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

K12 Standards

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High School

Physical Science

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

Metabolic Labeling

대사 라벨링은 세포에서 발생하는 생화학적 변형 및 수정을 조사하는 데 사용됩니다. 이것은 자연 생체 분자의 구조를 모방하는 화학 유사체를 사용하여 달성됩니다. 세포는 내인성 생화학 공정에서 유사체를 활용하여 라벨이 부착된 화합물을 생산합니다. 라벨은 검출 및 친화성 태그의 통합을 허용, 다음 다른 생화학 적 분석 기술을 사용하여 신진 대사 경로를 해명하는 데 사용할 수 있습니다, SDS 페이지 와 NMR 등.
이 비디오는 신진 대사 라벨링의 개념을 소개하고 두 가지 일반적인 절차를 보여줍니다.  첫 번째는 단백질의 인산화를 특성화하기 위해 동위원소 라벨링을 사용합니다. 두 번째는 신진 대사 라벨링의 세 가지 응용 프로그램 내에서 단백질 단백질 상호 작용을 특성화하는 광반응 라벨을 커버합니다: 식물 물질 라벨링, 운동학을 측정하기 위해 RNA를 라벨링 및 배아 개발시 글리칸 라벨링.

신진 대사 라벨링

대사 라벨링은 세포에서 발생하는 생화학적 변형 및 수정을 조사하는 데 사용됩니다. 이것은 자연 생체 분자의 구조를 모방하는 화학 유사체를 사용하여 달성됩니다. 세포는 내인성 생화학 공정에서 유사체를 활용하여 라벨이 부착된 화합물을 생산합니다. 라벨은 검출 및 친화성 태그의 통합을 허용, 다음 다른 생화학 적 분석 기술을 사용하여 신진 대사 경로를 해명하는 데 사용할 수 있습니다, SDS 페이지 와 NMR 등.
이 비디오는 신진 대사 라벨링의 개념을 소개하고 두 가지 일반적인 절차를 보여줍니다.  첫 번째는 단백질의 인산화를 특성화하기 위해 동위원소 라벨링을 사용합니다. 두 번째는 신진 대사 라벨링의 세 가지 응용 프로그램 내에서 단백질 단백질 상호 작용을 특성화하는 광반응 라벨을 커버합니다: 식물 물질 라벨링, 운동학을 측정하기 위해 RNA를 라벨링 및 배아 개발시 글리칸 라벨링.

<div class="chapter_text" id="script_0">
신진 대사 라벨은 세포의 기계를 조사하는 데 사용됩니다. 이것은 발생하는 생화학적 변형 및 수정을 조사하기 위해 화학 적 유사체를 사용하여 수행됩니다. 이 비디오는 신진 대사 라벨링, 일반적인 동위원소 및 광반응 라벨링 절차 및 일부 응용 프로그램의 원리를 보여줍니다.
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<div class="chapter_text" id="script_1">
대사 라벨링은 여러 가지 전략을 사용하여 수행 될 수있다. 여기에서 우리는 동위원소, 광반응성 및 바이오 직교 라벨을 설명합니다.
동위원소 라벨링은 화학적으로 자연적인 유사체와 동일하지만 구조에 통합된 드문 동위원소가 있는 구조용 유사체를 사용하여 수행됩니다. 이 L-리신 아날로그에서 탄소 및 질소 원자는 탄소-13 및 질소-15로 대체된다. 동위원소 유사체의 존재에서 배양 된 세포는 생화학 적 구조에 통합됩니다. 대사 산물은 세포에서 수집되고 분석을 위해 정제됩니다. 안정적인 동위원소를 가진 견본은 질량 분광법 또는 NMR 분광법과 같은 기술을 사용하여 분석됩니다. 방사성 라벨을 가진 견본은 동위원소 라벨링 프로토콜에서 입증될 액체 신경화 계수 및 엑스레이 필름을 사용하여 분석됩니다.
광반응성 라벨은 자외선에 노출될 때까지 안정되는 단백질에 통합된 기능성 그룹입니다. 기능성 그룹은 가장 가까운 단백질에 결합하는 반응성 라디칼을 형성합니다. 일반적인 예로, L-photo-leucine에는 광반응 크로스링커인 다이아디린 링이 포함되어 있습니다. 동위원소 라벨링과는 달리, 사진 반응성 화학 유사체와 자연적인 대응 사이에는 화학적 유사성이 있습니다. 세포는 유사체보다 천연 화합물을 우선적으로 통합할 수 있습니다. 따라서, 모방되는 화합물이 없는 매체에서 사진 반응성 라벨링을 수행하는 것이 중요하다. 일단 자외선에 드러나면, 표지된 단백질의 광 반응성 그룹은 불안정하고 반응성이 높으며 상호 작용하는 단백질과 상호 연결되어 단백질 복합체를 만듭니다. 교차 연결된 복합체는 SDS PAGE 및 질량 분석 방법을 사용하여 분석할 수 있는 스냅샷 역할을 합니다. 이것은 반응 종을 확인하여 신진 대사 통로에서 일어나는 무슨 반응및 결합 사이트를 결정하여 상호 작용하는 지에 대한 통찰력을 제공합니다.
생물 정형 호고날 라벨링 전략은 천연 생체 분자와 반응성이 거의 또는 전혀 없는 작은 기능성 그룹과 유사체를 활용합니다. 예를 들어, 아지드는 생화학 반응에 직교라고하는 작은 기능 성 그룹입니다. Staudinger 결찰에서, 포스핀 그룹은 아지도 그룹을 공격합니다. 이것은 아민 결합 리간드의 결과로, 분자적으로 가까운 에스테르와 반응하는 전환 상태를 산출합니다. 생체 분자에 통합된 생체 오르토고날 기능성 그룹은 형광 기능성 그룹과 같은 검출 태그 및 항원과 같은 친화성 태그로 결합될 수 있다.
이제 신진 대사 라벨에 대한 몇 가지 개념과 전략이 논의되었으므로 실험실의 과정을 살펴 보겠습니다.
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<div class="chapter_text" id="script_2">
대사 라벨링 실험의 첫 번째 단계는 관심있는 단백질을 수집하는 것입니다. 이를 위해, 세포는 플레이트에서 재배되고, 발현 방법은 원하는 단백질의 합성을 촉진하는 데 사용된다. 이 예에서, 류신이 풍부한 반복 키나아제, 또는 LRRK가 표현된다. 방사성 인-32를 함유한 디나트륨 인산염은 아날로그로 사용된다. 이온화 방사선으로부터 보호하기 위해 적절한 조치를 취해야 합니다. 여기에는 작업 영역 설정, 적절한 보호 장비 착용, 방사성 오염 확인 등이 포함됩니다. 일단 안전 조치가 취해지면 동위원소 유사체를 포함하는 매체가 준비됩니다. 배양으로부터의 배지는 제거되고, 동위원소 화학 유사체를 포함하는 것으로 대체된 다음 배양한다. 배양 후 세포는 lysed됩니다. 용액을 수집하고 정제합니다.
정제 후, 단백질은 SDS-PAGE를 사용하여 해결한 다음 PVDF 멤브레인으로 전달됩니다. 사인방사선은 막을 엑스레이 필름에 노출시킴으로써 수행되고 인광구 이미저를 사용하여 측정된다. 서양 블로팅은 PVDF 막에서 상대적인 단백질 수준을 측정하는 데 사용됩니다. 이 예에서는 293T 세포에서 합성된 류신이 풍부한 반복 키나아제의 인산화 수준을 측정하였다. 자동 방사선 사진은 얼마나 많은 인이 단백질에 통합되었는지 보여줍니다. 서양 얼룩은 LRRK 단백질의 수준을 해명합니다. 이미지 분석 소프트웨어는 단백질의 인산화 수준의 정량적 데이터를 얻기 위해 사용된다.
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<div class="chapter_text" id="script_3">
이 다음 절차에서는 광반응 라벨링이 시연됩니다. 첫째, 세포는 제조되고 배양된다. 광반응성 아날로그는 중간 로그 단계에서 셀에 추가되고 배양됩니다. 이 절차에서 p-벤조일펠헤니알라닌이 사용된다. 샘플은 간격에 걸쳐 수집되고 얼음위에 놓입니다. 샘플은 시간이 지남에 따라 생화학 적 경로의 스냅 샷을 얻기 위해 노출됩니다. 관심 있는 단백질은 SDS-PAGE를 사용하여 정제되고 해결됩니다.
포토반응성 라벨링 전략은 관심 있는 단백질과 상호 작용하는 화합물을 식별하는 데 사용되었습니다. 서양 얼룩을 가진 면역 검출은 조사된 견본에 더 높은 분자량 단백질이 존재한다는 것을 나타내는 단백질 밴드를 보여줍니다. 이들은 UV 조사 도중 생기는 단백질 단백질 상호 작용 때문에 교차 연결에서 입니다.
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<div class="chapter_text" id="script_4">
이제 신진 대사 라벨링 절차를 검토했습니다.
대사 라벨링 개념은 다세포 유기체로 확장될 수 있습니다. 식물은 밀봉 된 환경에서 재배되며, 안정적인 동위원소가 풍부하여 라벨이 부착 된 식물 재료를 생산합니다. 탄소-13을 함유한 이산화탄소가 인클로저에 첨가되고 질소-15는 풍부한 비료를 사용한다. 그 결과 수확된 식물 재료는 생태계에서 탄소 와 질소 사이클링에 대한 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.
라벨링은 오래된 RNA로부터 새로 합성된 RNA의 분리를 가능하게 합니다. 아날로그의 초기 농도를 변경함으로써, 새로운 RNA 합성의 운동을 결정할 수 있다. 결과는 4-thiouridine의 농도가 얼마나 새로운 RNA가 전사되는지에 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 추가적으로, RNA에 라벨의 편화 비율은 분광광계로 직접 정량화될 수 있다.
바이오트호고날 클릭 화학작용을 사용하여 얼룩말 물고기 배아의 글리칸에 라벨을 부착할 수 있습니다. 계란은 글리칸에 알키네 라벨을 초래하는 라벨링 화합물을 주입합니다. 애벌레의 글리칸은 원하는 개발 단계에서 염료 화합물로 리게된다. 배아의 글리칸이 그 때 이미지화됩니다. 상이한 시점에서 생성된 글리칸은 배아 발달의 다른 단계에서 다른 색상을 사용하여 라벨을 부착하여 식별할 수 있다.
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당신은 신진 대사 라벨에 JoVE의 비디오를 보았다. 이 비디오는 신진 대사 라벨링과 그들의 전략 뒤에 개념을 설명하고, 두 개의 일반적인 절차를 통해 갔다, 기술의 사용의 일부를 커버.
시청해 주셔서 감사합니다!
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Metabolic labeling is used to probe the biochemical transformations and modifications that occur in a cell. This is accomplished by using chemical analogs ...

대사 라벨링은 세포의 메커니즘을 조사하는 데 사용됩니다. 이는 발생하는 생화학적 변형 및 변형을 조사하기 위해 화학적 유사체를 사용하여 수행됩니다. 이 동영상은 대사 라벨링의 원리, 일반적인 동위원소 및 광반응성 라벨링 절차, 그리고 몇 가지 응용 분야를 보여줍니다. 대사 라벨링은 여러 전략을 사용하여 수행할 수 있습니다. 여기에서는 동위원소, 광반응성 및 생체 직교 라벨링에 대해 설명합니다. 동위원소 표지는 자연적인 동위원소와 화학적으로 동일하지만 구조에 흔하지 않은 동위원소가 통합된 구조적 유사체를 사용하여 수행됩니다. 이 L-라이신 유사체에서 탄소와 질소 원자는 탄소-13과 질소-15로 대체됩니다. 동위원소 유사체가 있는 상태에서 배양된 세포는 이를 생화학적 구조에 통합합니다. 대사 산물은 세포에서 수집되어 분석을 위해 정제됩니다. 안정 동위원소가 있는 샘플은 질량 분광법 또는 NMR 분광법과 같은 기술을 사용하여 분석됩니다. 방사성 표지가 있는 샘플은 액체 섬광 계수 및 X선 필름을 사용하여 분석되며, 이는 동위원소 표지 프로토콜에서 입증됩니다. 광반응성 표지는 단백질에 통합된 작용기로, 자외선에 노출될 때까지 안정적입니다. 작용기는 가장 가까운 단백질에 결합하는 반응성 라디칼을 형성합니다. 일반적인 예인 L-photo-leucine에는 광반응성 교차결합제인 디아지린 고리가 포함되어 있습니다. 동위원소 라벨링과 대조적으로, 광반응성 화학 유사체와 자연적인 유사체 사이에는 약간의 화학적 유사성이 있습니다. 세포는 유사체보다 천연 화합물을 우선적으로 통합할 수 있습니다. 그러므로, 모방되는 화합물이 없는 매체에서 광반응성 라벨링을 수행하는 것이 중요합니다. 일단 자외선에 노출되면, 표지된 단백질의 광반응성 그룹은 불안정하고 반응성이 높아져 상호 작용하는 단백질과 가교결합을 일으켜 단백질 복합체를 생성합니다. 가교 복합체는 SDS-PAGE 및 질량 분석 방법을 사용하여 분석할 수 있는 스냅샷 역할을 합니다. 이는 반응 종을 식별하여 대사 경로에서 어떤 반응이 일어나고 있는지, 그리고 결합 부위를 결정하여 어떻게 상호 작용하는지에 대한 통찰력을 제공합니다. Bioorthogonal 라벨링 전략은 천연 생체 분자와 거의 또는 전혀 반응하지 않는 작은 작용기를 가진 유사체를 사용합니다. 예를 들어, 아지드화물은 작은 작용기이며, 반응성은 생화학 반응과 직교한다고 합니다. 슈타우딩거 결찰(Staudinger ligation)에서, 포스핀(phosphine)기는 아지도(azido)기를 공격한다. 이것은 분자 내에서 근처의 에스테르와 반응하는 전이 상태를 생성하여 아민 결합 리간드를 생성합니다. 생체 분자에 통합된 생물 직교 작용기는 형광 작용기와 같은 검출 태그 및 항원과 같은 친화성 태그로 연결할 수 있습니다. 이제 대사 라벨링에 대한 몇 가지 개념과 전략에 대해 논의했으므로 실험실에서의 프로세스를 살펴보겠습니다. 대사 라벨링 실험의 첫 번째 단계는 관심 단백질을 수집하는 것입니다. 이를 위해 세포를 플레이트에서 성장시키고 발현 방법을 사용하여 원하는 단백질의 합성을 촉진합니다. 이 예에서는 류신이 풍부한 반복 키나아제(LRRK)가 발현됩니다. 방사성 인-32를 함유한 인산이나트륨이 아날로그로 사용됩니다. 전리 방사선으로부터 보호하기 위해 적절한 조치를 취해야 합니다. 여기에는 작업 구역 설정, 적절한 보호 장비 착용, 방사능 오염 여부 확인 등이 포함됩니다. 안전 조치가 취해지면 동위원소 유사체를 포함하는 배지가 준비됩니다. 배양액의 배지를 제거하고 동위원소 화학 유사체를 포함하는 배지로 교체한 다음 배양합니다. 배양 후 세포를 용해시킵니다. 용해물은 수집되고 정제됩니다. 정제 후 단백질은 SDS-PAGE를 사용하여 분해된 다음 PVDF 멤브레인으로 전달됩니다. 자가 방사선 촬영은 멤브레인을 X선 필름에 노출시켜 수행하고 형광체 이미저를 사용하여 측정합니다. 웨스턴 블로팅(Western blotting)은 PVDF 멤브레인의 상대적인 단백질 수준을 측정하는 데 사용됩니다. 이 예에서는 293T 세포에서 합성된 류신이 풍부한 반복 키나아제의 인산화 수준을 측정했습니다. 자가방사선 검사는 단백질에 얼마나 많은 인이 혼입되었는지 보여줍니다. 웨스턴 블로팅은 LRRK 단백질의 수준을 설명합니다. 이미지 분석 소프트웨어는 단백질의 인산화 수준에 대한 정량적 데이터를 얻는 데 사용됩니다. 다음 절차에서는 광반응성 라벨링을 보여줍니다. 먼저, 세포를 준비하고 배양합니다. 광반응성 유사체는 mid-log 단계에서 세포에 추가되고 배양됩니다. 이 절차에서는 p-벤조일페닐알라닌이 사용됩니다. 샘플은 일정한 간격으로 수집되어 얼음 위에 올려집니다. 그런 다음 샘플을 노출시켜 시간 경과에 따른 생화학적 경로의 스냅샷을 얻습니다. 그런 다음 관심 단백질을 정제하고 SDS-PAGE를 사용하여 분리합니다. 관심 단백질과 상호 작용하는 화합물을 식별하기 위해 광반응성 라벨링 전략을 사용했습니다. 웨스턴 블로팅(Western blotting)을 이용한 면역검출은 방사선 조사된 샘플에 더 높은 분자량 단백질이 존재함을 나타내는 단백질 띠를 보여줍니다. 이는 UV 조사 중에 발생하는 단백질-단백질 상호 작용으로 인한 가교에서 비롯됩니다. 지금까지 대사 라벨링 절차를 살펴보았으니, 이제 이 프로세스가 사용되는 몇 가지 방법을 살펴보겠습니다. 대사 라벨링 개념은 다세포 유기체로 확장될 수 있습니다. 식물은 밀폐된 환경에서 자라며, 표지된 식물 물질에 안정적인 동위원소가 풍부합니다. 탄소-13을 함유한 이산화탄소를 인클로저에 첨가하고, 질소-15가 풍부한 비료를 사용한다. 그 결과 수확된 식물 재료는 생태계의 탄소 및 질소 순환에 대한 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 라벨링을 통해 이전 RNA에서 새로 합성된 RNA를 분리할 수 있습니다. 아날로그의 초기 농도를 변경함으로써 새로운 RNA 합성의 동역학을 결정할 수 있습니다. 결과는 4-티오우리딘의 농도가 새로운 RNA가 전사되는 양에 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 게다가, RNA에 상표의 혼입 비율은 분광 광도계로 직접 정량화될 수 있습니다. 쌍직교 클릭 화학을 사용하여 얼룩말 물고기 배아의 글라이칸을 표지할 수 있습니다. 난자에는 글라이칸에 알카인 라벨을 생성하는 라벨링 화합물이 주입됩니다. 그런 다음 유충의 글라이칸은 원하는 발달 단계에서 염료 화합물과 연결됩니다. 그런 다음 배아의 글라이칸을 이미지화합니다. 서로 다른 시점에 생성된 글라이칸은 서로 다른 배아 발달 단계에서 서로 다른 색상을 사용하여 라벨링하여 식별할 수 있습니다. 대사 라벨링에 대한 JoVE의 비디오를 시청하셨습니다. 이 비디오는 대사 라벨링의 개념과 그 전략을 설명하고, 두 가지 일반적인 절차를 살펴보고, 이 기술의 일부 용도를 다루었습니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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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)

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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

이 컬렉션은 선호도 크로마토그래피와 같은 일반적으로 사용되는 정제 방법과 MALDI-TOF와 같은 분석 방법을 제공합니다. 또한, 비디오는 공동 면역 침전 및 대사 라벨링과 같은 생체 분자 상호 작용 및 기능을 평가하는 방법을 선보이고 있습니다.

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 ...

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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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