Name: tracking cell chemistry with metabolic labels
Uploaded: 2023-04-30T06:31:10.000Z
Duration: 8 min 28 s
Channel: JoVE

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Physical Science

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

Metabolic Labeling

etiquetado metabólico

Etiquetado metabólico se utiliza para probar las transformaciones bioquímicas y modificaciones que ocurren en una célula. Esto se logra mediante el uso de análogos químicos que imitan la estructura de biomoléculas naturales. Las células utilizan análogos en sus procesos bioquímicos endógenos, produciendo compuestos que están etiquetados. La etiqueta permite la incorporación de la detección y etiquetas de afinidad que pueden utilizarse para aclarar las vías metabólicas mediante otras técnicas de análisis bioquímicos, como SDS-PAGE y RMN.
Este video presenta los conceptos de etiquetado y mostrar dos generales procedimientos metabólicos.  La primera utiliza etiquetado isotópico, para caracterizar la fosforilación de una proteína. La segunda cubre un etiquetado fotoreactivas para caracterizar la interacción proteína-proteína dentro de un también tres aplicaciones de etiquetado metabólico presentan: etiquetado de material vegetal, etiquetado RNA para medir la cinética y glicanos en el desarrollo de embriones.

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Etiquetado metabólico se utiliza para investigar la maquinaria de una célula. Esto se logra utilizando químicos análogos para las transformaciones bioquímicas y modificaciones que se producen. Este video le mostrará los principios de etiquetado metabólico, típico isotópica y fotoreactivas etiquetado procedimientos y aplicaciones.
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Etiquetado metabólico puede realizarse mediante una serie de estrategias. Aquí describiremos etiquetado isotópico, fotoreactivas y bio-ortogonales.
Etiquetado isotópico se realiza utilizando análogos estructurales que son químicamente idénticos a sus contrapartes naturales, pero han incorporado isótopos poco comunes en su estructura. En este análogo de L-lisina se reemplazan los átomos de carbono y nitrógeno con carbono 13 y nitrógeno-15. Las células cultivadas en presencia de análogos isotópicos incorporen a sus estructuras bioquímicas. Metabolitos son recogidos de las células y purifica para el análisis. Las muestras con los isótopos estables se analizan mediante técnicas como la espectrometría de masas o espectroscopia NMR. Las muestras con etiquetas radiactivas se analizan utilizando películas de centelleo líquido contando y rayos x, lo que se demostrará en el protocolo de etiquetado isotópico.
Etiquetas fotoreactivas son grupos funcionales incorporados en las proteínas, que son estables hasta que expuesto a la luz ultravioleta. El grupo funcional forma a un radical reactivo, que se une a la proteína más cercana. Un ejemplo común, Foto-L-leucina, contiene un anillo diazirine, que es un crosslinker fotoreactivos. En contraste con etiquetado isotópico, hay algunos químico desemejanza entre foto-reactivos químicos análogos y sus contrapartes naturales. Las células pueden incorporar preferentemente compuestos naturales sobre análogos. Por lo tanto, es importante realizar etiquetado foto-reactivo en el medio libre del compuesto que mímico. Una vez expuesto a la radiación ultravioleta, los grupos foto-reactiva en una proteína marcada se convierten en inestable y altamente reactiva, haciendo que reaccione con las proteínas obran recíprocamente, creando una proteína compleja. Los complejos reticulados, actúan como instantáneas que luego pueden ser analizadas utilizando SDS-PAGE y los métodos de espectrometría de masas. Esto proporciona penetraciones en qué reacciones se producen en la vía metabólica mediante la identificación de especies de la reacción y cómo interactúan en la determinación de sitios de Unión.
Etiquetado estrategias de Bioorthogonal utilizan análogos con pequeños grupos funcionales que no tienen poca o ninguna reactividad con biomoléculas naturales. Por ejemplo, azidas son pequeños grupos funcionales, cuya reactividad se dice que es ortogonal a las reacciones bioquímicas. En la ligadura de Staudinger, un grupo de fosfino ataca el grupo azido. Esto produce un estado de transición que intramolecularly reacciona con un éster cercanos, dando por resultado un ligando amina-consolidado. Grupos funcionales de Bioorthogonal incorporados en biomoléculas pueden ligarse con las etiquetas de detección tales como fluorescentes grupos funcionales, y afinidad etiquetas como antígenos.
Ahora que se han discutido algunos conceptos y estrategias para el etiquetado metabólico, veamos el proceso en el laboratorio.
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El primer paso en un experimento etiquetado metabólico es recoger la proteína de interés. Para ello, las células se cultivan en un plato, y se utiliza un método de expresión para promover la síntesis de la proteína deseada. En este ejemplo, quinasas repetición rica en leucina o LRRK, expresan. Fosfato disódico, que contiene fósforo-32 radioactivo, es utilizado como la analógica. Deberán tomarse las medidas adecuadas para proteger contra las radiaciones ionizantes. Esto incluye la creación de un área de trabajo, usando equipo de protección adecuado y comprobación de contaminación radiactiva. Una vez que se han tomado medidas de seguridad, el medio que contiene los isótopos análogos está preparado. El medio de la cultura es eliminado y reemplazado con uno que contiene los isótopos químicos análogos y luego se incubaron. Tras la incubación, las células son sometidas a lisis. El lisado es recogido y purificado.
Después de la purificación, las proteínas se resuelven utilizando SDS-PAGE y luego se transfiere a una membrana PVDF. Autorradiografía se realiza exponiendo la membrana para la película de rayos x y mide usando a un sensor de fósforo. Western Blot se utiliza para medir niveles relativos de la proteína en la membrana PVDF. En este ejemplo los niveles de fosforilación de ricos en leucina repetición quinasas sintetizan en midieron las células 293T. Cuánto fósforo se muestra en el autoradiogram fue incorporado en la proteína. El borrar occidental aclara los niveles de las proteínas LRRK. Software de análisis de imagen se utiliza para obtener datos cuantitativos de los niveles de fosforilación de las proteínas.
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En este procedimiento siguiente, etiquetado fotoreactivas es demostrado. En primer lugar, las células son preparadas y cultivadas. El análogo fotoreactivos es añadido a las células en la fase de registro medio y se incubaron. En este procedimiento se utiliza p-benzoylphenylalanine. Las muestras se recogen sobre intervalos y puesto en el hielo. Las muestras se exponen para obtener instantáneas de las vías bioquímicas con el tiempo. Las proteínas de interés son entonces purificaron y resuelven mediante SDS-PAGE.
Se utilizó una estrategia etiquetadora fotoreactivas para identificar compuestos que interactúan con la proteína de interés. Inmunodetección con Western Blot bandas de proteínas muestra que indican mayor peso molecular las proteínas están presentes en las muestras irradiadas. Estas son de cross-linking debido a la interacción de proteínas que se producen durante la irradiación UV.
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Ahora que hemos analizado los procedimientos Etiquetadoras metabólicos, echemos un vistazo a algunas de las formas que es utilizar el proceso.
Conceptos Etiquetadoras metabólicos pueden ampliarse a los organismos multicelulares. Plantas se cultivan en un ambiente sellado, ricas en isótopos estables para material vegetal producido de etiquetado. Dióxido de carbono con carbono-13 se añade al recinto, mientras que el nitrógeno-15 se usa fertilizante rico. El material resultante de la planta cosechada puede ayudar a responder preguntas sobre el carbono y nitrógeno ciclo del ecosistema.
Etiquetado permite la separación del ARN recién sintetizado del ARN más viejo. Cambiando la concentración inicial de análogo, se puede determinar la cinética de la nueva síntesis de ARN. Los resultados muestran que la concentración de 4-thiouridine afecta a la cuanta nuevo RNA se transcribe. Además, las tasas de incorporación de la etiqueta en el RNA se pueden cuantificar directamente con un espectrofotómetro.
Mediante la química del tecleo de biorthogonal, puede etiquetarse glycans en un embrión de pez cebra. Los huevos son inyectados con un producto etiquetado que resulta en las etiquetas de alquino de los glicanos. Los glicanos de las larvas se unen entonces a un compuesto del tinte en la etapa de desarrollo deseado. Entonces son imágenes de los glicanos en los embriones. Glycans producidos en diferentes puntos temporales pueden identificarse por etiquetado utilizando diferentes colores en las diferentes etapas del desarrollo embrionario.
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Sólo has visto video de Zeus en el etiquetado metabólico. Este video describe los conceptos de etiquetado metabólico y sus estrategias, pasó dos procedimientos generales y había cubierto algunos de los usos de las técnicas.
¡Gracias por ver!
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Etiquetado metabólico

Metabolic labeling is used to probe the biochemical transformations and modifications that occur in a cell. This is accomplished by using chemical analogs ...

El marcaje metabólico se utiliza para investigar la maquinaria de una célula. Esto se logra utilizando análogos químicos para sondear las transformaciones y modificaciones bioquímicas que ocurren. Este video mostrará los principios del etiquetado metabólico, los procedimientos típicos de etiquetado isotópico y fotorreactivo, y algunas aplicaciones. El marcaje metabólico se puede llevar a cabo utilizando una serie de estrategias. Aquí describiremos el marcaje isotópico, fotorreactivo y bioortogonal. El marcaje isotópico se realiza utilizando análogos estructurales que son químicamente idénticos a sus homólogos naturales, pero tienen isótopos poco comunes incorporados en su estructura. En este análogo de L-lisina, los átomos de carbono y nitrógeno se reemplazan por carbono-13 y nitrógeno-15. Las células cultivadas en presencia de análogos isotópicos los incorporarán a sus estructuras bioquímicas. Los metabolitos se recogen de las células y se purifican para su análisis. Las muestras con isótopos estables se analizan mediante técnicas como la espectrometría de masas o la espectroscopia de RMN. Las muestras con marcadores radiactivos se analizan mediante conteo de centelleo líquido y películas de rayos X, lo que se demostrará en el protocolo de marcaje isotópico. Los marcadores fotorreactivos son grupos funcionales incorporados a las proteínas, que son estables hasta que se exponen a la luz ultravioleta. El grupo funcional forma un radical reactivo, que se une a la proteína más cercana. Un ejemplo común, la L-fotoleucina, contiene un anillo de diazirina, que es un reticulante fotorreactivo. En contraste con el marcaje isotópico, existe cierta disimilitud química entre los análogos químicos fotorreactivos y sus contrapartes naturales. Las células pueden incorporar preferentemente compuestos naturales sobre análogos. Por lo tanto, es importante realizar el marcaje fotorreactivo en un medio libre del compuesto que se está imitando. Una vez expuestos a la radiación ultravioleta, los grupos fotorreactivos de una proteína marcada se vuelven inestables y altamente reactivos, lo que hace que se entrecruce con las proteínas que interactúan, creando un complejo proteico. Los complejos reticulados actúan como instantáneas que luego se pueden analizar utilizando SDS-PAGE y métodos de espectrometría de masas. Esto proporciona información sobre qué reacciones están ocurriendo en la vía metabólica mediante la identificación de especies de reacción y cómo interactúan mediante la determinación de sitios de unión. Las estrategias de marcaje bioortogonal utilizan análogos con pequeños grupos funcionales que tienen poca o ninguna reactividad con las biomoléculas naturales. Por ejemplo, las azidas son pequeños grupos funcionales, cuya reactividad se dice que es ortogonal a las reacciones bioquímicas. En la ligadura de Staudinger, un grupo fosfina ataca al grupo zido. Esto produce un estado de transición que reacciona intramolecularmente con un éster cercano, lo que da como resultado un ligando unido a aminas. Los grupos funcionales bioortogonales incorporados en biomoléculas se pueden ligar con etiquetas de detección, como grupos funcionales fluorescentes, y etiquetas de afinidad, como antígenos. Ahora que se han discutido algunos conceptos y estrategias para el marcaje metabólico, veamos el proceso en el laboratorio. El primer paso en un experimento de marcaje metabólico es recolectar la proteína de interés. Para ello, las células se cultivan en una placa y se utiliza un método de expresión para promover la síntesis de la proteína deseada. En este ejemplo, se expresan quinasas repetidas ricas en leucina, o LRRK. El fosfato disódico, que contiene fósforo radiactivo-32, se utiliza como análogo. Se deben tomar las medidas adecuadas para proteger contra las radiaciones ionizantes. Esto incluye establecer un área de trabajo, usar el equipo de protección adecuado y verificar si hay contaminación radiactiva. Una vez que se han tomado las medidas de seguridad, se prepara el medio que contiene los análogos isotópicos. El medio del cultivo se retira y se reemplaza por uno que contenga los análogos químicos isotópicos y luego se incuba. Después de la incubación, las células se lisan. El lisado se recoge y se purifica. Después de la purificación, las proteínas se resuelven mediante SDS-PAGE y luego se transfieren a una membrana de PVDF. La autorradiografía se realiza exponiendo la membrana a una película de rayos X y se mide con un generador de imágenes de fósforo. La Western blot se utiliza para medir los niveles relativos de proteínas en la membrana de PVDF. En este ejemplo, se midieron los niveles de fosforilación de quinasas repetidas ricas en leucina sintetizadas en células 293T. El autorradiograma muestra la cantidad de fósforo que se incorporó a la proteína. La Western blot dilucida los niveles de las proteínas LRRK. El software de análisis de imágenes se utiliza para obtener datos cuantitativos de los niveles de fosforilación de las proteínas. En el siguiente procedimiento, se demuestra el marcaje fotorreactivo. En primer lugar, se preparan y cultivan las células. El análogo fotorreactivo se añade a las células en la fase media de registro y se incuba. En este procedimiento se utiliza p-benzoilfenilalanina. Las muestras se recogen a intervalos y se colocan en hielo. A continuación, las muestras se exponen para obtener instantáneas de las vías bioquímicas a lo largo del tiempo. A continuación, las proteínas de interés se purifican y resuelven mediante SDS-PAGE. Se utilizó una estrategia de marcaje fotorreactivo para identificar los compuestos que interactúan con la proteína de interés. La inmunodetección con Western blot muestra bandas de proteínas que indican la presencia de proteínas de mayor peso molecular en las muestras irradiadas. Estos son de la reticulación debida a la interacción proteína-proteína que ocurre durante la irradiación UV. Ahora que hemos revisado los procedimientos de etiquetado metabólico, veamos algunas de las formas en que se utiliza el proceso. Los conceptos de marcaje metabólico pueden extenderse a los organismos pluricelulares. Las plantas se cultivan en un ambiente sellado, rico en isótopos estables para producir material vegetal etiquetado. Se añade dióxido de carbono que contiene carbono-13 al recinto, mientras que se utiliza un fertilizante rico en nitrógeno-15. El material vegetal cosechado resultante puede ayudar a responder preguntas sobre el ciclo del carbono y el nitrógeno del ecosistema. El etiquetado permite la separación del ARN recién sintetizado del ARN más antiguo. Al cambiar la concentración inicial de análogo, se puede determinar la cinética de la síntesis de nuevo ARN. Los resultados muestran que la concentración de 4-tiouridina afecta a la cantidad de ARN nuevo que se transcribe. Además, las tasas de incorporación de la marca en el ARN se pueden cuantificar directamente con un espectrofotómetro. Usando la química de clic biortogonal, los glicanos en un embrión de pez cebra se pueden etiquetar. A los huevos se les inyecta un compuesto de marcaje que da como resultado etiquetas de alquino en los glicanos. A continuación, los glicanos de las larvas se ligan a un compuesto colorante en la etapa de desarrollo deseada. A continuación, se obtienen imágenes de los glicanos de los embriones. Los glicanos producidos en diferentes puntos de tiempo se pueden identificar mediante el etiquetado con diferentes colores en diferentes etapas del desarrollo embrionario. Acabas de ver el vídeo de JoVE sobre el etiquetado metabólico. Este video describió los conceptos detrás del etiquetado metabólico y sus estrategias, repasó dos procedimientos generales y cubrió algunos de los usos de las técnicas. ¡Gracias por mirar!

Education

Educación

JoVE Science Education

Chemistry

Química

Biochemistry

Bioquímica

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 L-lysine analog. Photoreactive labeling uses groups that stay stable until they are exposed to ultraviolet light. Bioorthogonal labeling uses small functional groups, such as azides, that do not normally react with other biomolecules.

Isotopic labels are added to cultured cells, and the cells build them into their proteins and metabolites. The collected samples are purified and then analyzed by mass spectrometry or NMR spectroscopy when stable isotopes are used. When radioactive labels are used, liquid scintillation counting and x-ray film are used for detection. The protocol shown uses radioactive phosphorus-32 to study phosphorylation of leucine-rich repeat kinases, or LRRK, in 293T cells.

Proper safety steps are needed when working with radioactive material. The work area must be set up carefully, protective equipment must be worn, and the samples must be checked for contamination. After incubation with the labeled medium, the cells are lysed, the lysate is collected, and the proteins are purified. The proteins are then separated by SDS-PAGE, transferred to a PVDF membrane, and detected by autoradiography and Western blotting. Image analysis software is used to quantify phosphorylation levels.

Photoreactive labeling is used to capture protein-protein interactions. In this method, p-benzoylphenylalanine is added to cells during mid-log growth, and samples are collected over time and kept on ice. After UV exposure, the photoreactive group becomes highly reactive and cross-links with nearby proteins. The cross-linked complexes are then purified, run on SDS-PAGE, and examined by Western blotting. Higher molecular weight bands in irradiated samples show that cross-linking has occurred.

Bioorthogonal labeling uses reactions that are separate from normal cell chemistry. In the Staudinger ligation, a phosphine reacts with an azido group and forms a labeled product that can carry detection or affinity tags. This approach is useful for adding fluorescent tags or antigen tags to biomolecules without strongly disturbing their natural behavior.

The same labeling ideas can also be applied to plants, RNA, and embryos. Plants grown in a sealed environment can be labeled with carbon-13 carbon dioxide and nitrogen-15 fertilizer to study carbon and nitrogen cycling. New RNA can be separated from older RNA to measure synthesis kinetics, and the amount of 4-thiouridine affects how much new RNA is transcribed. In zebrafish embryos, glycans can be labeled by click chemistry, dyed at different developmental stages, and imaged in different colors to track when they are made.

Tracking Cell Chemistry with Metabolic Labels

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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

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

Esta colección presenta varios métodos de purificación comúnmente usados, como la cromatografía de afinidad y métodos analíticos, como MALDI-TOF. Además, los videos muestran métodos para evaluar la interacción y la función de diversas biomoléculas como en la coprecipitación y el etiquetado metabólico.

Learn how metabolic labels help trace protein changes, protein interactions, RNA synthesis, plant growth, and glycan development in cells and embryos.

Tracking Cell Chemistry with Metabolic Labels | JoVE K12

Life Science

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

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

HS-LS2-4.

Overview

Principles of Metabolic Labeling

Isotopic Labeling Procedure

Photoreactive Labeling Procedure

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

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 ...

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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 ...

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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 ...

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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. ...

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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 ...

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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 ...

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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 ...

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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.

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 ...

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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 ...

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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 ...

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.

Tracking Cell Chemistry with Metabolic Labels

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