Name: measuring protein concentration with absorbance
Uploaded: 2023-04-30T06:31:14.000Z
Duration: 8 min 49 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Next Generation Science Standards

High School

Physical Science

waves-and-their-applications-in-technologies-for-information-transfer

Waves and Their Applications in Technologies for Information Transfer

HS-PS4-4

Photometric Protein Determination

מדידת הריכוז היא צעד בסיסי של מעש ביוכימי רבים. קביעת חלבונים פוטומטריים מנצלת את העובדה שכ ככל שדגימה מכילה יותר חומרים סופגי אור, כך האור ישדר דרכה פחות. מאז הקשר בין ריכוז וספיגה הוא ליניארי, תופעה זו יכולה לשמש כדי למדוד את הריכוז בדגימות שבו הוא לא ידוע.
סרטון זה מתאר את היסודות של קביעת חלבונים פוטומטריים ומציג את ברדפורד אסאי ואת שיטת לאורי. ההליך בסרטון יכסה מראייה טיפוסית של ברדפורד. היישומים המכוסים כוללים מדידה ישירה של כמויות קטנות מאוד של חומצות גרעין כדי לאפיין ריכוז וטוהר, קביעת יעילות צימוד של חומר ביו-מימטי, וריאציה נוספת של קביעת חלבון פוטומטרי באמצעות צבע Remazol.

קביעת חלבונים פוטומטריים

מדידת הריכוז היא צעד בסיסי של מעש ביוכימי רבים. קביעת חלבונים פוטומטריים מנצלת את העובדה שכ ככל שדגימה מכילה יותר חומרים סופגי אור, כך האור ישדר דרכה פחות. מאז הקשר בין ריכוז וספיגה הוא ליניארי, תופעה זו יכולה לשמש כדי למדוד את הריכוז בדגימות שבו הוא לא ידוע.
סרטון זה מתאר את היסודות של קביעת חלבונים פוטומטריים ומציג את ברדפורד אסאי ואת שיטת לאורי. ההליך בסרטון יכסה מראייה טיפוסית של ברדפורד. היישומים המכוסים כוללים מדידה ישירה של כמויות קטנות מאוד של חומצות גרעין כדי לאפיין ריכוז וטוהר, קביעת יעילות צימוד של חומר ביו-מימטי, וריאציה נוספת של קביעת חלבון פוטומטרי באמצעות צבע Remazol.
<div class="chapter_text" id="script_0">
	קביעת הריכוז של חלבון בדגימות היא צעד בסיסי בבחונים ביוכימיים רבים. קביעה פוטומטרית יכולה להיעשות עם גדלי מדגם קטנים. ככל שדגימה מכילה יותר חומרים סופגי אור, כך האור ישדר דרכה פחות. זה מספק מדידה כמותית של החומרים סופגים. מושגים אלה הם כל כך בסיסיים למדע כי המאמרים שהציג שתיים מהטכניקות הם בשלושת המאמרים המצוטטים ביותר בכל הזמנים. סרטון זה יציג את המושגים שמאחורי כמה מהטכניקות הנפוצות ביותר לקביעת חלבונים פוטומטריים, כיצד הם מבוצעים וכיצד מנתחים את הנתונים שנאספו.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
	קביעת חלבונים פוטומטריים מבוססת על הקשר בין ריכוז לספיגת אור. זה ידוע בשם חוק באר-למברט, הקובע כי ריכוז של מין סופג אור הוא פרופורציונלי לספיגתו.
	עיקרון זה עומד בבסיס כל שיטות קביעת החלבון הפוטומטרי. 
	לניתוח ספיגה ישיר, נמדדים ערכי הספיגה של דגימות חלבון ללא טעם. בגלל שרשראות הצד הארומטיות שלהם, שאריות טריפטופן ו טירוזין נותנות את קריאות הספיגה הגבוהות ביותר אורך גל של 280 ננומטר.
	עם זאת, חומצות אמינו אלה - שהן שתיים מהפחות שכיחות שנמצאות בחלבונים - נמצאות בכמויות שונות בכל חלבון, כך שכל קביעה היא ייחודית. כדי להתגבר על מגבלה זו, פותחו בוצעו מעשים מורכבים יותר שאינם תלויים בחומצות אמינו אלה.
	דוגמה אחת היא ברדפורד אסאי, שבו צבע צבעוני מתווסף לדגימה. הצבע, המכונה Coomassie כחול, מגיב באופן יחסי - יותר חלבון נוכח, אירועים מחייבים יותר עם הצבע.
	לאחר מכן, ריכוז החלבון נקבע על ידי מדידת הספיגה של הצבע הכחול הקומאסי הכבול, אשר סופג אור ב 594 ננומטר. עם זאת, הבדיקה ברדפורד היא ליניארית על פני טווח קצר של ריכוזים, ולכן דילול נדרשים לעתים קרובות לפני הניתוח.
	שיטת לאורי משלבת את ריאגנט ביורט, פתרון אלקליין של יונים מנחושת המגיבים עם קשרים פפטידים, ואת ריאגנט פולין-Ciocâlteu, אשר מחמצן שאריות חלבון ארומטי. שינוי הצבע המתקבל של המדגם הוא פרופורציונלי לריכוז החלבון.
	הספיגה של ריאגנט פולין מופחת ניתן לקבוע ב 750 ננומטר. כמו ספיגה ישירה, לכל חלבון יש תגובה ייחודית, ויש לכייל אותו לחלבון מעניין. עכשיו שבדקנו את העקרונות הבסיסיים מאחורי כמה מההבחנות הנפוצות ביותר, בואו נסתכל על האופן שבו מתבצעים ספיגה ישירה ובדיקת ברדפורד.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
	כדי להתחיל בניתוח ספיגה ישיר, הספקטרופוטומטר מכויל עם ריק כדי לקבוע אפס ספיגה. פתרונות סטנדרטיים מוכנים לשימוש ביצירת עקומת הכיול. לאחר מכן, aliquot של התקן הראשון מתווסף cuvette, ומושם לתוך ספקטרופוטומטר.
	ערך הספיגה ב- 280 ננומטר נרשם לאחר מכן. תהליך זה חוזר על עצמו עבור כל תקן, תוך שימוש ב- cuvette נקי עבור כל ריצה. לאחר השלמת, עקומת כיול נוצרת על ידי התוויית הספיגה לעומת הריכוז. השיפוע של קו זה הוא מקדם ההנחיה הטוחנת, המתייחס לספיגה לריכוז.
	לאחר מכן, המדגם הלא ידוע נוסף ל- cuvette, וערך הספיגה נרשם. מכיוון שניתוח הנתונים של שיטות הקביעה הפוטומטריות השונות דומה, אנחנו נכסה את זה אחרי שנסתכל על הבדיקה של ברדפורד.
	כאן, ברדפורד חלבון אסאי מבוצע עם תקן BSA על צלחת 96 טוב. בתור התחלה, פתרונות מלאי BSA מוכנים.
	הפתרונות הלא ידועים מדוללים במים דה-יונים כדי להבטיח שהריכוזים נמצאים בטווח של ההסתה. בהתאם לערכה, צבע הקומאסי עשוי גם לדרוש דילול. לאחר מכן, עקומת הכיול מוגדרת על-ידי הוספת תקני BSA ללוח 96-well.
	מים דה-יעו"ד מתווספים כדי להגיע לריכוז הדרוש כדי ליצור עקומה סטנדרטית. יש להוסיף את הדגימה הלא ידועה לצלחת במשולשים כדי להבטיח מדידה מדויקת. צבע קומאסי מתווסף לאחר מכן לכל באר, מתערבב עם הפיפטה.
	מים דה-יעוניים מתווספים לבאר ריקה כמו ריקה, כדי למדוד את הספיגה. לאחר המתנה של 5 דקות עד שהצבע ייקשר, הספיגה נמדדת בקורא לוחות ב-590 ננומטר.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
	עכשיו שביצענו כמה מבדקים, בואו נבדוק איך לנתח את הנתונים. כל שיטת קביעת חלבונים פוטומטרית מבוססת על חוק באר למברט.
	הספיגה הנמדדת של הסטנדרטים משמשת ליצירת עקומת כיול, המשמשת לאחר מכן לקביעת ריכוז הדגימות הלא ידועות. ניתן להתוות עקומה זו באופן ידני, אם כי כלים ספקטרופוטומטריים חדשים יותר ייצרו את עקומת הכיול לאחר שכל התקנים נמדדו. מערכות אלה גם לחשב ריכוז חלבון כמו דגימות לא ידועות מנותחים.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_4">
	כעת, לאחר שבדקנו כיצד לנתח נתוני קביעת חלבונים פוטומטריים, בואו נבחן כמה מהדרכים שבהן נעשה שימוש בהליכים אלה.
	העקרונות של קביעת חלבון פוטומטרי יכולים לשמש גם למדידת ריכוז חומצות גרעין ישירות. ספקטרופוטומטר הננו-טיפה מקבל דגימות של נפח קטן מאוד על הדוכן הפעיל אופטית. הספיגה נמדדת לאחר מכן, והמערכת קובעת באופן אוטומטי את ריכוז חומצת הגרעין. מכיוון שחלבונים ומקורות אחרים יכולים להפריע למדידות, טוהר הדגימה נקבע על ידי ניתוח יחסי הספיגה של 260 עד 280 ננומטר ו-260 עד 230 ננומטר. חומצות גרעין טהורות בדרך כלל מניבות יחסי תשואה של כ-1.8 וכ-2.0 לדנ"א ולרנ"א, בהתאמה.
	קביעת חלבון פוטומטרי יכולה לשמש גם בייצור של חומרים ביו-מימטיים, אשר בהשראת הטבע כדי לעורר תגובות תאיות ספציפיות. דבקים רקומביננטיים קשורים חרוזי פוליסטירן כדי לדמות התקשרות חיידקית לתאים מארחים. בדיקת ברדפורד משמשת כדי לקבוע את יעילות הצימוד של הידבקות רקומביננטית החרוזים בייצור של החומר הביומימטי.
	ניתן להשתמש בגילוי ואפיון של מיקרוביאלים של חלבונים. צבע R כחול מבריק Remazol הוא מלוכד באופן קוולנטי לחיידקים מוכי חום. החלבון אנטי מיקרוביאל הוא דגירה בתמיסה צבועה. לאחר מכן, המדגם הוא צנטריפוגה, ואת הספיגה של supernatant ב 595 ננומטר נמדד באמצעות ספקטרופוטומטר מיקרופלסטיק. ספיגה מוגברת, על ידי הצבע המסיס ששוחרר לתוך supernatant מן החיידקים המסומנים, היא מדידה כמותית של פעילות אנזימטית.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_5">
	הרגע צפיתם בסרטון של JoVE על קביעת חלבונים פוטומטריים. סרטון זה תיאר את העקרונות הבסיסיים של נחישות פוטומטרית, עבר על נהלים כלליים עבור כמה מותחות נפוצות, וכיסה כמה התפתחויות חדשות בטכניקות. תודה שצפיתם!
</div>

Measuring the concentration is a fundamental step of many biochemical assays. Photometric protein determination takes advantage of the fact that the more ...

קביעת ריכוז החלבון בדגימות היא צעד בסיסי במבחנים ביוכימיים רבים. קביעה פוטומטרית יכולה להיעשות עם גדלי מדגם קטנים. ככל שהדגימה מכילה יותר חומרים סופגי אור, כך האור יעבור דרכה פחות. זה מספק מדידה כמותית של החומרים הסופגים. מושגים אלה כל כך בסיסיים למדע שהמאמרים שהציגו שתיים מהטכניקות נמצאים בשלושת המאמרים המצוטטים ביותר בכל הזמנים. סרטון זה יציג את המושגים מאחורי כמה מהטכניקות הנפוצות ביותר לקביעת חלבונים פוטומטריים, כיצד הן מבוצעות וכיצד מנתחים את הנתונים שנאספו. קביעת חלבון פוטומטרי מבוססת על הקשר בין ריכוז לספיגת אור. זה ידוע בשם חוק באר-למברט, הקובע כי ריכוז המין סופג האור הוא פרופורציונלי לספיגתו. עיקרון זה עומד בבסיס כל שיטות קביעת החלבון הפוטומטריות. לניתוח ספיגה ישירה, נמדדים ערכי הספיגה של דגימות חלבון ללא שינוי. בגלל שרשראות הצד הארומטיות שלהם, שאריות טריפטופן וטירוזין נותנות את קריאות הספיגה הגבוהות ביותר באורך גל של 280 ננומטר. עם זאת, חומצות אמינו אלה - שהן שתיים מהפחות נפוצות בחלבונים - נמצאות בכמויות שונות בכל חלבון, כך שכל קביעה היא ייחודית. כדי להתגבר על מגבלה זו, פותחו בדיקות מורכבות יותר - שאינן תלויות בחומצות אמינו אלו. דוגמה אחת היא מבחן ברדפורד, שבו מוסיפים צבע צבעוני לדגימה. הצבע, המכונה Coomassie Blue, מגיב באופן פרופורציונלי - ככל שיש יותר חלבון, כך יש יותר אירועי קישור עם הצבע. לאחר מכן, ריכוז החלבון נקבע על ידי מדידת הספיגה של הצבע הכחול הקשור של Coomassie, הסופג אור ב-594 ננומטר. עם זאת, בדיקת ברדפורד היא ליניארית על פני טווח קצר של ריכוזים, ולכן לעתים קרובות נדרשים דילולים לפני הניתוח. שיטת לאורי משלבת את ריאגנט ביורט, תמיסה אלקליין של יוני נחושת המגיבים בקשרים פפטידיים, ואת המגיב Folin-Cioc?lteu, המחמצן שאריות חלבון ארומטי. שינוי הצבע המתקבל של הדגימה הוא פרופורציונלי לריכוז החלבון. ניתן לקבוע את הספיגה של מגיב הפולין המופחת ב-750 ננומטר. בדומה לספיגה ישירה, לכל חלבון יש תגובה ייחודית, ויש לכייל אותו לחלבון המבוקש. כעת, לאחר שסקרנו את העקרונות הבסיסיים מאחורי כמה מהבדיקות הנפוצות ביותר, בואו נסתכל כיצד מבוצעות קליטה ישירה ובדיקת ברדפורד. כדי להתחיל בניתוח ספיגה ישירה, הספקטרופוטומטר מכויל עם ריק כדי לקבוע אפס ספיגה. פתרונות סטנדרטיים מוכנים לשימוש ביצירת עקומת הכיול. לאחר מכן, מתווסף אליקוט של התקן הראשון לקובט, ומכניס אותו לספקטרופוטומטר. לאחר מכן נרשם ערך הספיגה ב-280 ננומטר. תהליך זה חוזר על עצמו עבור כל תקן, תוך שימוש בקובטה נקייה לכל ריצה. לאחר השלמתו, נוצרת עקומת כיול על ידי התוויית הספיגה לעומת הריכוז. השיפוע של קו זה הוא מקדם הנחתה מולארי, המקשר בין ספיגה לריכוז. לאחר מכן, הדגימה הלא ידועה מתווספת לקובטה, וערך הספיגה נרשם. מכיוון שניתוח הנתונים עבור שיטות הקביעה הפוטומטריות השונות דומה, נסקור זאת לאחר שנבחן את מבחן ברדפורד. כאן, בדיקת החלבון של ברדפורד מבוצעת בתקן BSA על צלחת של 96 בארות. כדי להתחיל, מכינים פתרונות מלאי BSA. התמיסות הלא ידועות מדוללות במים נטולי יונים כדי להבטיח שהריכוזים נמצאים בטווח הבדיקה. בהתאם לערכה, צבע Coomassie עשוי לדרוש גם דילול. לאחר מכן, עקומת הכיול מוגדרת על ידי הוספת תקני BSA לצלחת 96 הבארות. מים דה-יונים מתווספים כדי להגיע לריכוז הדרוש ליצירת עקומה סטנדרטית. יש להוסיף את הדגימה הלא ידועה לצלחת בשלוש פעמים כדי להבטיח מדידה מדויקת. לאחר מכן מוסיפים צבע קומאסי לכל באר, ומערבבים עם הפיפטה. מים דה-יונים מתווספים לבאר ריקה כריק, כדי למדוד את הספיגה. לאחר המתנה של 5 דקות עד שהצבע ייקשר, הספיגה נמדדת בקורא צלחות ב-590 ננומטר. כעת, לאחר שביצענו כמה בדיקות, בואו נסתכל כיצד לנתח את הנתונים. כל שיטת קביעת חלבון פוטומטרית מבוססת על חוק באר-למברט. הספיגה המדודה של התקנים משמשת ליצירת עקומת כיול, המשמשת לאחר מכן לקביעת ריכוז הדגימות הלא ידועות. ניתן לשרטט עקומה זו באופן ידני, אם כי כלים ספקטרופוטומטריים חדשים יותר ייצרו את עקומת הכיול לאחר מדידת כל התקנים. מערכות אלו יחשבו גם את ריכוז החלבון כאשר דגימות לא ידועות מנותחות. כעת, לאחר שסקרנו כיצד לנתח נתוני קביעת חלבון פוטומטריים, בואו נסתכל על כמה מהדרכים שבהן משתמשים בהליכים אלה. ניתן להשתמש בעקרונות קביעת החלבון הפוטומטרי גם למדידה ישירה של ריכוז חומצות גרעין. ספקטרופוטומטר הננו-טיפה מקבל דגימות בנפח קטן מאוד על כן פעיל אופטית. לאחר מכן נמדדת הספיגה, והמערכת קובעת אוטומטית את ריכוז חומצות הגרעין. מכיוון שחלבונים ומקורות אחרים יכולים להפריע למדידות, טוהר הדגימה נקבע על ידי ניתוח יחסי הספיגה של 260 עד 280 ננומטר ו-260 עד 230 ננומטר. חומצות גרעין טהורות מניבות בדרך כלל יחסים של כ-1.8 וכ-2.0 עבור DNA ו-RNA, בהתאמה. קביעת חלבון פוטומטרי יכולה לשמש גם בייצור חומרים ביומימטיים, בהשראת הטבע כדי לעורר תגובות תאיות ספציפיות. הידבקויות רקומביננטיות קשורות לחרוזי פוליסטירן כדי לדמות התקשרות חיידקית לתאי המארח. מבחן ברדפורד משמש לקביעת יעילות הצימוד של ההידבקות הרקומביננטית לחרוזים בייצור החומר הביומימטי. ניתן להשתמש במבחני חלבון פוטומטריים חלופיים באיתור ואפיון של חלבונים אנטי-מיקרוביאלים. צבע R כחול מבריק של רמזול נקשר קוולנטית לחיידקים שנהרגו בחום. החלבון האנטי-מיקרוביאלי מודגר בתמיסה הצבועה. לאחר מכן, הדגימה עוברת צנטריפוגה, והספיגה של הסופרנטנט ב-595 ננומטר נמדדת באמצעות ספקטרופוטומטר מיקרו-פלטה. ספיגה מוגברת, על ידי הצבע המסיס המשתחרר לתוך הסופרנטנט מהחיידקים המסומנים, היא מדידה כמותית של פעילות אנזימטית. זה עתה צפיתם בסרטון של JoVE על קביעת חלבון פוטומטרי. סרטון זה תיאר את העקרונות הבסיסיים של קביעה פוטומטרית, עבר על נהלים כלליים עבור כמה מבחנים נפוצים, וכיסה כמה התקדמות חדשה בטכניקות. תודה שצפית!

Education

JoVE Science Education

Chemistry

כימיה

Biochemistry

ביוכימיה

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 and the Lowry method, which are two common ways to measure protein without relying only on direct absorption.

Direct absorption analysis measures the absorbance of an unaltered protein sample. At 280 nm, tryptophan and tyrosine give the strongest readings because of their aromatic side chains. However, these amino acids are present in different amounts in different proteins, so each sample has to be treated on its own.

The Bradford assay solves that limitation by adding Coomassie Blue dye to the sample. The dye binds to protein, and the more protein present, the more dye binds. The bound dye is read at 594 nm, but the assay is linear only over a short range, so samples often need dilution before analysis.

The Lowry method uses two reagents. The Biuret reagent contains alkaline copper ions that react with peptide bonds, and the Folin-Ciocalteu reagent oxidizes aromatic residues. The resulting color change is proportional to protein concentration, and the reduced Folin reagent is measured at 750 nm. Like direct absorption, the method must be calibrated for the protein being tested.

A direct absorption run starts by blanking the spectrophotometer to set zero absorbance. Standard solutions are then measured in clean cuvettes at 280 nm, and the absorbance values are plotted to make a calibration curve. The slope of that line is the molar attenuation coefficient, and the unknown sample is measured against the same curve.

The Bradford assay is often done on a 96-well plate using BSA standards. The unknown samples are diluted with deionized water so they fall within the assay range, and the standards are added to build a standard curve. The unknowns are usually added in triplicate, Coomassie dye is mixed into each well, a blank well contains deionized water, and the plate is read after 5 min at 590 nm.

Data analysis for these assays is based on the same Beer-Lambert relationship. The standard readings create a calibration curve that is used to find the concentration of unknown samples. Some newer spectrophotometric systems build this curve automatically and calculate protein concentration as samples are analyzed.

These ideas also apply to other measurements. Very small amounts of nucleic acids can be measured with a Nanodrop spectrophotometer, which reads absorbance on an optically active pedestal and estimates concentration automatically. Sample purity is checked with the 260/280 and 260/230 absorbance ratios, which are typically about 1.8 and 2.0 for pure DNA and RNA, respectively.

Photometric methods are also used in biomimetic materials, which are inspired by nature to trigger specific cellular responses. In one example, recombinant adhesins are attached to polystyrene beads to mimic bacterial binding to host cells, and the Bradford assay measures coupling efficiency. Another variation uses Remazol brilliant blue R dye on heat-killed bacteria to detect protein antimicrobials by measuring dye released into the supernatant at 595 nm after centrifugation.

Measuring Protein Concentration with Absorbance

measuring-protein-concentration-with-absorbance

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

density gradient ultracentrifugation

Sucrose Gradient Separation in an Ultracentrifuge

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

co-immunoprecipitation and pull-down assays

co-immunoprecipitation-and-pull-down-assays

Protein Interaction Capture Methods in Cells

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

reconstitution of membrane proteins

Membrane Proteins in Liposome Models

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

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

FRET as a Molecular Ruler in Cells

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

surface plasmon resonance (spr)

SPR Biosensors for Tracking Binding Kinetics

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

biochemistry

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

Learn how absorbance helps measure protein concentration with the Bradford assay, Lowry method, and direct absorption, plus related nucleic acid and biomaterial uses.

Measuring Protein Concentration with Absorbance | JoVE K12

HS-PS4-5

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

HS. Structure and Properties of Matter

HS-PS1-10.

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-4.

HS-PS4-5.

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 Photometric Protein Determination

Execution of Assays

Data Analysis

Applications

Summary

Travelling Waves

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

Wave Parameters

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

Equations of Wave Motion

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

Graphing the Wave Function

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

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

Velocity and Acceleration of a Wave

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

Speed of a Transverse Wave

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

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

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 ...

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 ...

Sound Waves

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

Sound as Pressure Waves

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

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

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. ...

Doppler Effect - I

The Doppler effect and Doppler shift were named after the Austrian physicist and mathematician Christian Johann Doppler in 1842, who conducted experiments ...

Doppler Effect - II

The Doppler effect has several practical, real-world applications. For instance, meteorologists use Doppler radars to interpret weather events based on ...

Shock Waves

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

Echo

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

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

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 ...

Generating Electromagnetic Radiations

The German physicist Heinrich Hertz (1857&#8211;1894) was the first to generate and detect certain types of electromagnetic waves in the laboratory. ...

Electromagnetic Wave Equation

Maxwell&#39;s equations for electromagnetic fields are related to source charges, either static or moving. These fields act on a test charge, whose ...

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 ...

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 ...

Use mathematical representations to support a claim regarding relationships among the frequency, wavelength, and speed of waves traveling in various media. [Clarification Statement: Examples of data could include electromagnetic radiation traveling in a vacuum and glass, sound waves traveling through air and water, and seismic waves traveling through the earth.] [Assessment Boundary: Assessment is limited to algebraic relationships and describing those relationships qualitatively.]

HS-PS4-1

The Electromagnetic Spectrum

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

Classification of Signals

Signals are categorized as Continuous-time or discrete-time, Periodic or aperiodic, Analog or digital, and Causal or noncausal.
A continuous-time signal ...

Discrete Fourier Transform

Consider a vibration sensor that continuously captures data in the form of a continuous time-dependent signal.
However, in reality, the sensor can only ...

Discrete-Time Fourier Series

The Discrete-Time Fourier Series is a counterpart to the Fourier-series expansion of continuous-time periodic signals.
Calculating the expansion ...

Sampling Theorem

Consider the continuous-time signal x(t), and a train of impulses where Ts,&#xA0; is the sampling interval, and fs, is the sampling frequency.
Multiplying ...

Properties of Fourier Transform I

In radio broadcasting, Fourier Transform properties are applied in simultaneous multi-channel transmission, adjusting audio clip speeds, live broadcast ...

Signal and System

Signals are sets of data or information.
One-dimensional signals include single-variable functions, such as the variations in air pressure over time in ...

Methods of Documentation VII: EMR

Electronic Medical Records (EMRs) primarily center around electronically documenting patients&#39; health information within a single healthcare ...

Fast Fourier Transform

The Fast Fourier Transform, FFT, is a computational algorithm for calculating the Discrete Fourier Transform by breaking the calculations into smaller, ...

reconstruction-of-signal-using-interpolation

Reconstruction of Signal using Interpolation

Consider a continuous signal and its sampled counterpart with a sampling period T.
Applying a zero-order hold to the sampled signal results in a piecewise ...

Downsampling

Consider a sampled sequence with zero values between sampling instants. Replace it by taking every N-th value of the sampled sequence.
The original and ...

Design Example

An engineer designs a circuit for a speaker system with a 2 kHz crossover frequency requirement, considering the speaker&#39;s resistance of 8 ohms.
The ...

Upsampling

Consider a decimated signal with a reduced frequency range due to its lower sampling rate.
Insert zeros between each sample to upsample, that introduces ...

Properties of DTFT I

Consider two discrete-time signals, each with their respective Discrete-Time Fourier Transforms DTFTs.
The signals are first multiplied by constants a and ...

Relation of DFT to z-Transform

The Discrete Fourier Transform (DFT) analyzes the frequency content of discrete-time signals.
It maps the N-sampled discrete time-domain sequence to its ...

Feedback control systems

Feedback control systems are categorized as linear or nonlinear, time-varying or time-invariant, and classified by signal types as continuous or ...

Properties of the z-Transform I

Certain properties provide a solid foundation for analyzing discrete-time systems using the Z-transform.
Considering two discrete-time signals, the ...

Magnetic Resonance Imaging

Magnetic resonance imaging (MRI) is a noninvasive medical imaging technique based on a phenomenon of nuclear physics discovered in the 1930s, in which ...

Evaluate questions about the advantages of using digital transmission and storage of information. [Clarification Statement: Examples of advantages could include that digital information is stable because it can be stored reliably in computer memory, transferred easily, and copied and shared rapidly. Disadvantages could include issues of easy deletion, security, and theft.]

HS-PS4-2

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 ...

Sound Waves: Interference

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

Interference: Path Lengths

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

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

concept-of-resonance-and-its-characteristics

Concept of Resonance and its Characteristics

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

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

Evaluate the claims, evidence, and reasoning behind the idea that electromagnetic radiation can be described either by a wave model or a particle model, and that for some situations one model is more useful than the other. [Clarification Statement: Emphasis is on how the experimental evidence supports the claim and how a theory is generally modified in light of new evidence. Examples of a phenomenon could include resonance, interference, diffraction, and photoelectric effect.] [Assessment Boundary: Assessment does not include using quantum theory.]

HS-PS4-3

Measuring Protein Concentration with Absorbance

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards