Name: measuring enzyme reaction rates
Uploaded: 2023-04-30T06:31:30.000Z
Duration: 8 min 7 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Next Generation Science Standards

High School

Physical Science

Matter and Its Interactions

HS-PS1-5

Enzyme Assays and Kinetics

Kinetyka enzymów opisuje katalityczne działanie enzymów, które są biomolekułami ułatwiającymi reakcje chemiczne niezbędne dla organizmów żywych. Enzymy działają na cząsteczki, zwane substratami, tworząc produkty. Parametry kinetyczne enzymów są określane za pomocą testów, które bezpośrednio lub pośrednio mierzą zmiany stężenia substratu lub produktu w czasie. 
W tym filmie omówione zostaną podstawowe zasady kinetyki enzymów (w tym równania szybkości) i modele kinetyczne. Omówiono również koncepcje rządzące testami enzymatycznymi, po których następuje typowy test kolorymetryczny. W sekcji dotyczącej zastosowań omówiono test enzymatyczny za pomocą analizy rezonansowego transferu energii Förstera (FRET), charakteryzując aktywność enzymów zewnątrzkomórkowych w środowisku i badając kinetykę naprawy DNA za pomocą sond molekularnych.

testy enzymatyczne i kinetyka

Kinetyka enzymów opisuje katalityczne działanie enzymów, które są biomolekułami ułatwiającymi reakcje chemiczne niezbędne dla organizmów żywych. Enzymy działają na cząsteczki, zwane substratami, tworząc produkty. Parametry kinetyczne enzymów są określane za pomocą testów, które bezpośrednio lub pośrednio mierzą zmiany stężenia substratu lub produktu w czasie. 
W tym filmie omówione zostaną podstawowe zasady kinetyki enzymów (w tym równania szybkości) i modele kinetyczne. Omówiono również koncepcje rządzące testami enzymatycznymi, po których następuje typowy test kolorymetryczny. W sekcji dotyczącej zastosowań omówiono test enzymatyczny za pomocą analizy rezonansowego transferu energii Förstera (FRET), charakteryzując aktywność enzymów zewnątrzkomórkowych w środowisku i badając kinetykę naprawy DNA za pomocą sond molekularnych. 
<div class="chapter_text" id="script_0">
Enzymy są katalizatorami biochemicznymi, które są niezbędne do życia. Testy enzymatyczne służą do badania właściwości kinetycznych reakcji enzymatycznych, wyjaśniając katalityczne działanie enzymów. W tym filmie omówiono kinetykę enzymów i testy, omówiono ogólną procedurę i pokazano niektóre zastosowania. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
Enzymy to białka, rzadziej RNA, które działają na określony reagent, zwany substratem. Enzym zmniejsza energię aktywacji potrzebną do zainicjowania reakcji biochemicznej, powodując, że reakcja zachodzi w szybszym tempie. 
Reakcje enzymatyczne można podzielić na trzy podstawowe składniki. Pierwszym z nich jest tworzenie kompleksu enzym-substrat, powstającego w wyniku wiązania substratu z miejscem aktywnym enzymu. Kompleks może rozkładać się na swoje pierwotne składniki. Jest to druga elementarna reakcja. Alternatywnie, kompleks może utworzyć produkt i odzyskać enzym, trzecią reakcję elementarną. 
Kinetyka reakcji elementarnej jest określona przez równanie prawa szybkości elementarnej. Równania prawa szybkości podają szybkość pod względem stężenia reagentów i stałą szybkości. Każda z reakcji elementarnych ma indywidualne równanie prawa szybkości, z własną stałą szybkości. Równania te można sprowadzić do modelu kinetycznego znanego jako równanie Michaelisa-Mentena. Daje to szybkość reakcji pod względem stężenia substratu; które można określić doświadczalnie. Niektóre ogólne trendy reakcji enzymatycznych można zidentyfikować za pomocą równania Michaelisa-Mentena. Przy wysokim stężeniu substratu osiągany jest punkt nasycenia, zwany Vmax. Tutaj szybkość jest ograniczona przez całkowite stężenie enzymu i liczbę cząsteczek substratu, które enzym przekształca w produkt w danym czasie, znany również jako kcat. W kinetyce Michaelisa-Mentena kcat jest jedną z dwóch stałych rządzących szybkością reakcji. Druga stała, KM, jest znana jako stała powinowactwa. KM jest również równoważne stężeniu, w którym szybkość reakcji jest równoważna połowie Vmax . Enzym o wyższym powinowactwie będzie miał niższe KM i szybciej osiągnie Vmax, podczas gdy enzym o niższym powinowactwie będzie miał wyższe KM i zajmie więcej czasu, aby osiągnąć Vmax. Znajomość kcat i KM pozwala na porównywanie enzymów. Aby to zrobić, używamy współczynnika zwanego wydajnością enzymów. Wyższe kcat i niższe KM skutkują wyższą wydajnością, podczas gdy niższe kcat i wyższe KM skutkują niższymi. 
Czynniki używane do wyjaśnienia kinetyki enzymów muszą być określone doświadczalnie. Testy te są zwykle wykonywane przez zmieszanie roztworu enzymu i substratu w kontrolowanym środowisku. Obserwacje dokonuje się poprzez pomiar zmian stężenia substratu, produktu lub produktów ubocznych w odniesieniu do czasu. 
Zmiana stężenia w czasie służy do określenia szybkości reakcji. W celu określenia kinetyki należy uzyskać dane dotyczące szybkości dla wielu stężeń. Jeśli wykres odwrotnej szybkości początkowej w funkcji odwrotnego stężenia początkowego, znany jako wykres Lineweavera-Burka, jest liniowy, to reakcja jest zgodna z kinetyką Michaelisa-Mentena. Nachylenie i punkt przecięcia linii pozwalają na wyznaczenie parametrów kinetycznych KM i Vmax, które następnie można wykorzystać do obliczenia kcat i wydajności enzymu. 
Teraz, gdy zasady kinetyki enzymów zostały omówione, przyjrzyjmy się, jak przeprowadza się typowy test enzymatyczny. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
W tej procedurze demonstrowany jest test kolorymetryczny. Pierwszym krokiem jest wygenerowanie krzywej wzorcowej, która skoreluje absorbancję ze stężeniem substratu. Roztwory o znanym stężeniu przygotowuje się wraz z próbką kontrolną. Roztwór wywoływacza, który reaguje z podłożem, jest dodawany w celu wytworzenia kolorowego związku. Absorbancja jest mierzona i wykreślana w stosunku do stężenia w celu wygenerowania krzywej wzorcowej. 
Aby wykonać test, przygotowuje się znane stężenie substratu wraz z odpowiednią ilością enzymu. Enzym i substrat miesza się i pozostawia do inkubacji przez określony czas. pH i temperatura są kontrolowane za pomocą roztworów buforowych i bloków grzewczych. W celu zatrzymania reakcji dodaje się środek hartowniczy. Roztwór deweloperski jest następnie dodawany do reakcji i mieszany. Roztwory są następnie umieszczane w kuwetach i mierzona jest absorbancja. Ilość zużytego substratu określa się poprzez porównanie zmierzonej absorbancji z krzywą wzorcową. Na podstawie zebranych danych określa się początkowe szybkości reakcji poprzez wykreślenie stężenia w czasie. Na koniec, z danymi o dawce i stężeniu, tworzony jest wykres Michaelisa-Mentena. Pozwala to na określenie właściwości kinetycznych enzymu, takich jak liczba obrotów i wydajność enzymu. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
Teraz, gdy dokonaliśmy przeglądu procedury testowej, przyjrzyjmy się innym sposobom wykonywania testów i ich zastosowaniom. 
W tej procedurze analiza FRET służy do badania kinetyki proteazy hydrolizującej wiązanie peptydowe białka. Emisje te mogą być mierzone, co pozwala na ciągłą i ilościową analizę zużycia i produkcji substratów, pomagając w określeniu kinetyki reakcji. 
Testy enzymatyczne mogą być wykorzystywane w naukach o środowisku do określania poziomów aktywności enzymów zewnątrzkomórkowych w środowisku. Wody, gleby i osady można zbierać ze środowiska i przetwarzać w laboratorium. Zewnątrzkomórkową aktywność enzymatyczną tych materiałów można następnie scharakteryzować za pomocą testów enzymatycznych. Jest to przydatne narzędzie do zrozumienia, w jaki sposób środowisko przetwarza materiał organiczny. 
Mechanizm naprawy DNA w komórce można ocenić, badając kinetykę enzymów znajdujących się w jądrze. Szybkość, z jaką enzym usuwa zmiany lub uszkodzenia DNA, można zmierzyć za pomocą fluorescencyjnych latarni molekularnych, które fluoryzują tylko wtedy, gdy są związane z unikalnymi sekwencjami DNA. Poziom naprawy DNA można mierzyć w czasie rzeczywistym, wykrywając znakowane fluorescencyjnie produkty rozszczepienia. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_4">
Właśnie obejrzałeś film JoVE na temat kinetyki enzymów i testów. W tym filmie wyjaśniono kinetykę enzymów, omówiono koncepcje testów, omówiono ogólną procedurę i opisano niektóre zastosowania. 
Dzięki za oglądanie! 
</div>

Testy enzymatyczne i kinetyka

Enzyme kinetics describes the catalytic effects of enzymes, which are biomolecules that facilitate chemical reactions necessary for living organisms. ...

Enzymy są katalizatorami biochemicznymi, które są niezbędne do życia. Testy enzymatyczne służą do badania właściwości kinetycznych reakcji enzymatycznych, wyjaśniając katalityczne działanie enzymów. W tym filmie omówiono kinetykę i testy enzymatyczne, omówiono ogólną procedurę i pokazano niektóre zastosowania. Enzymy to białka, rzadziej RNA, które działają na określony reagent, zwany substratem. Enzym zmniejsza energię aktywacji potrzebną do zainicjowania reakcji biochemicznej, powodując, że reakcja zachodzi w szybszym tempie. Reakcje enzymatyczne można podzielić na trzy podstawowe składniki. Pierwszym z nich jest tworzenie kompleksu enzym-substrat, powstającego w wyniku wiązania substratu z miejscem aktywnym enzymu. Kompleks może rozkładać się na swoje pierwotne składniki. Jest to druga elementarna reakcja. Alternatywnie, kompleks może utworzyć produkt i odzyskać enzym, trzecią reakcję elementarną. Kinetyka reakcji elementarnej jest określona przez równanie prawa szybkości elementarnej. Równania prawa szybkości podają szybkość pod względem stężenia reagentów i stałą szybkości. Każda z reakcji elementarnych ma indywidualne równanie prawa szybkości, z własną stałą szybkości. Równania te można sprowadzić do modelu kinetycznego znanego jako równanie Michaelisa-Mentena. Daje to szybkość reakcji pod względem stężenia substratu; które można określić doświadczalnie. Niektóre ogólne trendy reakcji enzymatycznych można zidentyfikować za pomocą równania Michaelisa-Mentena. Przy wysokim stężeniu substratu osiągany jest punkt nasycenia, zwany Vmax. W tym przypadku szybkość jest ograniczona całkowitym stężeniem enzymu i liczbą cząsteczek substratu, które enzym przekształca w produkt w danym czasie, znanym również jako kcat. W kinetyce Michaelisa-Mentena kcat jest jedną z dwóch stałych rządzących szybkością reakcji. Druga stała, KM, jest znana jako stała powinowactwa. KM jest również równoważne stężeniu, w którym szybkość reakcji jest równoważna połowie Vmax . Enzym o wyższym powinowactwie będzie miał niższy KM i szybciej osiągnie Vmax, podczas gdy enzym o niższym powinowactwie będzie miał wyższy KM i zajmie więcej czasu, aby osiągnąć Vmax. Znajomość kcat i KM pozwala na porównywanie enzymów. Aby to zrobić, używamy współczynnika zwanego wydajnością enzymów. Wyższy kcat i niższy KM skutkują wyższą wydajnością, podczas gdy niższy kcat i wyższy KM skutkują niższym. Czynniki używane do wyjaśnienia kinetyki enzymów muszą być określone doświadczalnie. Testy te są zwykle wykonywane przez zmieszanie roztworu enzymu i substratu w kontrolowanym środowisku. Obserwacje dokonuje się poprzez pomiar zmian stężenia substratu, produktu lub produktów ubocznych w odniesieniu do czasu. Zmiana stężenia w czasie służy do określenia szybkości reakcji. W celu określenia kinetyki należy uzyskać dane dotyczące szybkości dla wielu stężeń. Jeśli wykres odwrotnej szybkości początkowej w funkcji odwrotnego stężenia początkowego, znany jako wykres Lineweavera-Burka, jest liniowy, to reakcja jest zgodna z kinetyką Michaelisa-Mentena. Nachylenie i punkt przecięcia linii pozwalają na wyznaczenie parametrów kinetycznych KM i Vmax, które można następnie wykorzystać do obliczenia kcat i wydajności enzymu. Teraz, gdy zasady kinetyki enzymów zostały omówione, przyjrzyjmy się, jak przeprowadza się typowy test enzymatyczny. W tej procedurze demonstrowany jest test kolorymetryczny. ? Pierwszym krokiem jest wygenerowanie krzywej wzorcowej, która skoreluje absorbancję ze stężeniem substratu. Roztwory o znanym stężeniu przygotowuje się wraz z próbką kontrolną. Roztwór wywoływacza, który reaguje z podłożem, jest dodawany w celu wytworzenia kolorowego związku. Absorbancja jest mierzona i wykreślana w stosunku do stężenia w celu wygenerowania krzywej wzorcowej. Aby wykonać test, przygotowuje się znane stężenie substratu wraz z odpowiednią ilością enzymu. Enzym i substrat miesza się i pozostawia do inkubacji przez określony czas. pH i temperatura są kontrolowane za pomocą roztworów buforowych i bloków grzewczych. W celu zatrzymania reakcji dodaje się środek hartowniczy. Roztwór deweloperski jest następnie dodawany do reakcji i mieszany. Roztwory są następnie umieszczane w kuwetach i mierzona jest absorbancja. Ilość zużytego substratu określa się poprzez porównanie zmierzonej absorbancji z krzywą wzorcową. Na podstawie zebranych danych określa się początkowe szybkości reakcji poprzez wykreślenie stężenia w czasie. Na koniec, z danymi o dawce i stężeniu, tworzony jest wykres Michaelisa-Mentena. Pozwala to na określenie właściwości kinetycznych enzymu, takich jak liczba obrotów i wydajność enzymu. Teraz, gdy dokonaliśmy przeglądu procedury testowej, przyjrzyjmy się innym sposobom wykonywania testów i ich zastosowaniom. W tej procedurze analiza FRET służy do badania kinetyki proteazy hydrolizującej wiązanie peptydowe białka. Emisje te mogą być mierzone, co pozwala na ciągłą i ilościową analizę zużycia i produkcji substratów, pomagając w określeniu kinetyki reakcji. Testy enzymatyczne mogą być wykorzystywane w naukach o środowisku do określania poziomów aktywności enzymów zewnątrzkomórkowych w środowisku. Wody, gleby i osady można zbierać ze środowiska i przetwarzać w laboratorium. Zewnątrzkomórkową aktywność enzymatyczną tych materiałów można następnie scharakteryzować za pomocą testów enzymatycznych. Jest to przydatne narzędzie do zrozumienia, w jaki sposób środowisko przetwarza materiał organiczny. Mechanizm naprawy DNA w komórce można ocenić, badając kinetykę enzymów znajdujących się w jądrze. Szybkość, z jaką enzym usuwa zmiany lub uszkodzenia DNA, można zmierzyć za pomocą fluorescencyjnych latarni molekularnych, które fluoryzują tylko wtedy, gdy są związane z unikalnymi sekwencjami DNA. Poziom naprawy DNA można mierzyć w czasie rzeczywistym, wykrywając znakowane fluorescencyjnie produkty rozszczepienia. Właśnie obejrzałeś film JoVE na temat kinetyki enzymów i testów. W tym filmie wyjaśniono kinetykę enzymów, omówiono koncepcje testów, omówiono ogólną procedurę i opisano niektóre zastosowania. Dzięki za oglądanie!

Education

JoVE Science Education

Chemistry

Chemia

Biochemistry

Biochemia

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 apart again, or it can make product and release the enzyme. Each step has its own rate law and rate constant.

These steps are often simplified with the Michaelis-Menten equation. This model links reaction rate to substrate concentration and helps show general enzyme trends. At high substrate levels, the reaction reaches a saturation point called V max. The turnover number, or k cat, describes how many substrate molecules one enzyme converts per unit time. KM is the concentration where the rate is half of V max, and it also reflects affinity. A lower KM usually means higher affinity, while a higher KM usually means lower affinity. The ratio of k cat and KM is used as enzyme efficiency.

To find these values, scientists run assays in a controlled setting. They mix enzyme and substrate and measure changes in substrate, product, or byproducts over time. Reaction rates are collected at multiple substrate concentrations. If a Lineweaver-Burk plot, which graphs inverse initial rate against inverse initial concentration, is linear, the reaction follows Michaelis-Menten kinetics. The slope and intercept can then be used to determine KM and V max, and these values help calculate k cat and enzyme efficiency.

A common lab method is a colorimetric assay, which uses color to measure concentration. First, a standard curve is made from known concentrations and a control sample. A developer solution reacts with the substrate and creates a colored compound. Absorbance is measured and plotted against concentration to build the curve.

For the assay, a known amount of substrate and enzyme is prepared. The two are mixed and incubated for a set time. Buffer solutions and heating blocks keep pH and temperature controlled. A quenching agent stops the reaction, and developer solution is added. The samples are placed in cuvettes, and absorbance is measured. The amount of substrate used is found by comparing the result to the standard curve. Initial rates are then plotted over time, and the Michaelis-Menten plot is used to determine turnover number and enzyme efficiency.

Other assay methods can track reactions in real time. FRET, or Förster resonance energy transfer, can measure a protease breaking a peptide bond in a protein. The emitted signal can be monitored continuously, which helps quantify substrate consumption and product formation. Enzyme assays are also used in environmental science to measure extracellular enzyme activity in waters, soils, and sediments. These samples are processed in the lab to help explain how the environment breaks down organic material.

Enzyme kinetics can also be used to study DNA repair. Enzymes in the nucleus remove DNA lesions, or damage, and their activity can be followed with fluorescent molecular probes. These beacons fluoresce only when they bind specific DNA sequences. The fluorescent cleavage products make it possible to measure DNA repair in real time.

Measuring Enzyme Reaction Rates

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

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)

FRET as a Molecular Ruler in Cells

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

surface plasmon resonance (spr)

SPR Biosensors for Tracking Binding Kinetics

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

biochemistry

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

Measure enzyme reaction rates with assays, standard curves, and Michaelis-Menten plots. Learn how kcat, KM, colorimetric assays, FRET, and DNA repair studies work.

Measuring Enzyme Reaction Rates | JoVE K12

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

HS. Chemical Reactions

HS-PS1-5.

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.

Overveiw

Principles of Enzyme Kinetics

Enzyme Assay

Applications

Summary

The Atomic Theory of Matter

The earliest recorded discussion of the basic structure of matter comes from ancient Greek philosophers. Leucippus and Democritus argued that all matter ...

Atomic Structure

All matter is composed of atoms, the smallest individual units of elements. Each atom is made up of three subatomic particles: protons, neutrons, and ...

Subatomic Particles

Dalton was only partially correct about the particles that make up matter. All matter is composed of atoms, and atoms are composed of three smaller ...

Electronic Structure of Atoms


An atom comprises protons and neutrons, which are contained inside the dense, central&#160;core called the nucleus, with electrons present around the ...

Electron Behavior

Electrons are negatively charged subatomic particles that are attracted to an orbit around the positively-charged nucleus of an atom. They reside in ...

Electron Orbital Model

Orbitals are the areas outside of the atomic nucleus where electrons are most likely to reside. They are characterized by different energy levels, shapes, ...

Atomic Orbitals

An atomic orbital represents the three-dimensional regions in an atom where an electron has the highest probability to reside. The radial distribution ...

The Pauli Exclusion Principle

The arrangement of electrons in the orbitals of an atom is called its electron configuration. We describe an electron configuration with a symbol that ...

The Energies of Atomic Orbitals

In an atom, the negatively charged electrons are attracted to the positively charged nucleus. In a multielectron atom, electron-electron repulsions are ...

The Aufbau Principle and Hund's Rule

To determine the electron configuration for any particular atom, we can build the structures in the order of atomic numbers. Beginning with hydrogen, and ...

Electron Configurations

Electron configurations and orbital diagrams can be determined by applying the Aufbau principle (each added electron occupies the subshell of lowest ...

electron-configuration-of-multielectron-atoms

Electron Configuration of Multielectron Atoms

The alkali metal sodium (atomic number 11) has one more electron than the neon atom. This electron must go into the lowest-energy subshell available, the ...

The Periodic Table

As early chemists discovered more elements, they realized that various elements could be grouped by their similar chemical behaviors. One such grouping ...

Periodic Classification of the Elements

The periodic table arranges atoms based on increasing atomic number so that elements with the same chemical properties recur periodically. When their ...

atomic-radii-and-effective-nuclear-charge

Atomic Radii and Effective Nuclear Charge

The elements in groups of the periodic table exhibit similar chemical behavior. This similarity occurs because the members of a group have the same number ...

Ionic Radii

Ionic radius is the measure used to describe the size of an ion. A cation always has fewer electrons and the same number of protons as the parent atom; it ...

Ionization Energy

The amount of energy required to remove the most loosely bound electron from a gaseous atom in its ground state is called its first ionization energy ...

Electron Affinity

The electron affinity (EA) is the energy change for adding an electron to a gaseous atom to form an anion (negative ion).



This process can be either ...

Alkali Metals

Group 1 elements are soft and shiny metallic solids. They are malleable, ductile, and good conductors of heat and electricity. The melting points of the ...

Halogens

Group 17 elements, known as halogens, are nonmetals. At room temperature, fluorine and chlorine are gases, bromine is a liquid, and iodine a solid. ...

Noble Gases


The elements in group 18 are noble gases (helium, neon, argon, krypton, xenon, and radon). They earned the name &ldquo;noble&rdquo; because they were ...

Use the periodic table as a model to predict the relative properties of elements based on the patterns of electrons in the outermost energy level of atoms. [Clarification Statement: Examples of properties that could be predicted from patterns could include reactivity of metals, types of bonds formed, numbers of bonds formed, and reactions with oxygen.] [Assessment Boundary: Assessment is limited to main group elements. Assessment does not include quantitative understanding of ionization energy beyond relative trends.]

HS-PS1-1

Atomic Number and Mass Number

The number of protons in the nucleus of an atom is its atomic number (Z). This is the defining trait of an element. Its value determines the identity of ...

Chemical Reactions

A chemical reaction is a process by which the bonds in the atoms of substances are rearranged to generate new substances. Matter cannot be created or ...

Chemical Equations

Chemical equations represent the identities and relative quantities of substances involved in a chemical reaction. The substances undergoing reaction are ...

physical-and-chemical-properties-of-matter

Physical and Chemical Properties of Matter

The characteristics that enable us to distinguish one substance from another are called properties.

Physical Properties of Matter

A physical property is ...

Elements: Chemical Symbols and Isotopes

A chemical symbol is an abbreviation used to indicate an element or an atom of an element. For example, the symbol for mercury is Hg. The same symbol is ...

Predicting Reaction Outcomes

Kinetics describes the rate and path by which a reaction occurs. In contrast, thermodynamics deals with state functions and describes the properties, ...

Chemical Reactions in Aqueous Solutions

Chemical substances interact in many different ways. Certain chemical reactions exhibit common patterns of reactivity. Due to the vast number of chemical ...

Multi-Step Reactions

Chemical reactions often occur in a stepwise fashion involving two or more distinct reactions taking place in a sequence. A balanced equation indicates ...

Reaction Mechanisms

Chemical reactions often occur in a stepwise fashion, involving two or more distinct reactions taking place in a sequence. A balanced equation indicates ...

Rate-Determining Steps

Relating Reaction Mechanisms
In a multistep reaction mechanism, one of the elementary steps progresses significantly slower than the others. This slowest ...

Reaction Stoichiometry

A balanced chemical equation provides a great deal of information in a very succinct format. Chemical formulas provide the identities of the reactants and ...

Limiting Reactant

The relative amounts of reactants and products represented in a balanced chemical equation are often referred to as stoichiometric amounts. However, in ...

Reaction Yield

The theoretical yield of a reaction is the amount of product estimated to form based on the stoichiometry of the balanced chemical equation. The ...

stoichiometry-product-yield-and-limiting-reactants

Stoichiometry, Product Yield, and Limiting Reactants

Chemical equations represent how a chemical reaction proceeds from reactants to products through physical or chemical change using chemical formulas.
...

Source: Smaa Koraym at Johns Hopkins University, MD, USA

	Preparation of 25% v/v Ethylenediamine in Deionized WaterExpand
	Here, we show the laboratory ...

Source: Smaa Koraym at Johns Hopkins University, MD, USA

	Synthesis of tris(ethylenediamine)nickel chlorideExpand
	In this lab, you will combine nickel ...

Balancing Redox Equations

Electrochemistry is the science involved in the interconversion of electrical and chemical reactions. Such reactions are called reduction-oxidation, or ...

Construct and revise an explanation for the outcome of a simple chemical reaction based on the outermost electron states of atoms, trends in the periodic table, and knowledge of the patterns of chemical properties. [Clarification Steatement: Examples of chemical reactions could include the reaction of sodium and chlorine, of carbon and oxygen, or of carbon and hydrogen.] [Assessment Boundary: Assessment is limited to chemical reactions involving main group elements and combustion reactions.]

HS-PS1-2

What is Matter?

The substance of the universe&#8212;from a grain of sand to a star&#8212;is called matter. Scientists define matter as anything that occupies space and ...

Plan and conduct an investigation to gather evidence to compare the structure of substances at the bulk scale to infer the strength of electrical forces between particles. [Clarification Statement: Emphasis is on understanding the strengths of forces between particles, not on naming specific intermolecular forces (such as dipole-dipole). Examples of particles could include ions, atoms, molecules, and networked materials (such as graphite). Examples of bulk properties of substances could include the melting point and boiling point, vapor pressure, and surface tension.] [Assessment Boundary: Assessment does not include Raoult’s law calculations of vapor pressure.]

HS-PS1-3

Classifying Matter by State

Chemistry is the study of matter and the changes it undergoes. Matter is anything that has mass and occupies space. Matter is all around us; the air, ...

Classifying Matter by Composition

Matter: Pure Substances and Mixtures
According to its composition, the matter can be classified into two broad categories &mdash; pure substances and ...

Bond Energies and Bond Lengths

Stable molecules exist because covalent bonds hold the atoms together. The strength of a covalent bond is measured by the energy required to break it, ...

Bonding in Metals

Metallic bonds are formed between two metal atoms. A simplified model to describe metallic bonding has been developed by Paul Dr&#xFC;de called the ...

types-of-chemical-reactions-anabolic-and-catabolic

Types of Chemical Reactions: Anabolic and Catabolic

The first law of thermodynamics holds that energy can neither be created nor destroyed&#8212;it can only change form. An organism&#39;s essential function ...

types-of-chemical-reactions-exchange-and-reversible

Types of Chemical Reactions: Exchange and Reversible

An exchange reaction is a chemical reaction in which both synthesis and decomposition occur, chemical bonds are both formed and broken, and chemical ...

Energy Transfer in Chemical Reactions

Chemical reactions require sufficient energy to cause the matter to collide with enough precision and force that old chemical bonds can be broken and new ...

Arrhenius Plots

The Arrhenius equation relates the activation energy and the rate constant, k, for chemical reactions. In the Arrhenius equation, k = Ae&#8722;Ea/RT, R is ...

Reaction Rate

The rate of reaction is the change in the amount of a reactant or product per unit time. Reaction rates are therefore determined by measuring the time ...

Measuring Reaction Rates

Polarimetry finds application in chemical kinetics to measure the concentration and reaction kinetics of optically active substances during a chemical ...

factors-influencing-the-rate-of-chemical-reactions

Factors Influencing the Rate of Chemical Reactions

A variety of factors influence the rate of chemical reactions. For a chemical reaction to happen, atoms must collide with enough energy to overcome the ...

Develop a model to illustrate that the release or absorption of energy from a chemical reaction system depends upon the changes in total bond energy. [Clarification Statement: Emphasis is on the idea that a chemical reaction is a system that affects the energy change. Examples of models could include molecular-level drawings and diagrams of reactions, graphs showing the relative energies of reactants and products, and representations showing energy is conserved.] [Assessment Boundary: Assessment does not include calculating the total bond energy changes during a chemical reaction from the bond energies of reactants and products.]

HS-PS1-4

Measuring Enzyme Reaction Rates

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards