Name: biomolecules and their tests
Uploaded: 2019-01-29T11:04:45.000Z
Duration: 6 min 26 s
Channel: JoVE

K12 Standards

north-carolina-k-12-science-standard-course-of-study

North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Biology

from-molecules-to-organisms-structures-and-processes

From Molecules to Organisms- Structures and Processes

LS.Bio.1.1

Macromolecules

Wiedza o tym, czym są makrocząsteczki, jest ważnym krokiem do zrozumienia, w jaki sposób składniki odżywcze są wchłaniane i wykorzystywane przez komórki. Termin makrocząsteczki oznacza po prostu duże cząsteczki i odnosi się do czterech różnych związków: węglowodanów, lipidów, białek i kwasów nukleinowych. Każdy z nich ma unikalną strukturę i funkcję. Porozmawiajmy najpierw o węglowodanach. 
Wszystkie węglowodany składają się z węgla, wodoru i tlenu. Te o prostej budowie nazywane są cukrami prostymi lub cukrami. Monosacharydy mogą łączyć się, tworząc bardziej złożone łańcuchy węglowodanowe zwane polisacharydami lub skrobią. Normalna forma skrobi przypomina zwinięta sprężynę ze względu na kąty wiązania w łańcuchu polimerowym. 
Kolejnym typem makrocząsteczki, który omówimy, jest białko. Białka są zbudowane z łańcuchów aminokwasów, związków organicznych, z których każdy ma grupę aminową lub N-koniec na jednym końcu i grupę karboksylową lub C-koniec na drugim. Istnieje 20 standardowych aminokwasów i chociaż wszystkie mają podobną strukturę zasadową, każdy z nich ma unikalny łańcuch boczny znany jako grupa R. Różne aminokwasy mogą łączyć się ze sobą, tworząc łańcuch połączony wiązaniami peptydowymi i tworząc białko. 
Ostatnią klasą makrocząsteczek, którą będziemy badać, są lipidy. Najczęstszymi rodzajami lipidów są tłuszcze, zwane również trójglicerydami, ponieważ składają się z cząsteczki glicerolu połączonej z trzema łańcuchami kwasów tłuszczowych. 
Porozmawiajmy teraz o wykrywaniu tych makrocząsteczek w warunkach laboratoryjnych. Odczynnik Benedicta jest powszechnie stosowany do wykrywania cukrów prostych. Odczynnik Benedicta jest zwykle niebieski, ponieważ zawiera jony miedzi w postaci siarczanu miedzi. Ta sól metalu jest przykładem środka utleniającego. Cukrów prostych, które zawierają grupę półacetalową, taką jak glukoza, są uważane za cukry redukujące. W roztworze wodnym cukrów prostych z grupami półacetalowymi występują zarówno w postaci cyklicznej, jak i o otwartym łańcuchu, która zawiera reaktywny aldehyd. Z tego aldehydu elektron jest przenoszony do jonu miedzi II. To redukuje jon miedzi II do jonu miedzi I i utlenia cukier redukujący. Ponieważ jony miedzi I są postrzegane jako rdzawoczerwone, roztwór zacznie zmieniać kolor. W obecności niewielkich ilości cukrów prostych roztwór zmieni kolor na zielony. Wyższe stężenia monosacharydu doprowadzą do zmniejszenia ilości miedzi, a kolor roztworu zmieni się bardziej dramatycznie, ostatecznie stając się czerwonawo-pomarańczowy. 
Skrobie można wykryć za pomocą zwykle żółto-brązowego wskaźnika jodu. Wskaźnik ten zawiera różne rodzaje anionów polijodkowych, takie jak I-3 ujemny, I-5 ujemny i I-7 ujemny. Ujemnie naładowane jody w każdym anionie działają jako donatory ładunku, podczas gdy neutralne jody działają jako akceptory ładunku. Jest to kompleks przenoszenia ładunku, a elektrony w tych kompleksach są łatwo wzbudzane światłem do wyższego poziomu energetycznego. Światło jest pochłaniane w tym procesie, a jego dopełniający kolor może być widziany przez ludzkie oko. Absorpcje różnych gatunków w tym roztworze nadają mu żółto-brązowy kolor. Po dodaniu skrobi tworzy ona nowy kompleks przenoszenia ładunku z anionami polijodku. Przy czym skrobia działa jako donator ładunku, a polijodek jako akceptor. Chociaż specyfika reakcji nie jest znana, uważa się, że jod i skrobia łączą się, tworząc nieskończony homopolimer polijodku. Kompleks ten pochłania światło o innej długości fali, zmieniając kolor roztworu na ciemnoniebieski. 
Białka można wykryć za pomocą odczynnika Biureta, niebieskiego roztworu, który zawiera jony miedzi, ale wiąże się z azotem znajdującym się w wiązaniach peptydowych, tworząc kompleksy chelatowe. Kompleksy chelatowe składające się z trzech do czterech wiązań peptydowych wytwarzają fioletowy kolor, który zmienia kolor roztworu. Intensywność koloru jest bezpośrednio związana ze stężeniem wiązań peptydowych. Im większe stężenie, tym intensywniejszy będzie fioletowy kolor. 
Wreszcie, lipidy można wykryć w roztworze za pomocą testu Sudan IV. Sudan IV to barwnik, który nie jest rozpuszczalny w wodzie, ale jest rozpuszczalny w lipidach, więc po dodaniu do roztworu zawierającego lipidy zabarwi je na czerwono. 
W tym laboratorium określisz, które makrocząsteczki znajdują się w dostarczonych tajemniczych roztworach, używając czterech różnych odczynników wskaźnikowych.

makrocząsteczek

<h4>Biomolekuły</h4>
Organizmy zawierają szeroką gamę cząsteczek organicznych o wielu funkcjach, które zależą od struktur chemicznych i właściwości tych cząsteczek. Wszystkie cząsteczki organiczne zawierają szkielet węglowy i atomy wodoru. Atom węgla odgrywa kluczową rolę w tworzeniu szerokiej gamy cząsteczek organicznych o różnej wielkości, kształcie i złożoności; Z drugiej strony cząsteczki nieorganiczne mają na ogół prostszą strukturę. Najbardziej zewnętrzna powłoka wolnego atomu węgla może pomieścić osiem elektronów, ale jest zajęta tylko przez cztery elektrony, dlatego może tworzyć cztery wiązania kowalencyjne i wiązać się z maksymalnie czterema atomami. Alternatywnie może również wiązać się z mniejszą liczbą atomów, tworząc wiązania podwójne lub potrójne. Ta wszechstronność atomów węgla pozwala cząsteczkom organicznym wykazywać skomplikowane struktury, takie jak między innymi łańcuchy, gałęzie i pierścienie.
Cząsteczki organiczne, które naturalnie występują w organizmach, nazywane są biomolekułami. Oprócz węgla i wodoru biomolekuły zawierają również inne pierwiastki, takie jak tlen, azot, fosfor i siarka. Ogólnie rzecz biorąc, mniejsze jednostki biomolekuł łączą się jako powtarzające się sekwencje, tworząc większe biomolekuły. Te małe modułowe jednostki biomolekuł nazywane są monomerami. Dwa monomery zazwyczaj łączą się ze sobą, tworząc dimer w procesie znanym jako synteza odwodnienia, która polega po prostu na usunięciu atomu wodoru z jednego monomeru i jonu hydroksylowego (OH-) z drugiego monomeru w celu wytworzenia cząsteczki wody, która ma zostać wydalona, łącząc dwa monomery wiązaniem kowalencyjnym. Odwrotność tego procesu nazywa się hydrolizą, w której cząsteczka rozdziela się z powrotem na swoje pierwotne monomery, a cząsteczka wody dostarcza atom wodoru do jednego monomeru i jon hydroksylowy do drugiego. Wiele monomerów można łączyć ze sobą przez odwodnienie, tworząc polimery. Czasami różne polimery mogą łączyć się, tworząc jeszcze większe i bardziej złożone cząsteczki, które są znane jako makrocząsteczki biologiczne.
Biomolekuły są klasyfikowane na podstawie pierwiastków, które je tworzą, oraz ich struktury i funkcji wewnątrz organizmów żywych. Prawie wszystkie biomolekuły można zaklasyfikować do jednej z czterech ogólnych kategorii: węglowodany, lipidy, białka i kwasy nukleinowe.
<h4>Węglowodany</h4>
Węglowodany oznaczają po prostu "wodę węglową", ponieważ cząsteczki te składają się z atomów węgla, wodoru i tlenu w przybliżeniu w stosunku 1:2:1. Monomery węglowodanowe są znane jako cukry proste, które są również określane jako cukry proste. Glukoza (C, 6, H, 12,O6) jest najpowszechniejszym monosacharydem w organizmach żywych i jest podjednostką wielu polisacharydów. Wiele organizmów syntetyzuje również inne sześciowęglowe monosacharydy o tym samym wzorze chemicznym co glukoza, ale nieco innej strukturze, takie jak fruktoza i galaktoza. Kiedy dwa monosacharydy są ze sobą połączone, tworzą disacharydy. Na przykład sacharoza składa się z glukozy i fruktozy, podczas gdy laktoza zawiera glukozę i galaktozę. Te monosacharydy i disacharydy są wykorzystywane do krótkotrwałego magazynowania energii w organizmach żywych. Maltoza to kolejny disacharyd, który składa się z dwóch cząsteczek glukozy i zwykle powstaje, gdy łańcuchy polisacharydowe, takie jak skrobia i glikogen, są rozkładane podczas trawienia. Skrobia to polisacharyd, który służy jako cząsteczka magazynująca energię w roślinach i składa się z dwóch rodzajów polimerów glukozy: amylozy i amylopektyny. Amyloza stanowi 10-20% skrobi i jest spiralnym polimerem glukozy. Amylopektyna stanowi większość skrobi i jest rozgałęzionym polimerem glukozy. Glikogen jest praktycznie taki sam jak skrobia, jednak jest syntetyzowany, przechowywany i wykorzystywany w wątrobie i tkankach mięśniowych zwierząt.
Oprócz tego, że służą jako magazyny energii, węglowodany pełnią również inne funkcje w organizmach. Pięciowęglowe monosacharydy, ryboza i dezoksyryboza, są zintegrowane ze strukturą kwasu nukleinowego i są obecne w każdej żywej komórce. Co więcej, celuloza polisacharydowa, która jest długim polimerem składającym się z glukozy, służy jako sztywny materiał strukturalny w roślinach. Ludzie nie mają enzymów trawiennych do rozkładania celulozy w pożywieniu, która jest również nazywana błonnikiem pokarmowym. Jednak spożywanie błonnika pokarmowego pomaga w utrzymaniu zdrowej flory jelitowej, co z kolei przyczynia się do zdrowia układu pokarmowego i odpornościowego1. Podobnie jak rośliny, niektóre zwierzęta i grzyby używają innego polisacharydu, chityny, jako cząsteczki strukturalnej. Stawonogi używają chityny do budowy i utrzymywania swoich egzoszkieletów, podczas gdy grzyby włączają ją do swoich ścian komórkowych, aby zachować sztywność.
<h4>Lipidy</h4>
Drugą klasą makrocząsteczek biologicznych są lipidy, do których należą tłuszcze, oleje i woski. Lipidy to cząsteczki hydrofobowe, które prawie w całości składają się z atomów węgla i wodoru. Często lipidy są pogrupowane w trzy główne kategorie; trójglicerydy, fosfolipidy i sterydy.
Najczęstszym rodzajem lipidów są trójglicerydy, do których należą tłuszcze zwierzęce i oleje roślinne. Trójglicerydy na ogół służą jako długoterminowe cząsteczki magazynujące energię, z wyjątkiem niestrawnych wosków, które są zamiast tego stosowane jako substancja wodoodporna zarówno u roślin, jak i zwierząt. Trójglicerydy zawierają trzy łańcuchy kwasów tłuszczowych, które mogą być nasycone lub nienasycone, połączone z cząsteczką glicerolu. Nasycone łańcuchy kwasów tłuszczowych to liniowe cząsteczki z maksymalną liczbą atomów wodoru, w których każdy węgiel w łańcuchu jest połączony pojedynczym wiązaniem. Z drugiej strony, łańcuchy nienasyconych kwasów tłuszczowych mają załamania ze względu na obecność co najmniej jednego podwójnego wiązania. Ponadto tłuszcze nienasycone mogą być tłuszczami "trans", jeśli wodór wokół podwójnego wiązania jest sobie przeciwny. Chociaż tłuszcze trans występują naturalnie, powstają podczas przemysłowej produkcji nasyconych olejów roślinnych z wodorem. Podobnie jak nasycone kwasy tłuszczowe, tłuszcze trans bardzo dobrze się układają ze względu na ich względną liniowość. Jednak tłuszcze trans powodują problemy ze zdrowiem ludzkiego serca, takie jak uszkadzanie wyściółki tętnic i powodowanie stanu zapalnego podczas trawienia2.
Fosfolipidy są podobne do trójglicerydów, jednak jeden z łańcuchów kwasów tłuszczowych jest zastąpiony grupą polarną zawierającą fosforany. Dlatego fosfolipidy mają hydrofilową głowę i dwa ogony hydrofobowych kwasów tłuszczowych. Te właściwości fosfolipidów mają kluczowe znaczenie dla struktury i funkcji błony komórkowej.
Sterydy to lipidy, które składają się ze stopionych pierścieni węglowych o różnych grupach funkcyjnych. Cholesterol jest sterydem, który jest również składnikiem błony komórkowej. Ponadto, cholesterol jest używany do syntezy innych sterydów, w tym hormonów płciowych, takich jak estrogen i testosteron. Chociaż cholesterol jest niezbędny do budowy błony komórkowej i syntezy hormonów, wysoki poziom cholesterolu w osoczu jest związany z gromadzeniem się blaszki miażdżycowej w naczyniach krwionośnych i powoduje chorobę wieńcową3.
<h4>Białka</h4>
Trzecią klasą makrocząsteczek biologicznych są białka, które składają się z łańcuchów aminokwasów. Istnieje 20 różnych aminokwasów, wszystkie o podobnej strukturze zasadowej, ale każdy z nich ma unikalny łańcuch boczny zwany "grupą R". Pojedynczy aminokwas ma N-końcowy koniec, który jest grupą aminową (NH3+) i C-końcowy koniec, który jest grupą karboksylową (-COOH). Grupy te łączą się ze sobą, od N-końca do C-końca, w łańcuchu połączonym wiązaniami peptydowymi. Białka są ważne dla utrzymania funkcji organizmu jako enzymy, hormony, składniki strukturalne i cząsteczki transportowe oraz odgrywają istotną rolę w kurczliwości mięśni, odporności i krzepnięciu krwi. Mogą jednak pojawić się problemy ze strukturą i funkcją białek, a problemy te są często genetyczne. Na przykład normalne czerwone krwinki są okrągłe, ale u osób dotkniętych anemią sierpowatokrwinkową komórki mają zakrzywiony kształt z odsłoniętym obszarem hydrofobowym, spowodowanym mutacją w białku zwanym hemoglobiną S. Taki kształt zmniejsza zdolność przenoszenia tlenu i powoduje, że komórki utknęły w naczyniach krwionośnych. Powoduje to wiele szkodliwych objawów dla osoby będącej nosicielem mutacji, a ludzie, którzy odziedziczyli dwie kopie genu niedokrwistości sierpowatokrwinkowej, często cierpią z powodu złych skutków, a nawet mogą umrzeć z powodu zmniejszonej zdolności sierpowatych komórek do transportu tlenu. Co ciekawe, osoby posiadające tylko jedną kopię genu są odporne na zakażenie malarią, więc choroba mogła być przenoszona dalej i utrzymuje się w krajach o podwyższonym poziomie zakażeń malarią4.
<h4>Kwasy nukleinowe</h4>
Czwartą klasą makrocząsteczek biologicznych są kwasy nukleinowe, które składają się z monomerów zwanych nukleotydami. Monomery te składają się z trzech części: grupy fosforanowej, cukru rybozy i zasady azotowej. Nukleotydy różnią się od siebie zasadami azotowymi i rodzajem zawartej w nich rybozy. Pojedyncze nukleotydy na ogół działają jako nośniki energii wewnątrz komórek, a także pełnią funkcję cząsteczek przekaźnikowych. Jednak polimery nukleotydowe lub kwasy nukleinowe, takie jak kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) lub kwas rybonukleinowy (RNA), są cząsteczkami dziedzicznymi, które zawierają informację genetyczną do budowy produktów komórkowych.
<h4>Wykrywanie makromolekuł</h4>
Makrocząsteczki biologiczne w żywności lub innych substancjach można wykryć, wykorzystując ich specyficzne właściwości chemiczne. Na przykład monosacharydy mają wolne grupy aldehydowe (-CHO) lub ketonowe (-C = O), które mogą redukować inne związki, co oznacza, że są to substancje, które powodują utratę elektronów przez inne cząsteczki, dlatego cukry monosacharydowe są również znane jako cukry redukujące. Ta właściwość jest wykorzystywana do wykrywania obecności cukrów prostych za pomocą wskaźnika zwanego odczynnikiem Benedicta. Wskaźnik ten zawiera jony miedzi (Cu2+), które są redukowane przez cukrów prostych, co obserwuje się przy zmianie koloru roztworu z niebieskiego na czerwonawo-pomarańczowy, chociaż intensywność koloru zmienia się w zależności od pierwotnego stężenia cukru redukującego. W związku z tym obserwacja zielonego koloru oznacza, że w roztworze obecna jest tylko niewielka ilość cukrów redukujących. Amyloza w skrobi występuje w zwiniętej strukturze ze względu na kąty wiązania w łańcuchu polimerowym. Wskaźnik jodu, jodek jodu i potasu (IKI), reaguje z tymi zwiniętymi cząsteczkami i zmienia kolor roztworu na ciemnoniebieskawo-, wskazując na obecność amylozy. Jeśli jednak amyloza skrobiowa nie jest obecna, reakcja nie zajdzie, a roztwór pozostanie żółtawo-brązowy kolor. Test Sudan IV jest wykonywany w celu zbadania obecności lipidów. Barwnik ten jest lipofilowy i rozpuszcza się, gdy obecne są lipidy, dzięki czemu czerwony kolor jest zachowywany w obecności lipidów. Odczynnik Biureta, wskaźnik obecności białek, zawiera jony miedzi (Cu2+), które reagują z wiązaniami peptydowymi i zmieniają kolor roztworu z niebieskiego na ciemnofioletowy. Ten odczynnik musi reagować z wystarczającą liczbą tych wiązań peptydowych, aby wytworzyć oczekiwany fioletowy kolor, więc różowawy kolor powstanie, jeśli łańcuchy aminokwasów nie są wystarczająco długie.
<h4>Odwołania</h4>
<ol class="referencje">
	<li>Rasnik K. Singh, Hsin-Wen Chang, Di Yan, Kristina M. Lee, Derya Ucmak, Kirsten Wong, Michael Abrouk, Benjamin Farahnik, Mio Nakamura, Tian Hao Zhu, Tina Bhutani, Wilson Liao. Wpływ diety na mikrobiom jelitowy i implikacje dla zdrowia człowieka. J Transl Med. 2017, Vol. 15, 73 doi: 10.1186/s12967-017-1175-y.</li>
	<li>Siri-Tarino PW, Sun Q, Hu FB, Krauss RM. Metaanaliza prospektywnych badań kohortowych oceniających związek tłuszczów nasyconych z chorobami sercowo-naczyniowymi. Am J Clin Nutr. 2010, tom 91, 3 (535-46).</li>
	<li>Josepha L. Goldsteina, Michaela S. Browna. Stulecie cholesterolu i chorób wieńcowych: od blaszek miażdżycowych, przez geny, po statyny. komórka. 2015, tom 161, 1 (161-72).</li>
	<li>Michael Aidoo, Dianne J Terlouw, Margarette S Kolczak, Peter D McElroy, Feiko O ter Kuile, Simon Kariuki, Bernard L Nahlen, Altaf A Lal, Venkatachalam Udhayakumar. Ochronne działanie genu sierpowatokrwinkowego przed zachorowalnością i śmiertelnością z powodu malarii. lancet. 2002, tom 359, 9314 (1311-1312).</li>
</ol>

Makrocząsteczek

Biomolecules
Organisms contain a wide variety of organic molecules with numerous functions which depend on the chemical structures and properties of these ...

Education

JoVE Lab Manual

Biologia

Fundamentals

Podstawy

biomolecules and their tests

Biomolecules are the organic molecules that living things use for structure, energy, and heredity. They all have a carbon backbone and hydrogen atoms, and carbon can form four covalent bonds. That bonding flexibility lets carbon build chains, branches, rings, and other complex shapes. Biomolecules also commonly include oxygen, nitrogen, phosphorus, and sulfur.

Small building blocks join together to make larger molecules. These units are called monomers. Two monomers can form a dimer through dehydration synthesis, which removes a hydrogen atom from one monomer and a hydroxyl group from the other. This releases water and creates a covalent bond. The reverse reaction is hydrolysis, where water helps split the molecule back into its original monomers. Many monomers can link into polymers, and different polymers can combine into biological macromolecules. Most biomolecules fall into four main groups: carbohydrates, lipids, proteins, and nucleic acids.

Carbohydrates are often called carbon water because they contain carbon, hydrogen, and oxygen in about a 1:2:1 ratio. Their monomers are monosaccharides, or simple sugars. Glucose is the most common monosaccharide in living organisms, and fructose and galactose are other six-carbon sugars with the same formula but different structures. When two monosaccharides join, they form disaccharides such as sucrose, lactose, and maltose. These sugars support short-term energy storage.

Larger carbohydrate polymers also have important jobs. Starch stores energy in plants and includes amylose and amylopectin. Amylose makes up about 10-20% of starch and forms a helical chain, while amylopectin is the main branched form. Glycogen is very similar to starch, but animals store and use it in liver and muscle tissue. Ribose and deoxyribose are five-carbon sugars found in nucleic acids. Cellulose is a rigid plant polymer made of glucose, and humans cannot digest it because they do not have the right enzymes. Even so, dietary fiber helps support healthy gut flora. Chitin is another structural polysaccharide. Arthropods use it in exoskeletons, and fungi use it in cell walls.

Lipids include fats, oils, and waxes. They are hydrophobic, which means they do not mix well with water, and they are made mostly of carbon and hydrogen. The main lipid groups are triglycerides, phospholipids, and steroids. Triglycerides contain glycerol and three fatty acid chains. They usually serve as long-term energy storage, while waxes act as waterproofing substances in plants and animals. Fatty acid chains can be saturated or unsaturated. Saturated chains are straight and have only single bonds. Unsaturated chains contain at least one double bond and have kinks. Some unsaturated fats are trans fats, which can form during industrial hydrogenation of vegetable oils. These fats stack well, but they can damage artery linings and promote inflammation. Phospholipids have a polar phosphate head and two hydrophobic tails. This structure helps form cell membranes. Steroids are fused carbon-ring lipids. Cholesterol is one steroid found in cell membranes, and it is also used to make sex hormones such as estrogen and testosterone. However, high plasma cholesterol can contribute to plaque buildup and coronary disease.

Proteins are chains of amino acids. There are 20 common amino acids, and each has the same basic structure plus a unique R-group, or side chain. Each amino acid has an N-terminal amino group and a C-terminal carboxyl group. Amino acids join from N-terminal to C-terminal through peptide bonds. Proteins work as enzymes, hormones, structural materials, and transport molecules. They also help with muscle contraction, immunity, and blood clotting. Protein changes can cause disease. In sickle cell anemia, a mutation in hemoglobin S changes red blood cell shape and exposes a hydrophobic region. This lowers oxygen transport and can make cells stick in blood vessels. People with two copies of the sickle cell gene can be severely affected. People with one copy are more resistant to malaria, which helps explain why the gene remains common in areas with malaria.

Nucleic acids store and pass on genetic information. Their monomers are nucleotides, each made of a phosphate group, a ribose sugar, and a nitrogen base. Nucleotides differ by their bases and by the type of sugar they contain. Single nucleotides can act as energy carriers and messenger molecules inside cells. Polymer forms of nucleotides include DNA and RNA, which contain the instructions used to build cellular products.

Biomolecules can be detected by using their chemical properties. Benedict’s reagent tests for reducing sugars, which are monosaccharides with free aldehyde or ketone groups that can reduce other compounds. Copper ions in the reagent change from blue to reddish orange, and a green color shows only a small amount of reducing sugar. IKI, or iodine-potassium iodide, tests for amylose in starch and turns dark bluish-black when amylose is present. If amylose is absent, the solution stays yellowish-brown. Sudan IV tests for lipids and leaves a red color when lipids are present. Biuret’s reagent tests for proteins by reacting with peptide bonds and changing from blue to dark violet. If the amino acid chain is too short, the color may appear pink instead of violet.

Biomolecules and Their Tests

scientific method

Scientific Method Steps and Controls

The scientific method gives scientists a way to solve problems and explain natural events. Its development grew alongside new ideas in science during the European Renaissance. Thinkers such as Francis Bacon, Galileo, and Isaac Newton helped formalize the process. Although the method has changed over time, much of its basic framework is still used today. The process begins with observation and a clear question. A scientist first notices a natural phenomenon and then asks why it happens. This...

diffusion and osmosis

Cell Membrane Transport and Water Balance

Cell membrane transport and water balance help cells move materials in and out of the cytoplasm. Cell membranes are semipermeable, which means some molecules can pass through while others cannot. The phospholipid bilayer and its embedded proteins control this movement. Some of these proteins act as transport channels for ions and carbohydrates that could not cross on their own. Cells stay small in part because of the surface-area to volume ratio. As a cell grows, its surface area does not keep...

cell structure

Cell Types and Organelles

Cells are the basic units of life, and their structures help explain how living things work. Cell theory says that every living organism is made of one or more cells, cells are the functional units of organisms, and new cells come from preexisting cells. Cells also share key features, including a plasma membrane, cytoplasm, DNA, and ribosomes. The plasma membrane is a phospholipid bilayer that surrounds the cell. It separates the cell from its environment and controls what enters and leaves.

macromolecules

Biomolecules are the organic molecules that living things use for structure, energy, and heredity. They all have a carbon backbone and hydrogen atoms, and carbon can form four covalent bonds. That bonding flexibility lets carbon build chains, branches, rings, and other complex shapes. Biomolecules also commonly include oxygen, nitrogen, phosphorus, and sulfur. Small building blocks join together to make larger molecules. These units are called monomers. Two monomers can form a dimer through...

physiology of the circulatory system

Circulatory System: Blood Flow and Pressure

The circulatory system moves blood, oxygen, nutrients, and wastes through the body to support homeostasis. Homeostasis is the stable internal balance that organisms must maintain even when the outside environment changes. Physiology is the study of how body systems work, and the circulatory system is one of the key systems that helps keep internal conditions steady. Body systems are built from cells, tissues, organs, and organ systems. Humans have 11 major organ systems, and they work together...

fundamentals

Learn how carbohydrates, lipids, proteins, and nucleic acids are built, what they do, and how common lab tests identify them.

Biomolecules and Their Tests | JoVE K12

ohios-learning-standards-and-model-curriculum

Ohio’s Learning Standards and Model Curriculum

Cells

Cellular processes

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

BIO.2

BIO.2.b

new-jersey-student-learning-standards-for-science

New Jersey Student Learning Standards for Science

High School

Life Science

From Molecules to Organisms: Structures and Processes

HS-LS1-6

Next Generation Science Standards

Florida Department of Education

SC.912.L.18

SC.912.L.18.1

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

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

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

Georgia Standards of Excellence

SB1.c

Przygotuj się do nauczania Makrocząsteczek dzięki temu 3-minutowemu przewodnikowi dla instruktorów. Obejmuje kluczowe kroki przygotowawcze dla laboratorium Biology na JoVE Lab Manual.

Przygotowanie instruktora do Makrocząsteczek w Biology - Ponad 10K wyświetleń | JoVE Lab Manual

Postępuj zgodnie z procedurami Makrocząsteczek krok po kroku w tym 5-minutowym filmie z protokołem studenckim. Część kolekcji Biology na JoVE Lab Manual.

Protokół studencki dla Makrocząsteczek w Biology - Ponad 59K wyświetleń | JoVE Lab Manual

Compounds Essential to Human Function

The human body is composed of cells that are fundamentally made up of several different molecules. These molecules are essential to carry out all ...

Solution Preparation
ExpandCAUTION: It is important to always use care when handling reagents. For example, iodine will stain clothes and skin so wear ...

Identifying Macromolecules with Indicator Solutions
ExpandHYPOTHESES: In this activity, the experimental hypothesis might be that the addition of an ...

pH Regulation in Cells

pH plays a critical role in maintaining normal cellular activities. It helps maintain the structure and function of various proteins, dictates the charge ...

Chemistry of the Cell

Overview of Functional Groups

Functional groups are a group of atoms with characteristic properties, which when linked to the carbon skeleton of a molecule, alter the properties of ...

Introduction to Carbohydrates

Carbohydrates, proteins, and fats are the primary macronutrients in the human diet. However, carbohydrates are the most favored source of energy in the ...

Carbohydrate Metabolism

Sugars as Energy Storage Molecules

What are Lipids?

lipid-derived-compounds-in-the-human-body

Lipid-derived Compounds in the Human Body

Fats and lipids are crucial components in the human body. Some lipid-derived compounds, such as fat-soluble vitamins, eicosanoids, lipoproteins, and ...

Fats as Energy Storage Molecules

What are Proteins?

Protein Organization

Globular Proteins

In organisms, proteins are the most abundant macromolecules. They act as the building blocks of life and play various crucial roles in the body. Proteins ...

Fibrous Proteins

Fibrous proteins are either long and narrow proteins or assemble to form long and thin structures. They contain repetitive units and usually consist of ...

Protein Denaturation

The function of proteins depends on their native three-dimensional structure, which is dictated by the amino acid sequence of the specific protein. ...

Role of Proteins in the Human Body

Proteins are the building block of life. They are also&#160; the most abundant macromolecules with as many diverse roles in the body. They are part of ...

Nucleic Acids and Nucleotides

Nucleic acids are the most important macromolecules for the continuity of life. They carry the cell&#39;s genetic blueprint and have instructions for its ...

Nucleic Acid Structure

The pentose sugar in DNA is deoxyribose, while in RNA the pentose sugar is ribose. The difference between the sugars is the presence of the hydroxyl group ...

ATP Energy Storage and Release

ATP and Macromolecule Synthesis

Biological macromolecules are organic compounds, predominantly composed of carbon atoms. The carbon atoms are covalently bonded with hydrogen, oxygen, ...

Construct an explanation to illustrate relationships between structure and function of major macromolecules essential for life.

Introduction to Enzymes

The use of enzymes by humans dates to 7000 BCE. Humans first used enzymes to ferment sugars and produce alcohol without knowing that this was an ...

Enzymes and Activation Energy

The activation energy (or free energy of activation), abbreviated as Ea, is the small amount of energy input necessary for all chemical reactions to ...

Introduction to Enzyme Kinetics

Enzyme kinetics studies the rates of biochemical reactions. Scientists monitor the reaction rates for a particular enzymatic reaction at various substrate ...

Turnover Number and Catalytic Efficiency

The turnover number of an enzyme is the maximum number of substrate molecules it can transform per unit time. Turnover numbers for most enzymes range from ...

Catalytically Perfect Enzymes

The theory of catalytically perfect enzymes was first proposed by W.J. Albery and J. R. Knowles in 1976. These enzymes catalyze biochemical reactions at ...

introduction-to-mechanisms-of-enzyme-catalysis

Introduction to Mechanisms of Enzyme Catalysis

For many years, scientists thought that enzyme-substrate binding took place in a simple &#34;lock-and-key&#34; fashion. This model stated that the enzyme ...

Ligand Binding and Linkage

Cooperative Allosteric Transitions

Ribozymes

Carry out investigations to illustrate how enzymes act as catalysts for biochemical reactions and how environmental factors affect enzyme activity.

LS.Bio.1.2

What are Cells?

Cells are the smallest and basic units of life, whether it is a single cell that forms the entire organism, e.g., in a bacterium or trillions of them, ...

Cell Size

Cell sizes vary widely among and within organisms. Bacterial cells range between 1-10 micrometers (&#x3BC;m)and are considerably smaller than most ...

Eukaryotic Compartmentalization

One of the distinguishing features of eukaryotic cells is that they contain membrane-bound organelles, such as the nucleus and mitochondria, that carry ...

Prokaryotic Cells

Prokaryotes are small unicellular organisms that include the domains&#x2014;Archaea and Bacteria. Bacteria include many common organisms, such as ...

Cytoplasm

The cytoplasm consists of organelles and a framework of protein scaffolds called the cytoskeleton suspended in an aqueous solution, the cytosol. The ...

The Nucleus

The nucleus is a membrane-bound organelle that acts as a control center in a eukaryotic cell. It contains chromosomal DNA, which controls gene expression ...

Endoplasmic Reticulum

Endoplasmic ReticulumThe endoplasmic reticulum (ER) is an extensive network of membranous sacs and tubules in eukaryotic cells, continuous with the outer ...

Ribosomes

Ribosomes translate genetic information encoded by messenger RNA (mRNA) into proteins. Both prokaryotic and eukaryotic cells have ribosomes. Cells that ...

Golgi Apparatus

As they leave the Endoplasmic Reticulum (ER), properly folded and assembled proteins are selectively packaged into vesicles. These vesicles are ...

Lysosomes

Lysosomes are membrane-enclosed spherical sacs derived from the Golgi apparatus. The most important function of the lysosome is degrading macromolecules ...

Peroxisomes

Peroxisomes and mitochondria are two important oxygen-utilizing organelles in eukaryotic cells. Mitochondria carry out cellular respiration&#x2014;the ...

Introduction to the Cytoskeleton

Overview of the Cytoskeleton
The cytoskeleton is a network of protein filaments present within the cell, having three distinct filaments ...

Introduction to Actin

Actin is a highly conserved cytoskeletal protein found abundantly in eukaryotic cells. It constitutes 10% weight of the total cellular protein in muscle ...

Cell Structure

Background
Cells represent the most basic biological units of all organisms, whether it be simple, single-celled organisms like bacteria, or large, ...

overview-of-myosin-structure-and-function

Overview of Myosin Structure and Function

Myosins are a family of molecular motor proteins, first identified in the skeletal muscles, where they are responsible for muscle contraction. Along with ...

Visualizing Onion and Cheek Cells
ExpandImmediately before the experiment, wash and peel onion bulbs for the class.
Remove the entire brown outer skin and ...

Microtubules

Microtubules are the thickest cytoskeletal filaments with a diameter of 25 nm. In prokaryotic organisms, microtubules are commonly found in locomotory ...

The Structure of Intermediate Filaments

The intermediate filaments are one of three widely studied cytoskeletal filaments. They are so named as their diameter (10 nm) is in between that of ...

Types of Intermediate Filaments

The intermediate filaments are an essential component of the cytoskeleton. Presently six types of intermediate filament have been identified. Type I and ...

Gap Junctions

Multicellular organisms employ a variety of ways for cells to communicate with each other. Gap junctions are specialized proteins that form pores between ...

The Extracellular Matrix

In order to maintain tissue organization, many animal cells are surrounded by structural molecules that make up the extracellular matrix (ECM). Together, ...

Tissues

Cells with similar structure and function are grouped into tissues. A group of tissues with a specialized function is called an organ. There are four main ...

Plant Cell Wall

The plant cell wall gives plant cells shape, support, and protection. As a cell matures, its cell wall specializes according to the cell type. For ...

Plasmodesmata

The organs in a multicellular organism&#x2019;s body are made up of tissues formed by cells. To work together cohesively, cells must communicate. One way ...

Use models to explain how the structure of organelles determines its function and supports overall cell processes.

LS.Bio.1.3

Cells are the smallest and basic units of life, whether it is a single cell that forms the entire organism, e.g., in a bacterium, or trillions of them, ...

the-tree-of-life-bacteria-archaea-and-eukaryotes

The Tree of Life - Bacteria, Archaea, and Eukaryotes

Prokaryotes are small unicellular organisms that include the domains &#8212; Archaea and Bacteria. Bacteria include many common microorganisms, such as ...

Prokaryotic vs. Eukaryotic Cells

Prokaryotic and eukaryotic cells represent two fundamental types of cellular organization, differing significantly in structure, complexity, and function. ...

Construct explanations to compare prokaryotic and eukaryotic cells in terms of structures and degree of complexity.

LS.Bio.1.4

The DNA Helix

Deoxyribonucleic acid, or DNA, is the genetic material responsible for passing traits from generation to generation in all organisms and most viruses. DNA ...

The Central Dogma

The central dogma explains the flow of genetic information from DNA nucleotides to the amino acid sequence of proteins.
RNA is the Missing Link Between ...

What is Gene Expression?

A gene is a stretch of DNA that serves as the blueprint for functional RNAs and proteins. Since DNA is comprised&#160; of nucleotides and proteins are ...

RNA Structure

The basic structure of RNA consists of a string of ribonucleotides attached by phosphodiester bonds. Although most RNA is single-stranded, it can form ...

Types of RNA

Three main types of RNA are involved in protein synthesis: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). These RNAs perform diverse ...

Transcription

Transcription is the synthesis of RNA from a DNA sequence by RNA polymerase. It is the first step in producing a protein from a gene sequence. ...

Bacterial RNA Polymerase

Eukaryotic RNA Polymerases

General Transcription Factors

Tissue-specific transcription factors contribute to diverse cellular functions in mammals. For example, the gene for beta globin, a major component of ...

RNA Polymerase II Accessory Proteins

Transcription Elongation Factors

Alternative RNA Splicing

Nuclear Export of mRNA

Transfer RNA Synthesis

Construct an explanation to summarize how DNA and RNA direct the synthesis of proteins.

LS.Bio.1.5

Analyze how the relationship between structure and function supports life processes within organisms.

Biomolecules and Their Tests

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards