstellen. Die resultierende Kristallstruktur zeigt die 3-dimensionale Anordnung der Atome mit einer typischen Auflösung von 2 Ångström. Nachdem wir nun die Prinzipien der Proteinkristallisation behandelt haben, schauen wir uns ein verallgemeinertes Protokoll an. Zu Beginn des Verfahrens wird ein Expressionsvektor, der das interessierende Gen enthält, in Zellen umgewandelt. Die Zellen werden inkubiert und in der Mid-Log-Phase wird die Expression durch Zugabe eines Induktors wie IPTG initiiert, der die Transkription der mRNA des Gens auslöst. Nach der Proteinexpression wird das Rohmaterial in Lysepuffer suspendiert und anschließend durch Zentrifugation geklärt. Das geklärte Lysat wird dann auf eine Nickelsäule geladen, und das Polyhistidin-markierte Protein bindet an die Säule, während alle anderen Biomoleküle weggespült werden. Sobald mehrere Milligramm reines Protein gewonnen wurden, ist es bereit für die Kristallisation durch Dampfdiffusion. Ein 24-Well-Hänge-/Sitztablett ist mit unterschiedlichen Konzentrationen von Natriumchlorid und Natriumacetat-Pufferlösungen gefüllt. Bei der sitzenden Drop-Methode werden gleiche Volumina des Proteins und der Reservoirlösung auf das Regal über jeder Vertiefung pipettiert, und dann wird das Tablett mit transparentem Klebeband abgedeckt. Das Tablett wird dann in eine Inkubationskammer gestellt, und die Vertiefungen werden am nächsten Tag und dann alle paar Tage auf Wachstum überwacht. Sobald ein geeigneter Kristall erhalten wurde, ist er bereit für die Röntgenbeugungsanalyse. Der Kristall wird auf ein Goniometer montiert, um den Kristall in ausgewählten Ausrichtungen zu positionieren. Der Kristall wird mit einem monochromatischen Röntgenstrahl aus allen Winkeln beleuchtet, wodurch ein Beugungsmuster entsteht. Die Software wandelt die zweidimensionalen Bilder, die in unterschiedlichen Ausrichtungen aufgenommen wurden, in ein dreidimensionales Modell der Dichte der Elektronen im Kristall um, indem sie die Positionen der Atome im Kristall bestimmt. Nachdem wir nun ein Verfahren überprüft haben, sehen wir uns einige nützliche Anwendungen der Proteinkristallisation und eine andere Kristallisationstechnik an. Die Proteinkristallisation kann für die Entwicklung von In-silico-Wirkstoffen verwendet werden. Die dreidimensionale Struktur des Polymerase-Basisproteins 2 des Influenzavirus, das mit Virusinfektionen bei Säugetieren in Verbindung gebracht wird, wurde durch Kristallisation und Röntgenbeugung bestimmt. Potenzielle Bindungsstellen im Protein werden visualisiert, und mit Hilfe eines Andockprogramms wurde ein dreidimensionales Molekül entworfen, das sich in eine Spalte im Protein einfügt. Die Co-Kristallisation von Protein-DNA-Komplexen ist ebenfalls eine nützliche Technik. DNA-bindende Proteine modulieren eine Vielzahl biologischer Funktionen wie Transkription, DNA-Polymerisation und DNA-Reparatur; Und die Kristallstrukturen dieser Komplexe können Aufschluss über die Funktion, den Mechanismus und die Art der spezifischen Wechselwirkung geben. Das E. coli-Protein SeqA, ein negativer Regulator der DNA-Replikation, wurde mit hemimethylierter DNA cokristallisiert. Integrale Membranproteine wie G-Protein-gekoppelte Rezeptoren oder GCPRs sind aufgrund ihrer begrenzten polaren Oberfläche, die für die Bildung von Kristallgitterkontakten zur Verfügung steht, schwer zu kristallisieren, was zur Entwicklung der Fusionsprotein-gestützten Proteinkristallisation geführt hat. Gene, die für den ?2-adrenergen Rezeptor, einen GCPR und ein Lysozym kodieren, wurden in einen Expressionsvektor eingefügt. Die Kristallisation des ?2AR-Lysozym-Fusionsproteins wurde aufgrund der erhöhten extrazellulären hydrophilen Oberfläche über dem natürlich hydrophoben ?2AR erreicht, die durch das Lysozym bereitgestellt wird und für die Bildung von Packungswechselwirkungen im Kristallgitter notwendig ist. Sie haben gerade das Video von JoVE über die Proteinkristallisation gesehen. Dieses Video beschreibt seine Prinzipien, ein verallgemeinertes Protokoll und einige seiner Anwendungen im biomedizinischen Bereich. Danke fürs Zuschauen!

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Lehre

JoVE Science Education

Chemistry

Chemie

Biochemistry

Biochemie

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 protein using recombinant expression. The gene of interest is placed in an expression vector, and the protein is given an affinity tag, such as a poly-histidine tag, so it can be purified by affinity chromatography. After purification, the protein is ready for crystal growth.

Crystal formation depends on several conditions. These include pH, ionic strength, protein concentration, precipitant concentration, temperature, and the rate of equilibration. The most common approach is vapor diffusion. In hanging drop and sitting drop setups, a droplet of protein, buffer, and precipitant sits in a sealed chamber with a reservoir that has a more concentrated solution. As water leaves the droplet and moves toward the reservoir, the drop becomes supersaturated. That change can lead to nucleation and then crystal growth.

Once a crystal forms, x-ray diffraction is used to study its 3D structure. The crystal is placed in a monochromatic x-ray beam and exposed from many angles. Each exposure creates a pattern of diffracted spots that a detector records. Software combines the data into a model of electron density and the atom positions in the crystal. The resulting structure can reach about 2 angstroms of resolution.

A general laboratory workflow includes transformation of the expression vector into cells, induction with IPTG during mid-log growth, lysis, centrifugation, and purification on a nickel column. After several milligrams of pure protein are collected, the sample is set up in a 24-well hanging or sitting drop tray. Different sodium chloride and sodium acetate buffer conditions are tested, and the wells are checked for crystal growth over time. When a suitable crystal appears, it is mounted on a goniometer and analyzed by x-ray diffraction.

Protein crystallization has several important uses. It supports in silico drug design by helping scientists see binding sites, as shown with influenza virus polymerase basic protein 2 and a designed docking molecule. It also helps study protein-DNA complexes, such as SeqA bound to hemimethylated DNA, which can reveal how proteins control transcription, DNA polymerization, and DNA repair. Membrane proteins like G-protein coupled receptors are harder to crystallize because they have limited polar surface area for crystal contacts. Fusion-protein-assisted crystallization can help, as seen with the beta2 adrenergic receptor fused to lysozyme.

Protein Crystals for Structure Analysis

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 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

Diese Sammlung enthält häufig verwendete Methoden zur Reinigung, wie z. b. Affinity Chromatographie, sowie analytische Methoden wie MALDI-TOF. Darüber hinaus präsentieren die Videos Methoden zur Beurteilung von Biomolekül Interaktion und Funktion, wie Co-Immunopräzipitation und metabolische Kennzeichnung.

See how purified proteins form crystals, how vapor diffusion works, and how x-ray diffraction reveals 3D protein structure for biology and drug design.

Protein Crystals for Structure Analysis | JoVE K12

Life Science

Structure and Function

HS-LS1-1.

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

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

Inheritance and Variation of Traits

HS-LS3-1.

Overview

Principles of Protein Crystallization

Protocol for Protein Expression, Crystallization, and X-Ray Diffraction

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 ...

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Velocity and Acceleration of a Wave

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Speed of a Transverse Wave

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Problem-Solving: Tuning of a Guitar String

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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 ...

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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 ...

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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.

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Concept of Resonance and its Characteristics

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Sound Waves: Resonance

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Sound Waves: Interference

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Interference: Path Lengths

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The Electromagnetic Spectrum

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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 ...

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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
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