Name: tandem mass spectrometry for biomolecule analysis
Uploaded: 2023-04-30T06:31:22.000Z
Duration: 7 min 9 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-PS4-5

Tandem Mass Spectrometry

בספקטרומטריית מסה דו-מושבית, ביומולקול של עניין מבודד מדגם ביולוגי, ולאחר מכן מתפצל למספר תת-קבצים על מנת לסייע לפרט את הרכבו ורצףו. זה מושג על ידי ספקטרומטרי מסה בסדרה. הספקטרומטר הראשון מיונן יון מדגם ומסנן של יחס מסה למטען מסוים. לאחר מכן יונים מסוננים מפוצלים ומועברים לספקטרומטר מסה שני שבו מנתחים את השברים.
וידאו זה מציג את העקרונות של ספקטרומטריית מסה דו-מושבית, כולל בחירת מסה ליחס ושיטות דיסוציאציה. כמו כן מוצג הליך כללי לניתוח תרכובת ביוכימית באמצעות ספקטרומטר מסה דו-מושבית עם דיסוציאציה הנגרמת מהתנגשות. סעיף היישומים מכסה ניטור תגובת בחירה, קביעת שינויים לאחר התרגום של חלבון, וזיהוי של רמות tacrolimus בדם.

ספקטרומטריית מסה טנדם

בספקטרומטריית מסה דו-מושבית, ביומולקול של עניין מבודד מדגם ביולוגי, ולאחר מכן מתפצל למספר תת-קבצים על מנת לסייע לפרט את הרכבו ורצףו. זה מושג על ידי ספקטרומטרי מסה בסדרה. הספקטרומטר הראשון מיונן יון מדגם ומסנן של יחס מסה למטען מסוים. לאחר מכן יונים מסוננים מפוצלים ומועברים לספקטרומטר מסה שני שבו מנתחים את השברים.
וידאו זה מציג את העקרונות של ספקטרומטריית מסה דו-מושבית, כולל בחירת מסה ליחס ושיטות דיסוציאציה. כמו כן מוצג הליך כללי לניתוח תרכובת ביוכימית באמצעות ספקטרומטר מסה דו-מושבית עם דיסוציאציה הנגרמת מהתנגשות. סעיף היישומים מכסה ניטור תגובת בחירה, קביעת שינויים לאחר התרגום של חלבון, וזיהוי של רמות tacrolimus בדם.
<div class="chapter_text" id="script_0">
ספקטרומטריית מסה טנדם מקשרת בין שלבים מרובים של ספקטרומטריית מסה כדי לבודד תחילה ביומולקול, ולאחר מכן לקבוע היבטים של ההרכב הכימי שלה. ביומולקולות יש מבנים גדולים ומורכבים, מה שמקשה על קביעת ההרכב המולקולרי שלהם. ספקטרומטריית מסה דו-מושבית בוחרת מולקולה של עניין שמפוצלת מאוחר יותר לאיחודי משנה מרובים, מה שיכול לעזור לפרט את הזיהוי והרצף שלה. וידאו זה יציג את המושגים של ספקטרומטריית מסה דו-מושבית, הליך כללי, וחלק מהשימושים בו בביוכימיה.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
ספקטרומטריית מסה טנדם מתחילה ככלי מפרט מסה טיפוסי: עם מקור יונים, הממיר את המדגם ליונים, ומנתח מסה, המפריד בין היונים בהתבסס על יחס המסה למטען שלהם. מנתח מסה נפוץ, quadrupole, מאפשר רק יונים עם יחס מסוים דרך, בעוד האחרים להתרסק לתוך המוטות של המנגנון. המין המותר לעבור, הנקרא יון הקדמה, הוא הביומולקול של עניין. היון נע לתוך תא התנגשות, בדרך כלל מרובע אחר, שבו אנרגיה מוחלת כדי לפצל את היון בתבנית צפויה.
שברים אלה עוברים למנתח מסה אחר, כגון זמן טיסה, המפריד בין "יוני המוצר" האלה. לאחר מכן, יונים המוצר נשלחים לגלאי, כמו במכשיר MS רגיל. במקרה של חלבון לא ידוע, הספקטרום המתקבל מכיל שברים חופפים רבים, מה שהופך רצף מלא מוחלט של הביומולקול קשה לייצר. עם זאת, התבנית הספקטרלית ייחודית לחלבון נתון. תוכנת ניתוח משווה את הספקטרום למסד נתונים של רצפי פפטיד ידועים, המפרט את החלבון הלא ידוע מהשברים החופפים.
בהתאם לדגימה ומידת הפיצול הרצויה, שיטות פיצול מרובות אפשריות. דפוסי הפיצול תלויים באופן העברת האנרגיה, בכמותה ובאופן הפצתה באמצעות יון המבשר. ניתן להעביר אנרגיה באמצעות חלקיקים ניטרליים, קרינה או אלקטרונים. באמצעות אטומים ניטרליים, תהליך שנקרא דיסוציאציה כתוצאה מהתנגשות או CID, בעיקר דבק בקשר פפטיד בין חומצות האמינו, אידיאלי לזיהוי שלהם.
כעת, לאחר שיסודות הטכניקה כוסו, בואו נסתכל על ספקטרומטריית מסה דו-מושבית של CID המשמשת לחקר רכיב של מעטפות תאי חיידקים.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
כמו בכל הניסויים ספקטרומטריים המוניים, הצעד הראשון הוא לייננות המדגם. עבור biomolecules, זה נעשה בדרך כלל עם desorption לייזר בסיוע מטריצה או יינון אלקטרוספרי. אות היונים המבשר ממוטב לאחר מכן על ידי כוונון של אופטיקת היונים. לאחר סיום, היעד מבודד ונבחרת שיטת הפיצול, כגון CID.
כוחו של מתח מיושם, אשר מאיץ את יון הקדמה לתוך תא ההתנגשות, משפיע על מידת הפיצול. מתח זה גדל עד המבשר הוא בערך 10% שפע לעומת יון המוצר הגבוה ביותר. ספקטרום מרובה נרכשים וממוצע עד יחס אות לרעש מספיק מושגת. מספר הסריקות הדרושות תלוי בעוצמת האות של יון המבשר המקורי ויכול לנוע בין 3 ל -300.
הניתוח בדוגמה זו, השומנים A מ Escherichia coli K-12, היו 19 שברים עיקריים לאחר CID. המבנה הכללי של ליפיד A ידוע היטב, ומאפשר לתוכנה לשחזר את ההרכב הספציפי מהדגימה.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
עכשיו שבדקנו את ההליך, בואו נסתכל על כמה מהדרכים שבהן משתמשים בספקטרומטריית מסה דו-מושבית בביוכימיה.
מצב סריקה נפוץ בספקטרומטריית מסה דו-מושבית הוא ניטור תגובה נבחר, או SRM. ב- SRM, שני מנתחי המסה קבועים ליחס מסה לטעינה שנבחר, תוך התמקדות במבשר ספציפי ויוני מוצרים. בגלל רמת הרגישות הגבוהה של SRM, הספקטרום של תקני פפטיד של ריכוז ידוע ניתן להשתמש בהשוואה לזה של דגימות לא ידועות, המאפשר חלבונים של עניין להיות כימות.
חלבונים משתנים בדרך כלל לאחר התרגום, בדרך כלל על ידי תוספת של קבוצות פונקציונליות כגון קבוצות מתיל, קבוצות פוספט, או סוכרים, המכונה גליקנים. אלה חשובים בתהליכי איתות תאים, המהללים כיצד תאים מתקשרים זה עם זה. מכיוון שספקטרומטריית מסה דו-מושבית מפצלת את החלבונים לרכיבים קטנים יותר, ניתן לקבוע את מיקום ה- PTM לשבר הספציפי או אפילו לחומצת אמינו. שינויים מסוימים, כגון אצטילציה וטרימתילציה, קשה להבדיל באמצעות מסה בלבד, ולכן הפרדה כרומטוגרפית מבוצעת לפני ספקטרומטריית המסה.
ניתוחים רבים בדם החולה נמצאים בריכוזים מתחת לגבול הזיהוי לספקטרומטריית מסה טיפוסית. יתרון נוסף של SRM הוא שהוא משליך את כל יון המוצר מלבד אחד, מגביר את הרגישות ומשפר את מגבלת הזיהוי התחתונה בעד פי 100. בדוגמה זו, התרופה מדכאת החיסון, tacrolimus, ניתן לזהות ברמות של 1 ng / mL.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_4">
הרגע צפית בסרטון של ג'וב על ספקטרומטריית מסה דו-מושבית. וידאו זה תיאר את התיאוריה של המכשיר, עבר על הליך כללי, והסביר כמה מהדרכים שבהן הטכניקה מנוצלת כעת. תודה שצפיתם!
</div>

In tandem mass spectrometry a biomolecule of interest is isolated from a biological sample, and then fragmented into multiple subunits in order to help ...

ספקטרומטריית מסה טנדם מקשרת בין מספר שלבים של ספקטרומטריית מסה כדי לבודד תחילה ביומולקולה, ולאחר מכן לקבוע היבטים של ההרכב הכימי שלה. לביומולקולות יש מבנים גדולים ומורכבים, מה שמקשה על קביעת ההרכב המולקולרי שלהן. ספקטרומטריית מסה טנדם בוחרת מולקולה מעניינת שמאוחר יותר מפוצלת למספר יחידות משנה, מה שיכול לעזור להבהיר את הזיהוי והרצף שלה. סרטון זה יציג את המושגים של ספקטרומטריית מסה טנדם, הליך כללי וחלק מהשימושים שלו בביוכימיה. ספקטרומטריית מסה טנדם מתחילה כמכשיר מפרט מסה טיפוסי: עם מקור יונים, הממיר את הדגימה ליונים, ומנתח מסה, המפריד בין היונים על סמך יחס המסה למטען שלהם. מנתח מסה נפוץ, הקוואדרופול, מאפשר רק יונים עם יחס ספציפי לעבור, בעוד האחרים מתנגשים במוטות המנגנון. המין שמותר לעבור, שנקרא יון מבשר, הוא הביו-מולקולה המעניינת. היון נע לתוך תא התנגשות, בדרך כלל מרובע אחר, שבו מופעלת אנרגיה כדי לפצל את היון בתבנית צפויה. שברים אלה עוברים למנתח מסה אחר, כגון זמן טיסה, המפריד בין "יוני המוצר" הללו. יוני המוצר נשלחים לאחר מכן לגלאי, כמו במכשיר MS רגיל. במקרה של חלבון לא ידוע, הספקטרום המתקבל מכיל שברים חופפים רבים, מה שמקשה על יצירת רצף שלם סופי של הביו-מולקולה. עם זאת, הדפוס הספקטרלי ייחודי לחלבון נתון. תוכנת ניתוח משווה את הספקטרום למסד נתונים של רצפי פפטידים ידועים, ומבהירה את החלבון הלא ידוע מהשברים החופפים. בהתאם למדגם ולמידת הפיצול הרצויה, אפשריות שיטות פיצול מרובות. דפוסי פיצול תלויים באופן העברת האנרגיה, בכמותה ובאופן שבו היא מופצת דרך יון המבשר. אנרגיה יכולה להיות מועברת באמצעות חלקיקים ניטרליים, קרינה או אלקטרונים. באמצעות אטומים ניטרליים, תהליך הנקרא דיסוציאציה הנגרמת על ידי התנגשות או CID, מתפצל בעיקר בקשר הפפטידי בין חומצות האמינו, אידיאלי לזיהוין. כעת, לאחר שכוסו יסודות הטכניקה, בואו נסתכל על ספקטרומטריית מסה טנדם של CID המשמשת לחקר מרכיב של מעטפות תאים חיידקיות. כמו בכל הניסויים בספקטרומטריית מסה, הצעד הראשון הוא יינון הדגימה. עבור ביומולקולות, זה נעשה בדרך כלל באמצעות ספיגה בלייזר בעזרת מטריצה או יינון אלקטרו-ספריי. לאחר מכן ממוטב אות היונים המבשר על ידי כוונון אופטיקת היונים. לאחר שתסיים, המטרה מבודדת ושיטת הפיצול נבחרת, כגון CID. חוזק המתח המופעל, המאיץ את יון המבשר לתא ההתנגשות, משפיע על מידת הפיצול. מתח זה מוגבר עד שהמבשר הוא בערך 10% שפע בהשוואה ליון המוצר הגבוה ביותר. ספקטרומים מרובים נרכשים ומחושבים בממוצע עד להשגת יחס אות לרעש מספיק. מספר הסריקות הדרושות תלוי בעוצמת האות של יון המבשר המקורי ויכול לנוע בין 3 ל-300. לאנליט בדוגמה זו, ליפיד A מ-Escherichia coli K-12, היו 19 שברים עיקריים לאחר CID. המבנה הכללי של ליפיד A ידוע היטב, ומאפשר לתוכנה לשחזר את ההרכב הספציפי מהדגימה. כעת, לאחר שבדקנו את ההליך, בואו נסתכל על כמה מהדרכים שבהן נעשה שימוש בספקטרומטריית מסה טנדם בביוכימיה. מצב סריקה נפוץ בספקטרומטריית מסה טנדם הוא ניטור תגובה נבחר, או SRM. ב-SRM, שני מנתחי המסה קבועים ליחס מסה למטען נבחר, תוך התמקדות במבשר ספציפי וביוני תוצר. בגלל מידת הרגישות הגבוהה של SRM, ניתן להשתמש בספקטרום תקני הפפטידים בריכוז ידוע ולהשוות אותו לזה של הדגימות הלא ידועות, מה שמאפשר לכמת חלבונים מעניינים. חלבונים משתנים בדרך כלל לאחר התרגום, בדרך כלל על ידי הוספת קבוצות פונקציונליות כגון קבוצות מתיל, קבוצות פוספט או סוכרים, הידועים בשם גליקנים. אלה חשובים בתהליכי איתות תאים, ומבהירים כיצד תאים מתקשרים זה עם זה. מכיוון שספקטרומטריית מסה טנדם מפצלת את החלבונים לרכיבים קטנים יותר, ניתן לקבוע את מיקום ה- PTM לשבר הספציפי או אפילו לחומצת אמינו. שינויים מסוימים, כגון אצטילציה וטרימתילציה, קשה להבדיל לפי מסה בלבד, ולכן הפרדה כרומטוגרפית מתבצעת לפני ספקטרומטריית המסה. אנליטים רבים בדם המטופל נמצאים בריכוזים מתחת לגבול הזיהוי עבור ספקטרומטריית מסה טיפוסית. יתרון נוסף של SRM הוא שהוא משליך את כל יון המוצר מלבד אחד, מגדיל את הרגישות ומשפר את גבול הזיהוי התחתון עד פי 100. בדוגמה זו, ניתן לזהות את התרופה המדכאת את מערכת החיסון, טקרולימוס, ברמות של 1 ננוגרם/מ"ל. זה עתה צפיתם בסרטון של JoVE על ספקטרומטריית מסה טנדם. סרטון זה תיאר את התיאוריה של הכלי, עבר על נוהל כללי והסביר כמה מהדרכים שבהן הטכניקה משמשת כיום. תודה שצפית!

Education

JoVE Science Education

Chemistry

כימיה

Biochemistry

ביוכימיה

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 separates those ions by their mass-to-charge ratio, also called m/z. In a quadrupole, only ions with a chosen m/z pass through, while the others strike the rods. The selected precursor ion is the molecule of interest.

That ion moves into a collision cell, often another quadrupole, where energy breaks it apart in a predictable pattern. The fragments, called product ions, then enter a second mass analyzer such as a time-of-flight instrument. After separation, the detector records the signals. For an unknown protein, the spectrum can contain many overlapping fragments, but the pattern is still unique. Software can compare it with a database of known peptide sequences to identify the protein.

Different fragmentation methods can be used depending on the sample and the level of detail needed. The outcome depends on how energy is transferred, how much is transferred, and how it spreads through the precursor ion. Energy may come from neutral particles, radiation, or electrons. With collision-induced dissociation, or CID, neutral atoms are used and the peptide bond between amino acids is usually cleaved, which helps with identification.

CID tandem mass spectrometry can also be used to study a bacterial cell envelope component. In that example, the sample is first ionized by matrix assisted laser desorption or electrospray ionization. The precursor ion signal is then optimized by tuning the ion optics, and the target is isolated before CID is selected. The applied voltage controls how much fragmentation occurs, and it is increased until the precursor is about 10% as abundant as the highest product ion. Multiple scans are collected and averaged until the signal-to-noise ratio is strong enough. For lipid A from Escherichia coli K-12, 19 major fragments were observed, and its known structure let software reconstruct the composition.

Tandem mass spectrometry is also used for selected reaction monitoring, or SRM. In SRM, both mass analyzers are fixed to a chosen m/z so the instrument focuses on specific precursor and product ions. This high sensitivity makes it useful for comparing peptide standards of known concentration with unknown samples to measure proteins of interest. The method is also helpful for detecting post-translational modifications, or PTMs, such as methyl groups, phosphate groups, and sugars called glycans, which play roles in cell signaling. Because the sample is broken into smaller pieces, the modification can sometimes be placed on a specific fragment or amino acid.

Some PTMs, such as acetylation and trimethylation, are hard to tell apart by mass alone, so chromatographic separation is done before mass spectrometry. SRM can also improve detection of very low-level compounds in blood. By removing all but one product ion, it can raise sensitivity and lower the detection limit by up to 100 fold. In the example shown, the immunosuppressant tacrolimus was detected at 1 ng/mL.

Tandem Mass Spectrometry for Biomolecule Analysis

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

protein crystallization

Protein Crystals for Structure Analysis

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

chromatography-based biomolecule purification methods

chromatography-based-biomolecule-purification-methods

Protein Purification with SEC and IMAC

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

two-dimensional gel electrophoresis

Protein Mapping with 2D Gel Electrophoresis

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

metabolic labeling

Tracking Cell Chemistry with Metabolic Labels

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

electrophoretic mobility shift assay (emsa)

electrophoretic-mobility-shift-assay-emsa

Detecting Protein-DNA Binding by EMSA

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

photometric protein determination

Measuring Protein Concentration with Absorbance

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

density gradient ultracentrifugation

Sucrose Gradient Separation in an Ultracentrifuge

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

co-immunoprecipitation and pull-down assays

co-immunoprecipitation-and-pull-down-assays

Protein Interaction Capture Methods in Cells

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

reconstitution of membrane proteins

Membrane Proteins in Liposome Models

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

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

FRET as a Molecular Ruler in Cells

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

surface plasmon resonance (spr)

SPR Biosensors for Tracking Binding Kinetics

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

biochemistry

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

Learn how tandem mass spectrometry isolates biomolecules, fragments them, and helps detect proteins, PTMs, and low-level drugs in blood.

Tandem Mass Spectrometry for Biomolecule Analysis | JoVE K12

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

Life Science

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

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

Overview

Principles of Tandem Mass Spectrometry

Instrumental Operation

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

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 ...

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 ...

Standing Waves

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

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

Modes of Standing Waves - I

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

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

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

Tandem Mass Spectrometry for Biomolecule Analysis

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards