Name: fret as a molecular ruler in cells
Uploaded: 2023-04-30T06:31:47.000Z
Duration: 6 min 39 s
Channel: JoVE

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New York State Science Learning Standards

High School

Physical Science

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

F&#246;rster Resonance Energy Transfer (FRET)

Förster 공명 에너지 전송 (FRET) 근거리 생화학 적 상호 작용을 조사하는 데 사용되는 현상이다. FRET에서, 기증자 광발광분자는 각각의 방출 및 흡수 스펙트럼이 겹치는 경우에 비 라디아케로 에너지를 수용자 분자로 비-방사적으로 전송할 수 있습니다. 전달된 에너지의 양 - 그리고 결과적으로 샘플의 전반적인 방출은 수용자 기증자 쌍의 광발광성 분자의 근접에 달려 있습니다. FRET 분석은 이 "분광 눈자"에서 생분자 구조 및 상호 작용의 상세한 정보를 얻기 위하여 그밖 생화학 기술과 결합됩니다.
이 비디오는 FRET 분석의 원칙과 개념을 다룹니다. 이 절차는 FRET에 대한 샘플을 준비하고 데이터를 표시하고 해석하는 방법에 중점을 둡니다. 마지막으로, 응용 프로그램은 세포 또는 단백질의 일부를 라벨링하여 형성 및 세포 과정을 모니터링, 단백질 구조를 변경하는 효소 반응을 모니터링하고, FRET를 사용하여 세포에 의해 발현된 단량체의 응집을 모니터링하는 것을 포함한다.

förster 공명 에너지 전송 (fret)

Förster 공명 에너지 전송 (FRET) 근거리 생화학 적 상호 작용을 조사하는 데 사용되는 현상이다. FRET에서, 기증자 광발광분자는 각각의 방출 및 흡수 스펙트럼이 겹치는 경우에 비 라디아케로 에너지를 수용자 분자로 비-방사적으로 전송할 수 있습니다. 전달된 에너지의 양 - 그리고 결과적으로 샘플의 전반적인 방출은 수용자 기증자 쌍의 광발광성 분자의 근접에 달려 있습니다. FRET 분석은 이 "분광 눈자"에서 생분자 구조 및 상호 작용의 상세한 정보를 얻기 위하여 그밖 생화학 기술과 결합됩니다.
이 비디오는 FRET 분석의 원칙과 개념을 다룹니다. 이 절차는 FRET에 대한 샘플을 준비하고 데이터를 표시하고 해석하는 방법에 중점을 둡니다. 마지막으로, 응용 프로그램은 세포 또는 단백질의 일부를 라벨링하여 형성 및 세포 과정을 모니터링, 단백질 구조를 변경하는 효소 반응을 모니터링하고, FRET를 사용하여 세포에 의해 발현된 단량체의 응집을 모니터링하는 것을 포함한다.
<div class="chapter_text" id="script_0">
Förster 공명 에너지 전송, 또는 FRET, 발광 분자 사이 에너지의 비 방사성 전송, 그리고 종종 근거리 생화학 상호 작용을 조사 하는 데 사용 됩니다. FRET는 형광 분자가 서로의 10 nm 이내에 간격을 두면 발생합니다. FRET 분석은 상세한 구조 정보를 얻기 위해 다른 기술과 결합 될 수있다. 이 비디오는 FRET의 기본 원칙을 소개하고 프로토콜 및 데이터 프레젠테이션을 요약하고 일부 생화학 적 응용 프로그램에 대해 논의합니다.
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<div class="chapter_text" id="script_1">
형광소와 같은 광발성 분자는 흡수 스펙트럼에서 파장에서 전자기 방사선을 흡수하여 흥분합니다. 이완되면 방출 스펙트럼 내의 파장에서 빛을 방출합니다. 형광에 대한 자세한 내용은 형광 현미경 검사법에 대한 JoVE의 비디오를 참조하십시오. 다른 형광은 자주 겹치는 다른 파장에서 빛을 흡수하고 방출합니다. 형광의 방출 스펙트럼이 다른 형광의 흡수 스펙트럼과 크게 겹치는 경우, "기증자"는 "수용자"에 의해 흡수되는 가상 광을 방출합니다. 흥분 된 기증자가 수용자의 10 nm 이내일 때, 에너지는 이폴 이폴 상호 작용에 의해 기증자에서 수락으로 옮겨질 것입니다. 기증자로부터 빛의 방출에 의한 에너지 방출은 그에 상응하는 감소합니다. 한편, 흥분 된 수용자는 방출 파장에서 빛을 방출합니다. FRET 반응은 형광 또는 기타 방사성 공정보다는 FRET에 의해 기증자로부터 방출되는 에너지의 비율 또는 효율성 측면에서 평가됩니다. 효율성은 FRET가 '분자' 또는 '분광' 통치자역할을 할 수 있도록 기증자와 수용자 사이의 거리에 크게 좌우됩니다.
생화학에서 FRET는 서로의 FRET 범위 안팎으로 이동하는 형광을 모니터링하여 분자의 형성 적 변화를 관찰하기 위해 질적으로 사용됩니다. 유사하게, 세포 기능은 FRET 쌍을 포함하는 분자로 공부될 수 있습니다. 표지된 분자가 효소 활성에 의해 갈라지면 FRET가 멈추고 관찰된 형광 파장이 변합니다.
이제 FRET의 원리를 이해하게 되었으므로 프로토콜에 대한 개요와 데이터를 표시하고 해석하는 몇 가지 방법을 살펴보겠습니다.
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<div class="chapter_text" id="script_2">
실험에 앞서, 관심있는 생체 분자, 전형적으로 DNA 또는 단백질은 분자 생물학 기술을 사용하여 형광 태그로 설계됩니다. 세포내로 변형된 유전 물질을 도입하는 일반적인 방법은 경질 및 전기기질을 포함한다.
이어서, 세포는 형광 현미경에 FRET 시각화를 위해 준비됩니다. 예를 들어, 분자는 단일 분자 FRET를 위한 슬라이드에 고정될 수 있거나, 샘플은 고처리량 스크리닝을 위해 우물에 적재될 수 있다.
이어서, 흥분 레이저, 현미경 및 관련 장비가 준비됩니다. (A) FRET 실험은 종종 강력한 레이저를 포함한다; (B) 적절한 PPE 및 안전 절차를 사용해야 합니다. 샘플은 계측기에 배치하고 흥분 레이저로 조명됩니다.
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<div class="chapter_text" id="script_3">
세포 동작을 모니터링하는 실험의 경우 방출 강도의 차이 또는 변화를 보여주는 색상 이미지가 사용됩니다. 기증자 및 수락자 방출 강도는 시간이 지남에 따라 FRET 응답을 추적하기 위해 함께 플롯됩니다.
또한 보다 복잡한 분석을 위해 다양한 기능에 FRET 데이터를 장착할 수도 있습니다. 실험에 따라 결과를 가장 잘 나타내는 여러 가지 방법으로 데이터가 표시되어 FRET를 유연한 실험 도구로 만들 수 있습니다.
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<div class="chapter_text" id="script_4">
이제 FRET 실험을 실행하고 분석하는 기본 사항에 익숙해졌으니 생화학 연구에서 FRET의 일부 응용 프로그램을 살펴보겠습니다.
FRET는 FRET 쌍으로 서로의 10 nm 내에서 이동할 것으로 예상되는 단백질 또는 세포의 일부를 라벨링하여 형성 적 변화 또는 세포 과정을 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 단백질 센서는 한 쌍의 형광으로 수용체에 라벨을 부착하여 제조됩니다. FRET 반응은 공초점 현미경 검사법에 의해 실시간으로 모니터링됩니다. 방출 파장 및 강도의 변화는 변형 변화를 나타냅니다.
FRET는 또한 활성 FRET 쌍으로 분자를 준비하고 반응의 변화를 관찰함으로써 사용될 수 있습니다. 기판이 절단되면 FRET가 중단되어 기증자 방출이 증가하고 수용자 방출이 감소합니다. 배출량은 기부자, 수락자 및 FRET의 기여를 결정하기 위해 분석됩니다. 직접 방출 인자가 시안 및 황형 광원 단백질에 대해 계산되면 기판의 농도 및 운동 파라미터가 결정될 수 있다.
FRET 쌍 중 하나를 포함하는 단조체를 표현하도록 설계된 셀은 이러한 단조체 간의 상호 작용을 위한 '센서'로 작동합니다. 이러한 단량제의 집계가 유도되면 FRET 응답이 관찰됩니다. 이것은 잘못 접힌 단백질의 '파종'에 의해 시작된 단백질 집계를 조사하기 위하여 이용될 수 있습니다. 여기서, 세포는 관심있는 단백질의 응집체로 변환되고, 배양되고, 유동 세포측정으로 분석하였다.
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<div class="chapter_text" id="script_5">
당신은 Förster 공명 에너지 전송에 조브의 비디오를 보았다, 또는 FRET. 이 비디오에는 FRET의 기본 원리, FRET 실험의 준비 및 분석 및 몇 가지 생화학 적 응용 프로그램이 포함되어 있습니다.
시청해 주셔서 감사합니다!
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Förster 공명 에너지 전송 (FRET)

F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) is a phenomenon used to investigate close-range biochemical interactions. In FRET, a donor photoluminescent ...

F?rster Resonance Energy Transfer 또는 FRET는 발광 분자 간의 비방사 에너지 전달이며 근거리 생화학적 상호 작용을 조사하는 데 자주 사용됩니다. FRET는 형광 분자가 서로 10nm 이내의 간격을 두고 있을 때만 발생합니다. FRET 해석은 다른 기술과 결합하여 자세한 구조 정보를 얻을 수 있습니다. 이 비디오에서는 FRET의 기본 원리를 소개하고, 프로토콜 및 데이터 프레젠테이션을 요약하고, 몇 가지 생화학적 응용 분야에 대해 논의합니다. 형광단과 같은 광발광 분자는 흡수 스펙트럼의 파장에서 전자기 복사를 흡수하여 여기됩니다. 이완됨에 따라 방출 스펙트럼 내의 파장으로 빛을 방출합니다. 형광에 대한 자세한 내용은 형광 현미경 검사에 대한 JoVE의 비디오를 참조하십시오. 서로 다른 형광단은 서로 다른 파장의 빛을 흡수하고 방출하며, 이는 자주 겹칩니다. 형광단의 방출 스펙트럼이 다른 형광단의 흡수 스펙트럼과 크게 겹치는 경우, ?공여체? "acceptor?"에 의해 흡수되는 가상 광자를 방출합니다. 여기된 공여체가 수용체로부터 10nm 이내에 있을 때, 에너지는 쌍극자-쌍극자 상호 작용에 의해 공여체에서 수용체로 전달됩니다. 공여체로부터의 빛 방출에 의한 에너지 방출은 그에 따라 감소합니다. 한편, 여기된 수용체는 방출 파장에서 빛을 방출합니다. FRET 반응은 효율성 또는 형광 또는 기타 복사 과정이 아닌 FRET에 의해 공여체에서 방출되는 에너지의 비율 측면에서 평가됩니다. 효율성은 공여체와 수용체 사이의 거리에 크게 의존하며, 이를 통해 FRET는 '분자' 또는 '분광' 눈금자로 작용할 수 있습니다. 생화학에서 FRET는 형광단이 서로의 FRET 범위 안팎으로 이동할 때 분자의 구조적 변화를 관찰하기 위해 질적으로 사용되는 경우가 많습니다. 마찬가지로, 세포 기능은 FRET 쌍을 포함하는 분자로 연구할 수 있습니다. 표지된 분자가 효소 활성에 의해 절단되면 FRET가 중지되고 관찰된 형광 파장이 변합니다. 이제 FRET의 기본 원칙을 이해했으므로 프로토콜의 개요와 데이터를 제시하고 해석하는 몇 가지 방법을 살펴보겠습니다. 실험에 앞서, 일반적으로 DNA 또는 단백질과 같은 관심 생체 분자는 분자 생물학 기술을 사용하여 형광 태그로 설계되었습니다. 변형된 유전 물질을 세포에 도입하는 일반적인 방법에는 형질주입(transfection)과 전기천공법(electroporation)이 있습니다. 그런 다음 세포는 형광 현미경에서 FRET 시각화를 위해 준비됩니다. 예를 들어, 분자는 단일 분자 FRET를 위해 슬라이드에 고정되거나 고처리량 스크리닝을 위해 샘플이 웰에 로드될 수 있습니다. 그런 다음 여기 레이저, 현미경 및 관련 장비가 준비됩니다. (A) FRET 실험에는 종종 강력한 레이저가 포함됩니다. (B) 따라서 적절한 PPE 및 안전 절차를 사용해야 합니다.? 그런 다음 샘플을 기기에 넣고 여기 레이저로 조명합니다. 세포 거동을 모니터링하는 실험의 경우 방출 강도의 차이 또는 변화를 보여주는 컬러 이미지가 사용됩니다. 공여체 및 수용체 방출 강도는 시간 경과에 따른 FRET 반응을 추적하기 위해 함께 표시됩니다. FRET 데이터는 또한 더 복잡한 분석을 위해 다양한 기능에 적합할 수 있습니다. 실험에 따라 결과를 가장 잘 나타내기 위해 데이터를 여러 가지 방법으로 제시할 수 있으므로 FRET는 유연한 실험 도구입니다. 이제 FRET 실험 실행 및 분석의 기본 사항에 익숙해졌으므로 생화학 연구에서 FRET의 몇 가지 응용 분야를 살펴보겠습니다. FRET는 서로 10nm 이내로 이동할 것으로 예상되는 단백질 또는 세포의 일부를 FRET 쌍으로 표시하여 구조적 변화 또는 세포 과정을 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 단백질 센서는 한 쌍의 형광단으로 수용체를 라벨링하여 준비합니다. FRET 반응은 컨포칼 현미경으로 실시간으로 모니터링됩니다. 방출 파장과 강도의 변화는 구조적 변화를 나타냅니다. FRET는 활성 FRET 쌍을 가진 분자를 준비하고 반응의 변화를 관찰하여 사용할 수도 있습니다. 기질이 절단되면 FRET가 파괴되어 공여체 방출이 증가하고 수용체 방출이 감소합니다. 배출량을 분석하여 공여국, 수용자 및 FRET의 기여도를 결정합니다. 시안색(cyan) 및 황색(yellow) 형광 단백질에 대한 직접 방출 계수(direct emission factor)가 계산되면 기질의 농도 및 운동 매개변수를 결정할 수 있습니다. FRET 쌍 중 하나를 포함하는 단량체를 발현하도록 설계된 세포는 이러한 단량체 간의 상호 작용을 위한 '센서' 역할을 합니다. 이러한 단량체의 응집이 유도되면 FRET 반응이 관찰됩니다. 이는 잘못 접힌 단백질의 '시딩(seeding)'에 의해 유발되는 단백질 응집을 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 여기서, 세포는 관심 단백질의 응집체로 형질도입되고, 배양되고, 유세포 분석으로 분석되었습니다. F?rster Resonance Energy Transfer 또는 FRET에 대한 JoVE의 비디오를 방금 시청했습니다. 이 비디오에는 FRET의 기본 원리, FRET 실험의 준비 및 분석, 몇 가지 생화학적 응용이 포함되어 있습니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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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 how much donor energy is transferred instead of being released as fluorescence. Researchers use this relationship to learn about biomolecular structure and interactions.

FRET is often used to follow conformational changes in proteins and other cell molecules. It can also help monitor cellular processes when fluorophores move in and out of FRET range. If an enzyme cuts a labeled molecule, FRET stops, and the emission pattern changes.

To run a FRET experiment, the biomolecules of interest, usually DNA or proteins, are engineered with fluorescent tags. Modified genetic material is commonly introduced into cells by transfection or electroporation. The samples are then prepared for visualization on a fluorescence microscope, either by immobilizing molecules on a slide for single-molecule FRET or by loading them into wells for high-throughput screening.

The microscope, lasers, and related equipment are prepared before the sample is illuminated. FRET experiments often use powerful lasers, so proper PPE and safety procedures are important. The sample is then analyzed as donor and acceptor signals are recorded.

FRET data can be shown in different ways depending on the experiment. Color images may show changes in emission intensity in live-cell studies. Donor and acceptor intensities can also be plotted over time, and the results may be fitted to functions for more complex analysis.

FRET has several biochemical applications. Protein sensors can be built by labeling receptors with a FRET pair and tracking changes with confocal microscopy. FRET can also be used to study enzyme reactions that alter protein structure, and the emissions can be analyzed to separate donor, acceptor, and FRET contributions.

Another use is monitoring monomer aggregation in cells. Cells can be designed to express monomers that contain one part of a FRET pair, and aggregation produces a measurable FRET response. This approach can help study protein aggregation triggered by seeding with misfolded proteins, using transduced cells followed by incubation and flow cytometry.

FRET as a Molecular Ruler in Cells

dialysis: diffusion based separation

Dialysis for Buffer Exchange in Biochemistry

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

enzyme assays and kinetics

Measuring Enzyme Reaction Rates

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

maldi-tof mass spectrometry

How MALDI-TOF Reads Biomolecules

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

tandem mass spectrometry

Tandem Mass Spectrometry for Biomolecule Analysis

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

protein crystallization

Protein Crystals for Structure Analysis

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

chromatography-based biomolecule purification methods

chromatography-based-biomolecule-purification-methods

Protein Purification with SEC and IMAC

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

two-dimensional gel electrophoresis

Protein Mapping with 2D Gel Electrophoresis

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

metabolic labeling

Tracking Cell Chemistry with Metabolic Labels

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

electrophoretic mobility shift assay (emsa)

electrophoretic-mobility-shift-assay-emsa

Detecting Protein-DNA Binding by EMSA

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

photometric protein determination

Measuring Protein Concentration with Absorbance

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)

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 FRET uses donor and acceptor fluorophores to measure distance, track protein changes, and study enzyme activity in cells.

FRET as a Molecular Ruler in Cells | 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 FRET

Performing the FRET Experiment

Data Presentation and Analysis

Applications

Summary

Travelling Waves

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

Wave Parameters

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

Equations of Wave Motion

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

Graphing the Wave Function

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

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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
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Evaluate the claims, evidence, and reasoning behind the idea that electromagnetic radiation can be described either by a wave model or a particle model (quantum theory), and that for some situations one model is more useful than the other.

HS-PS4-3.

Electric Charge in a Magnetic Field

Source: Andrew Duffy, PhD, Department of Physics, Boston University, Boston, MA
This experiment duplicates J.J. Thomson's famous experiment at the end of ...

Electromagnetic Fields

Electric fields generated by static charges, often referred to as electrostatic fields, are characteristically different from electric fields created by ...

Electromagnetic Waves

James Clerk Maxwell formulated a single theory combining all the electric and magnetic effects scientists knew during that time, calling the phenomena his ...

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

Plane Electromagnetic Waves I

The existence of combined electric and magnetic fields that propagate through space as electromagnetic (EM) waves is the most significant prediction of ...

Plane Electromagnetic Waves II

Consider a plane wavefront traveling in position x-direction with a constant speed. This wavefront can be utilized to obtain the relationship between ...

propagation-speed-of-electromagnetic-waves

Propagation Speed of Electromagnetic Waves

Electromagnetic waves are consistent with Ampere&#39;s law. Assuming there is no conduction current Ampere&#39;s law is given as:


Consider a plane ...

Electromagnetic Waves in Matter

Electromagnetic waves can travel in the vacuum as well as in matter. For example light, which is an electromagnetic wave, can travel through air, water, ...

Energy Carried By Electromagnetic Waves

Anyone who has used a microwave oven knows there is energy in electromagnetic waves. Sometimes, this energy is obvious, such as in the summer sun&#39;s ...

Intensity Of Electromagnetic Waves

The energy transport per unit area per unit time, or the Poynting vector, gives the energy flux of an electromagnetic wave at any specific time. For a ...

Momentum And Radiation Pressure

An object absorbing an electromagnetic wave would experience a force in the direction of propagation of the wave. This force occurs because ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging

Source: Frederick W. Damen and Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana
In this video, high ...

an-introduction-to-drosophila-melanogaster

An Introduction to Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster, also known as the fruit fly, is a powerful model organism widely used in biological research that has made significant ...

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.

FRET as a Molecular Ruler in Cells

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