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

K12 Standards

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New York State Science Learning Standards

High School

Physical Science

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

Protein Crystallization

단백질 결정화, 생체 분자의 고체 격자를 획득, 단백질 구조를 해명하고 단백질 기능의 연구를 가능하게. 결정화는 pH, 온도, 이온 강도 및 단백질 농도를 포함하여 많은 요인의 조합에서 정제된 단백질을 건조하는 것을 포함합니다. 일단 결정이 얻어지면, 단백질 구조는 전자 밀도 모델의 엑스레이 회절 및 계산에 의해 해명될 수 있다.
이 비디오는 단백질 결정화를 소개하고 일반적인 절차를 보여줍니다. 단백질 발현 및 정제, 결정화 및 엑스레이 회절은 절차에서 덮여 있습니다. 단백질 결정화의 응용 은 실리코 약물 설계, 결합 부위 결정 및 막 단백질 구조 분석에 포함됩니다.

단백질 결정화

단백질 결정화, 생체 분자의 고체 격자를 획득, 단백질 구조를 해명하고 단백질 기능의 연구를 가능하게. 결정화는 pH, 온도, 이온 강도 및 단백질 농도를 포함하여 많은 요인의 조합에서 정제된 단백질을 건조하는 것을 포함합니다. 일단 결정이 얻어지면, 단백질 구조는 전자 밀도 모델의 엑스레이 회절 및 계산에 의해 해명될 수 있다.
이 비디오는 단백질 결정화를 소개하고 일반적인 절차를 보여줍니다. 단백질 발현 및 정제, 결정화 및 엑스레이 회절은 절차에서 덮여 있습니다. 단백질 결정화의 응용 은 실리코 약물 설계, 결합 부위 결정 및 막 단백질 구조 분석에 포함됩니다.
<div class="chapter_text" id="script_0">
단백질 결정화는 단백질의 격자 고체 형태를 얻는 과정입니다. 이 결정은 단백질 기능의 연구 결과에 도움을 주며 구조 생물학자들에게 특히 중요합니다. 질량 사양 또는 SDS-PAGE와 같은 다른 기술은 단백질의 1차원 구조에 대한 정보만 제공할 수 있습니다. 단백질 결정화는 재조합 단백질 발현 및 엑스레이 회절의 기술에 의해 보완됩니다. 이 비디오는 단백질 결정화의 원리, 일반적인 실험실 절차 및 생화학 분야에서의 몇 가지 응용 분야를 보여줍니다.
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<div class="chapter_text" id="script_1">
공정에서 요구되는 첫 번째 단계는 일반적으로 재조합 단백질 발현을 사용하여 매우 순수한 단백질의 밀리그램 양을 얻는 것입니다. 관심 있는 단백질에 대응하는 유전자는 발현 벡터로 복제되고, 발현 단백질은 폴리 히스티딘과 같은 친화성 태그에 융합되어 친화성 크로마토그래피에 의한 정화를 지원한다. 자세한 내용은 친화도 크로마토그래피에 대한 이 컬렉션의 비디오를 참조하십시오.
정제된 단백질을 결정으로 형성하는 것은 pH, 이온 강도, 침전제 및 단백질의 농도, 온도 및 평형 속도를 포함한 많은 요인의 적절한 조합에 달려 있습니다. 사용되는 가장 일반적인 방법은 증기 확산이며, 그 중 두 가지 범주가 있습니다: 매달려 드롭과 앉는 방울. 순수 단백질, 완충제 및 침전제를 함유하는 액적물은 물 분자를 결합하여 단백질의 물 가용성을 줄이고 더 높은 단백질 농도를 모방하는 이온 고체이며, 동일한 완충제와 침전제의 고농축 혼합물을 가진 저수지가 있는 밀폐된 마이크로웰에 있습니다. 처음에, 단백질과 침전제의 농도는 결정화를 일으키는 원인이 되기 위하여 너무 낮습니다. 실험 과정에서 물방울에서 수화하여 저수지에서 수거합니다. 물방울의 물의 양이 감소하면 시스템이 과포화되고 핵화가 발생하여 결정화가 발생할 수 있습니다. 물방울에서 물의 순 전송은 평형에 있으며 프로세스가 완료 될 때까지 시스템이 유지됩니다.
3D 구조를 시각화하려면 X-ray 회절이 사용됩니다. 결정으로부터 엑스레이 데이터를 얻으려면 단색 엑스레이 빔에 배치되어 모든 각도에서 빔에 노출됩니다. 각 노출은 각 스팟이 결정에서 나오고 검출기에 의해 등록된 분산된 엑스레이인 이미지를 제공합니다. 데이터는 결합되어 크리스탈 내에서 원자의 배열 모델을 생성합니다. 결과 결정 구조는 원자의 3 차원 배치를 보여 주며, 2 개의 앙스트롬의 전형적인 해상도를 보여줍니다.

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<div class="chapter_text" id="script_2">
이제 우리는 단백질 결정화의 원리를 다루었으니, 일반화된 프로토콜을 살펴보겠습니다.
시술을 시작하려면 관심 있는 유전자를 포함하는 발현 벡터가 세포로 변환된다. 세포는 배양되고 중간 로그 단계에서, 발현은 유전자의 mRNA의 전사를 시작하는 IPTG와 같은 유도자를 추가하여 시작됩니다. 단백질 발현 후, 원유 물질은 리시스 완충제에서 중단된 다음 원심분리에 의해 명확히 된다.
정제된 lysate는 니켈 컬럼에 적재되고, 폴리히스티딘 태그단백질은 다른 모든 생체분자를 씻어내면서 컬럼에 결합한다.
순수한 단백질의 여러 밀리그램이 얻어지면 증기 확산에 의한 결정화준비가 되어 있습니다. 24웰의 매달려/앉는 드롭 트레이는 염화 나트륨과 아세테이트 나트륨 완충액의 다양한 농도로 채워집니다. 착석 방법의 경우 동일한 양의 단백질과 저수지 용액이 각 우물 위의 선반에 파이프를 넣고 트레이는 투명 테이프로 덮여 있습니다. 트레이는 다음 날, 다음 날, 다음 날에 성장을 위해 모니터링되는 인큐베이션 챔버에 배치됩니다.
적절한 결정이 얻어지면 X 선 회절 분석을 위한 준비가 되었습니다. 결정은 선택된 방향으로 결정을 배치하기 위해 고니오미터에 장착됩니다. 크리스탈은 모든 각도에서 X 선의 단색 빔으로 조명되어 회절 패턴을 생성합니다. 이 소프트웨어는 다른 방향으로 촬영한 2차원 이미지를 결정에서 원자의 위치를 결정함으로써 결정 내의 전자 밀도의 3차원 모델로 변환합니다.
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<div class="chapter_text" id="script_3">
이제 절차를 검토한 결과, 단백질 결정화의 유용한 응용 분야와 또 다른 결정화 기법을 검토해 보겠습니다.
단백질 결정화는 실리코 약물 설계에 사용될 수 있다. 포유류의 바이러스 감염과 관련이 있는 인플루엔자 바이러스의 폴리머라제 기본 단백질 2의 3차원 구조는 결정화 및 엑스레이 회절에 의해 결정화되었다. 단백질에 있는 잠재적인 결합 사이트는 시각화되고, 도킹 프로그램의 사용으로, 3차원 분자는 단백질에 있는 갈라진으로 삽입할 것을 디자인되었습니다.
단백질-DNA 복합체의 코결정화도 유용한 기술이다. DNA 결합 단백질은 전사 및 DNA 중합 및 DNA 수리와 같은 다양한 생물학적 기능을 조절합니다. 이러한 복합체의 결정 구조는 단백질 기능, 메커니즘 및 특정 상호 작용의 특성에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 대장균 단백질 SeqA, DNA 복제의 부정적인 레귤레이터, hemimethylated DNA와 함께 결정화 되었다.
G-단백질 결합 수용체 또는 GCPRs와 같은 일체형 멤브레인 단백질은 결정 격자 접합을 형성하는 데 사용할 수 있는 제한된 양의 극지 표면적으로 인해 결정화하기 어렵고, 이는 융합 단백질 보조 단백질 결정화의 발달로 이어졌다. β2 아드레인기수용체, GCPR 및 리소자임을 인코딩하는 유전자는 발현 벡터로 삽입되었다. β2AR-리소자임 융합 단백질의 결정화는 리소지임에 의해 제공되는 자연소수성 β2AR을 통해 세포외 소수성 표면이 증가함에 따라 달성되었으며, 결정 격자에서 포장 상호 작용을 형성하는 데 필요한 것이다.
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<div class="chapter_text" id="script_4">
당신은 단백질 결정화에 JoVE의 비디오를 보았다. 이 비디오는 그 원리, 일반화 된 프로토콜 및 생물 의학 분야에서의 일부 용도를 설명했습니다. 시청해 주셔서 감사합니다!
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Protein crystallization, obtaining a solid lattice of biomolecules, elucidates protein structure and enables the study of protein function. ...

단백질 결정화는 단백질의 격자 고체 형태를 얻는 과정입니다. 이 결정은 단백질 기능 연구를 지원하는 구조 생물학자에게 특히 중요합니다. 질량 분석기 또는 SDS-PAGE와 같은 다른 기술은 단백질의 1차원 구조에 대한 정보만 제공할 수 있습니다. 단백질 결정화는 재조합 단백질 발현 및 X선 회절 기술로 보완됩니다. 이 비디오는 단백질 결정화의 원리, 일반적인 실험실 절차 및 생화학 분야에서의 여러 응용 분야를 보여줍니다. 이 과정에서 필요한 첫 번째 단계는 일반적으로 재조합 단백질 발현을 사용하여 매우 순수한 단백질의 밀리그램 수량을 얻는 것입니다. 관심 단백질에 해당하는 유전자를 발현 벡터로 복제하고, 발현된 단백질을 폴리히스티딘(poly-histidine)과 같은 친화성 태그(affinity tag)에 융합하여 친화성 크로마토그래피에 의한 정제를 돕습니다. 자세한 내용은 친화성 크로마토그래피에 대한 이 컬렉션의 비디오를 참조하십시오. 정제된 단백질을 결정으로 형성하는 것은 pH, 이온 강도, 침전제 및 단백질 농도, 온도, 평형 속도를 포함한 많은 요인의 적절한 조합에 따라 달라집니다. 가장 일반적으로 사용되는 방법은 증기 확산이며, 그 중 두 가지 범주가 있습니다 : 행잉 드롭과 시팅 드롭. 순수 단백질, 완충액 및 침전제(물 분자와 결합하여 단백질의 수분 가용성을 줄이고 더 높은 단백질 농도를 모방하는 이온 고체)를 포함하는 액적은 동일한 완충액과 침전제의 더 높은 농도 혼합물이 있는 저장소가 있는 밀폐된 마이크로웰에 있습니다. 처음에는 단백질과 침전물의 농도가 너무 낮아 결정화를 일으킬 수 없습니다. 실험이 진행되는 동안 물은 물방울에서 기화하여 저장소에 모입니다. 액적 내 물의 양이 감소하면 시스템이 과포화 상태가 되고 핵 형성 후 결정화가 발생할 수 있습니다. 물방울에서 물의 순 이동은 평형 상태에 있으며 프로세스는 완료될 때까지 유지됩니다. 3D 구조를 시각화하기 위해 X선 회절이 사용됩니다. 결정에서 X선 데이터를 얻기 위해 단색 X선 빔에 배치되어 모든 각도에서 빔에 노출됩니다. 각 노출은 이미지를 제공하며, 여기서 각 지점은 결정에서 나오고 검출기에 의해 등록되는 회절된 X선입니다. 데이터는 결정 내 원자 배열의 모델을 생성하기 위해 결합됩니다. 결과 결정 구조는 2 옹스트롬의 일반적인 해상도로 원자의 3차원 배치를 보여줍니다. 이제 단백질 결정화의 원리를 다루었으므로 일반화된 프로토콜을 살펴보겠습니다. 절차를 시작하기 위해 관심 유전자를 포함하는 발현 벡터를 세포로 변환합니다. 세포는 배양되고 mid-log 단계에서는 유전자의 mRNA의 전사를 유발하는 IPTG와 같은 유도제를 추가하여 발현이 시작됩니다. 단백질 발현 후, 조질 물질은 용해 완충액에 현탁된 다음 원심분리에 의해 정화됩니다. 그런 다음 정화된 용해물을 니켈 컬럼에 로드하고 폴리히스티딘 태그가 지정된 단백질은 다른 모든 생체 분자가 씻겨 나가는 동안 컬럼에 결합합니다. 수 밀리그램의 순수 단백질이 얻어지면 증기 확산에 의한 결정화 준비가 됩니다. 24웰 행잉/시팅 드롭 트레이는 다양한 농도의 염화나트륨과 아세트산나트륨 완충 용액으로 채워져 있습니다. 시팅 드롭 방법의 경우, 동일한 부피의 단백질과 저장 용액을 각 웰 위의 선반에 피펫으로 넣은 다음 트레이를 투명 테이프로 덮습니다. 그런 다음 트레이를 배양실에 넣고 다음 날, 그 다음날, 그 다음에는 며칠에 한 번씩 웰의 성장을 모니터링합니다. 적절한 결정이 얻어지면 X선 회절 분석을 수행할 준비가 된 것입니다. 크리스탈은 선택한 방향으로 크리스탈을 배치하기 위해 고니오미터에 장착됩니다. 결정은 모든 각도에서 단색 X선 빔으로 조명되어 회절 패턴을 생성합니다. 이 소프트웨어는 서로 다른 방향에서 촬영한 2차원 이미지를 결정 내 원자의 위치를 결정하여 결정 내 전자 밀도의 3차원 모델로 변환합니다. 이제 절차를 검토했으므로 단백질 결정화의 몇 가지 유용한 응용 분야와 또 다른 결정화 기술을 검토해 보겠습니다. 단백질 결정화는 인실리코(in silico) 약물 설계에 사용될 수 있습니다. 포유류의 바이러스 감염과 관련이 있는 인플루엔자 바이러스의 중합효소 염기성 단백질 2의 3차원 구조는 결정화와 X선 회절에 의해 결정되었습니다. 단백질의 잠재적 결합 부위가 시각화되고 도킹 프로그램을 사용하여 단백질의 갈라진 틈에 삽입되는 3차원 분자가 설계되었습니다. 단백질-DNA 복합체의 공동 결정화도 유용한 기술입니다. DNA 결합 단백질은 전사 및 DNA 중합 및 DNA 복구와 같은 다양한 생물학적 기능을 조절합니다. 그리고 이러한 복합체의 결정 구조는 단백질 기능, 메커니즘 및 특정 상호 작용의 특성에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. DNA 복제의 음성 조절자인 E. coli 단백질 SeqA는 헤미메틸화된 DNA와 함께 공동 결정화되었습니다. G-단백질 결합 수용체(GCPR)와 같은 일체형 막 단백질은 결정 격자 접촉을 형성하는 데 사용할 수 있는 극 표면적의 양이 제한되어 있어 결정화가 어려우며, 이는 융합 단백질 보조 단백질 결정화의 개발로 이어졌습니다. ?2 아드레날린 수용체(adrenergic receptor), GCPR 및 라이소자임(lysozyme)을 암호화하는 유전자를 발현 벡터에 삽입하였다. ?2AR-라이소자임 융합 단백질의 결정화는 결정 격자에서 패킹 상호작용을 형성하는 데 필요한 라이소자임에 의해 제공되는 자연적으로 소수성인 ?2AR에 비해 증가된 세포 외 친수성 표면으로 인해 달성되었습니다. 단백질 결정화에 대한 JoVE의 비디오를 시청하셨습니다. 이 비디오는 원칙, 일반화된 프로토콜 및 생물 의학 분야에서의 일부 용도에 대해 설명했습니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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protein crystals for structure analysis

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

The process starts with a large amount of very pure protein. Researchers often make that protein using recombinant expression. The gene of interest is placed in an expression vector, and the protein is given an affinity tag, such as a poly-histidine tag, so it can be purified by affinity chromatography. After purification, the protein is ready for crystal growth.

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

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

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

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

Protein Crystals for Structure Analysis

dialysis: diffusion based separation

Dialysis for Buffer Exchange in Biochemistry

Dialysis is a common biochemistry technique for buffer exchange and desalting. It separates molecules by diffusion through a semipermeable membrane, which lets small molecules pass while holding larger biomolecules inside the sample. The membrane is the key part of the setup. Its pores create a molecular weight cutoff, so a membrane such as a 10 kDa membrane usually keeps molecules larger than 10 kilodaltons inside. This cutoff is not exact, because membranes have a range of pore sizes.

enzyme assays and kinetics

Measuring Enzyme Reaction Rates

Enzyme reaction rates can be measured with assays that track how substrate or product levels change over time. Enzymes are proteins, or sometimes RNAs, that speed up chemical reactions by lowering the activation energy needed to start them. They act on a specific substrate and help form a product that supports life processes. Enzymatic reactions are often described in three steps. First, the substrate binds to the enzyme active site and forms an enzyme-substrate complex. That complex can fall...

maldi-tof mass spectrometry

How MALDI-TOF Reads Biomolecules

MALDI-TOF mass spectrometry reads biomolecules by using a laser, a matrix, and a time-of-flight analyzer. MALDI, or matrix-assisted laser desorption ionization, helps fragile molecules keep their structure while they are moved into the mass analyzer. The analyzer then separates compounds based on size and charge. In MALDI, the sample is mixed into a matrix, usually an organic compound with aromatic and conjugated double bonds. A laser pulse strikes the spot, and the matrix absorbs most of the...

tandem mass spectrometry

Tandem Mass Spectrometry for Biomolecule Analysis

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

protein crystallization

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

chromatography-based biomolecule purification methods

chromatography-based-biomolecule-purification-methods

Protein Purification with SEC and IMAC

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

two-dimensional gel electrophoresis

Protein Mapping with 2D Gel Electrophoresis

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

metabolic labeling

Tracking Cell Chemistry with Metabolic Labels

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

electrophoretic mobility shift assay (emsa)

electrophoretic-mobility-shift-assay-emsa

Detecting Protein-DNA Binding by EMSA

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

photometric protein determination

Measuring Protein Concentration with Absorbance

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

density gradient ultracentrifugation

Sucrose Gradient Separation in an Ultracentrifuge

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

co-immunoprecipitation and pull-down assays

co-immunoprecipitation-and-pull-down-assays

Protein Interaction Capture Methods in Cells

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

reconstitution of membrane proteins

Membrane Proteins in Liposome Models

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

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

FRET as a Molecular Ruler in Cells

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

surface plasmon resonance (spr)

SPR Biosensors for Tracking Binding Kinetics

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

biochemistry

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.

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

Protein Crystals for Structure Analysis | JoVE K12

Life Science

Structure and Function

HS-LS1-1.

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

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

Inheritance and Variation of Traits

HS-LS3-1.

Overview

Principles of Protein Crystallization

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

Applications

Summary

Travelling Waves

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

Wave Parameters

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

Equations of Wave Motion

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

Graphing the Wave Function

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

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Velocity and Acceleration of a Wave

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

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.

Protein Crystals for Structure Analysis

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