Name: protein mapping with 2d gel electrophoresis
Uploaded: 2023-04-30T06:31:06.000Z
Duration: 7 min 31 s
Channel: JoVE

K12 Standards

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

High School

Physical Science

HS. Structure and Properties of Matter

HS-PS1-10.

Two-Dimensional Gel Electrophoresis

Двумерный гель-электрофорез (2DGE) — это метод, который может растворять тысячи биомолекул из смеси. Этот метод включает в себя два различных метода разделения, которые были связаны друг с другом: изоэлектрическую фокусировку (IEF) и электрофорез в полиакриламидном геле додецилсульфата натрия (SDS-PAGE). Это физически разделяет соединения по двум осям геля по их изоэлектрическим точкам (электрохимическое свойство) и их молекулярной массе. 
Процедура, описанная в этом видео, охватывает основные понятия 2DGE и общую процедуру определения характеристик состава сложного белкового раствора. В разделе «Применение» показаны три примера этого метода, включая обнаружение биомаркеров для начала и прогрессирования заболевания, мониторинг лечения у пациентов и изучение белков после посттрансляционной модификации (ПТМ).

Двумерный гель-электрофорез

Двумерный гель-электрофорез (2DGE) — это метод, который может растворять тысячи биомолекул из смеси. Этот метод включает в себя два различных метода разделения, которые были связаны друг с другом: изоэлектрическую фокусировку (IEF) и электрофорез в полиакриламидном геле додецилсульфата натрия (SDS-PAGE). Это физически разделяет соединения по двум осям геля по их изоэлектрическим точкам (электрохимическое свойство) и их молекулярной массе. 
Процедура, описанная в этом видео, охватывает основные понятия 2DGE и общую процедуру определения характеристик состава сложного белкового раствора. В разделе «Применение» показаны три примера этого метода, включая обнаружение биомаркеров для начала и прогрессирования заболевания, мониторинг лечения у пациентов и изучение белков после посттрансляционной модификации (ПТМ). 
<div class="chapter_text" id="script_0">
Двумерный, или 2D, гель-электрофорез — это метод, использующий два различных метода разделения, которые могут отделить тысячи белков от одной смеси. Один из методов, SDS-PAGE или электрофорез в полиакриламидном геле додецилсульфата натрия, не может полностью разделить сложные смеси в одиночку. Двухмерный гель-электрофорез связывает SDS-PAGE со вторым методом, изоэлектрической фокусировкой или IEF, который разделяет на основе изоэлектрических точек, что позволяет потенциально разрешать все белки в лизате клетки. В этом видео будут показаны принципы 2D-гель-электрофореза, общая процедура и некоторые из ее биомедицинских применений. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
2D гель-электрофорез начинается с IEF в качестве первого измерения. Каждый белок имеет значение pH, называемое изоэлектрической точкой или pI, где суммарный заряд равен нулю. Когда белок подвергается воздействию электрического поля, он будет двигаться к электроду с противоположным зарядом. Представляющие интерес образцы загружаются на иммобилизованные полоски с градиентом pH, или IPG, в которые встроены амфолиты, молекулы, содержащие как кислотные, так и основные группы. Затем электрическое поле прикладывается к полоске градиента pH, заставляя белки мигрировать до тех пор, пока они не достигнут значения pH, соответствующего их pI, где они теряют свой суммарный заряд. 
Перед запуском второго измерения встроенные белки обрабатываются SDS, денатурируя их и обеспечивая равномерный отрицательный заряд. После этого полоски IPG помещаются на полиакриламидный гель. Приложенное электрическое поле притягивает белки к аноду, при этом более крупные белки медленнее продвигаются через гель. 
После того, как белковая смесь была разделена в соответствии с pI и молекулярной массой, карта протеома визуализируется с помощью красителей, и идентифицируются белки, представляющие интерес. 
Теперь, когда мы рассмотрели принципы 2D-гель-электрофореза, давайте рассмотрим типичную лабораторную процедуру. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
Перед проведением эксперимента белки должны быть солюбилизированы в среду. Солюбилизация образца достигается путем деагрегирования белков комбинацией хаотропных агентов для нарушения водород-связывающих взаимодействий, неионогенных детергенов для предотвращения изменения заряда белков, восстановителей для разрыва дисульфидных связей и буферов. Для удаления мешающих обильных белков и других молекул материал последовательно экстрагируется центрифугированием и сбором полученной гранулы; за этим следует лечение эндонуклеазой, ферментом, используемым для поглощения любой ДНК, которая может помешать эксперименту. 
После того, как белки растворятся, полоски IPG готовят путем промывки раствором для чистки полосок и оставляют в перевернутом виде для высыхания. Затем каждой полосе присваивается номер держателя полосы. После готовности клеточный экстракт загружается на полоски медленным, скользящим движением от отрицательного к положительному концу. С целью регидратации на электрод и под гелевые полоски кладут влажную промокательную бумагу; затем полосы IPG накладываются на прибор IEF. Подается сильный электрический ток, и белки начинают мигрировать. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
После завершения первого измерения гель для SDS-PAGE подготавливается в литейном аппарате. Полоски IPG обрабатываются путем помещения их лицевой стороной вниз в буфер уравновешивания, содержащий SDS. Блок электрофореза подготавливается с добавлением буфера для электрофореза. Обработанные полоски IPG собираются с помощью пинцета, помещаются поверх гелевых пластин и запечатываются агарозным герметизирующим раствором. Затем источник напряжения подает электрическое поле, которое удерживается до тех пор, пока самые быстро движущиеся белки не окажутся на расстоянии 1 см от дна геля. 
После завершения электрофореза белки необходимо визуализировать. Традиционно это выполняется путем окрашивания синим или серебряным нитратом Кумасси. Представляющие интерес белки могут быть перенесены из геля и проанализированы с помощью вестерн-блоттинга. 
Второй подход к идентификации включает в себя извлечение белков из геля, их расщепление, а затем анализ с помощью масс-спектрометрии. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_4">
Теперь, когда мы рассмотрели процедуру, давайте рассмотрим некоторые варианты использования 2D-гель-электрофореза. 
Одним из наиболее распространенных применений этого метода является идентификация молекул, участвующих в инициации и прогрессировании заболевания. Двухмерный гель-электрофорез в сочетании с масс-спектрометрией может обнаружить повышение или понижение регуляции определенных белков в пораженных участках по сравнению со здоровыми. 
Кроме того, 2D гель-электрофорез полезен для отслеживания развития реакции пациента на потенциальный терапевтический препарат. Образцы могут быть взяты у пациентов в различные моменты времени после начала лечения. Таким образом, 2D-гель-электрофорез в сочетании с вестерн-блоттингом или масс-спектрометрическим анализом может обнаруживать белки, связанные с негативными реакциями, такими как воспаление; или отсутствие белков в облегченном состоянии. 
Еще одно применение 2D-гель-электрофореза заключается в изучении структуры и функции белка после посттрансляционной модификации, или ПТМ, которые являются добавками к белкам после их трансляции из мРНК. ПТМ могут регулировать различные функции, включая передачу сигналов белков, экспрессию генов или вызывать окислительное повреждение. 2D-гель-электрофорез чувствителен к модификациям, таким как метилирование или ацетилирование, которые могут вызвать сдвиг как pI, так и молекулярной массы. 
</div>
<div class="chapter_text" id="script_5">
Вы только что посмотрели видео JoVE о 2D-гель-электрофорезе. В этом видео описаны принципы работы методики, типичная экспериментальная процедура и несколько ее применений в области биомедицины. 
Спасибо за просмотр! 
</div>

Two-dimensional gel electrophoresis (2DGE) is a technique that can resolve thousands of biomolecules from a mixture. This technique involves two distinct ...

Двумерный, или 2D, гель-электрофорез — это метод, использующий два различных метода разделения, которые могут отделить тысячи белков от одной смеси. Один из методов, SDS-PAGE или электрофорез в полиакриламидном геле додецилсульфата натрия, не может полностью разделить сложные смеси в одиночку. Двухмерный гель-электрофорез связывает SDS-PAGE со вторым методом, изоэлектрической фокусировкой или IEF, который разделяет на основе изоэлектрических точек, что позволяет потенциально разрешать все белки в лизате клетки. В этом видео будут показаны принципы 2D-гель-электрофореза, общая процедура и некоторые из ее биомедицинских применений. 2D гель-электрофорез начинается с IEF в качестве первого измерения. Каждый белок имеет значение pH, называемое изоэлектрической точкой или pI, где суммарный заряд равен нулю. Когда белок подвергается воздействию электрического поля, он будет двигаться к электроду с противоположным зарядом. Представляющие интерес образцы загружаются на иммобилизованные полоски с градиентом pH, или IPG, в которые встроены амфолиты, молекулы, содержащие как кислотные, так и основные группы. Затем электрическое поле прикладывается к полоске градиента pH, заставляя белки мигрировать до тех пор, пока они не достигнут значения pH, соответствующего их pI, где они теряют свой суммарный заряд. Перед запуском второго измерения встроенные белки обрабатываются SDS, денатурируя их и обеспечивая равномерный отрицательный заряд. После этого полоски IPG помещаются на полиакриламидный гель. Приложенное электрическое поле притягивает белки к аноду, при этом более крупные белки медленнее продвигаются через гель. После того, как белковая смесь была разделена в соответствии с pI и молекулярной массой, карта протеома визуализируется с помощью красителей, и идентифицируются белки, представляющие интерес. Теперь, когда мы рассмотрели принципы 2D-гель-электрофореза, давайте рассмотрим типичную лабораторную процедуру. Перед проведением эксперимента белки должны быть солюбилизированы в среду. Солюбилизация образца достигается путем деагрегирования белков комбинацией хаотропных агентов для нарушения водород-связывающих взаимодействий, неионогенных детергенов для предотвращения изменения заряда белков, восстановителей для разрыва дисульфидных связей и буферов. Для удаления мешающих обильных белков и других молекул материал последовательно экстрагируется центрифугированием и сбором полученной гранулы; за этим следует лечение эндонуклеазой, ферментом, используемым для поглощения любой ДНК, которая может помешать эксперименту. После того, как белки растворятся, полоски IPG готовят путем промывки раствором для чистки полосок и оставляют в перевернутом виде для высыхания. Затем каждой полосе присваивается номер держателя полосы. После готовности клеточный экстракт загружается на полоски медленным, скользящим движением от отрицательного к положительному концу. С целью регидратации на электрод и под гелевые полоски кладут влажную промокательную бумагу; затем полосы IPG накладываются на прибор IEF. Подается сильный электрический ток, и белки начинают мигрировать. После завершения первого измерения гель для SDS-PAGE подготавливается в литейном аппарате. Полоски IPG обрабатываются путем помещения их лицевой стороной вниз в буфер уравновешивания, содержащий SDS. Блок электрофореза подготавливается с добавлением буфера для электрофореза. Обработанные полоски IPG собираются с помощью пинцета, помещаются поверх гелевых пластин и запечатываются агарозным герметизирующим раствором. Затем источник напряжения подает электрическое поле, которое удерживается до тех пор, пока самые быстро движущиеся белки не окажутся на расстоянии 1 см от дна геля. После завершения электрофореза белки необходимо визуализировать. Традиционно это выполняется путем окрашивания синим или серебряным нитратом Кумасси. Представляющие интерес белки могут быть перенесены из геля и проанализированы с помощью вестерн-блоттинга. Второй подход к идентификации включает в себя извлечение белков из геля, их расщепление, а затем анализ с помощью масс-спектрометрии. Теперь, когда мы рассмотрели процедуру, давайте рассмотрим некоторые варианты использования 2D-гель-электрофореза. Одним из наиболее распространенных применений этого метода является идентификация молекул, участвующих в инициации и прогрессировании заболевания. Двухмерный гель-электрофорез в сочетании с масс-спектрометрией может обнаружить повышение или понижение регуляции определенных белков в пораженных участках по сравнению со здоровыми. Кроме того, 2D гель-электрофорез полезен для отслеживания развития реакции пациента на потенциальный терапевтический препарат. Образцы могут быть взяты у пациентов в различные моменты времени после начала лечения. Таким образом, 2D-гель-электрофорез в сочетании с вестерн-блоттингом или масс-спектрометрическим анализом может обнаруживать белки, связанные с негативными реакциями, такими как воспаление; или отсутствие белков в облегченном состоянии. Еще одно применение 2D-гель-электрофореза заключается в изучении структуры и функции белка после посттрансляционной модификации, или ПТМ, которые являются добавками к белкам после их трансляции из мРНК. ПТМ могут регулировать различные функции, включая передачу сигналов белков, экспрессию генов или вызывать окислительное повреждение. 2D-гель-электрофорез чувствителен к модификациям, таким как метилирование или ацетилирование, которые могут вызвать сдвиг как pI, так и молекулярной массы. Вы только что посмотрели видео JoVE о 2D-гель-электрофорезе. В этом видео описаны принципы работы методики, типичная экспериментальная процедура и несколько ее применений в области биомедицины. Спасибо за просмотр!

Education

JoVE Science Education

Chemistry

Химия

Biochemistry

Биохимия

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 onto immobilized pH gradient, or IPG, strips that contain ampholytes, which are molecules with both acidic and basic groups. When an electric field is applied, the proteins move until they reach the pH that matches their pI. At that point, they stop moving because they no longer have a net charge.

Before the second dimension, the proteins are treated with SDS. This step denatures the proteins and gives them a uniform negative charge. The IPG strips are then placed on a polyacrylamide gel for SDS-PAGE. When the electric field is applied, proteins move toward the anode, and larger proteins move more slowly through the gel.

A typical lab workflow begins by solubilizing the protein sample. This is done with chaotropic agents, nonionic detergents, reducing agents, and buffers. The sample is then cleaned by sequential centrifugation and pellet collection, and endonuclease is used to remove DNA that could interfere with the experiment. IPG strips are rinsed, dried, numbered, and loaded with the extract in a slow motion from the negative end to the positive end. Damp blotting paper helps with rehydration before the strips are run on the IEF instrument.

After the first run, the SDS-PAGE gel is prepared in a casting apparatus. The IPG strips are placed face down in SDS-containing equilibration buffer, and then positioned on the gel plates with agarose-sealing solution. Electrophoresis continues until the fastest-moving proteins are about 1 cm from the bottom of the gel. The separated proteins are then visualized with stains such as Coomassie blue or silver nitrate. Proteins of interest can also be transferred for Western blot analysis or excised, digested, and identified by mass spectrometry.

2D gel electrophoresis is widely used in biomedicine. It can help identify proteins involved in disease initiation and progression by comparing diseased and healthy samples. It is also useful for tracking how patients respond to a potential therapeutic drug over time. Another application is the study of posttranslational modifications, or PTMs, which are changes made to proteins after translation from mRNA. Methylation and acetylation can shift both pI and molecular weight, making them detectable with this method.

Protein Mapping with 2D Gel Electrophoresis

protein-mapping-with-2d-gel-electrophoresis

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 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.

See how 2D gel electrophoresis separates proteins by pI and size, then use staining, Western blot, or mass spectrometry to identify biomarkers and PTMs.

Protein Mapping with 2D Gel Electrophoresis | JoVE K12

HS. Chemical Reactions

HS-PS1-11.

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 2D Gel Electrophoresis

Sample Preparation and Running Isoelectric Focusing

Running SDS-PAGE and Visualization/Analysis

Applications

Summary

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 ...

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, ...

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 ...

Coordination Chemistry Complexes

Source: Laboratory of Dr. Neal Abrams &#8212; SUNY College of Environmental Science and Forestry
Transition metals are found everywhere from vitamin ...

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.

HS-PS1-1.

Types of Chemical Bonds

Chemical bonding theories were pioneered by American chemist Gilbert&#xA0;N. Lewis. He developed a model called the Lewis model to explain the type and ...

Lewis Symbols and the Octet Rule

Chemical bonds are complex interactions between two or more atoms or ions, which reduce the potential energy of the molecule. Gilbert N. Lewis developed a ...

Ionic Bonding and Electron Transfer

Ions are atoms or molecules bearing an electrical charge. A cation (a positive ion) forms when a neutral atom loses one or more electrons from its valence ...

The Born-Haber Cycle

Lattice Energy&#xA0;

An ionic compound is stable because of the electrostatic attraction between its positive and negative ions. The lattice energy of a ...

trends-in-lattice-energy-ion-size-and-charge

Trends in Lattice Energy: Ion Size and Charge

An ionic compound is stable because of the electrostatic attraction between its positive and negative ions. The lattice energy of a compound is a measure ...

Covalent Bonding and Lewis Structures

Compared to ionic bonds, which results from the transfer of electrons between metallic and nonmetallic atoms, covalent bonds result from the mutual ...

Electronegativity

Whether a bond is nonpolar or polar covalent is determined by a property of the bonding atoms called electronegativity.&#xA0;

Electronegativity values of ...

bond-polarity-dipole-moment-and-percent-ionic-character

Bond Polarity, Dipole Moment, and Percent Ionic Character

Bond Polarity

The absolute value of the difference in electronegativity (&Delta;EN) of two bonded atoms provides a rough measure of the polarity to be ...

lewis-structures-of-molecular-compounds-and-polyatomic-ions

Lewis Structures of Molecular Compounds and Polyatomic Ions

To draw Lewis structures for complicated molecules and molecular ions, it is helpful to follow a step-by-step procedure as outlined:


	Determine the ...

Resonance

The Lewis structure of a nitrite anion (NO2&minus;) may actually be drawn in two different ways, distinguished by the locations of the N-O and N=O ...

Formal Charges

In some cases, there are seemingly more than one valid Lewis structures for molecules and polyatomic ions. The concept of formal charges can be used to ...

Exceptions to the Octet Rule

Many covalent molecules have central atoms that do not have eight electrons in their Lewis structures. These molecules fall into three categories:


	...

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 ...

VSEPR Theory and the Basic Shapes

Overview of VSEPR Theory

Valence shell electron-pair repulsion theory (VSEPR theory) enables us to predict the molecular structure, including approximate ...

vsepr-theory-and-the-effect-of-lone-pairs

VSEPR Theory and the Effect of Lone Pairs

Effect of Lone Pairs of Electrons&nbsp;on Molecule Geometry

It is important to note that electron-pair geometry around a central atom is not the same ...

Predicting Molecular Geometry

VSEPR Theory for Determination of Electron Pair Geometries

The following procedure uses VSEPR theory to determine the electron pair geometries and the ...

Molecular Shape and Polarity

Dipole Moment of a Molecule

Polar covalent bonds connect two atoms with differing electronegativities, leaving one atom with a partial positive charge ...

Valence Bond Theory

Overview of Valence Bond Theory

Valence bond theory describes a covalent bond as the overlap of half-filled atomic orbitals (each containing a single ...

Hybridization of Atomic Orbitals I

The mathematical expression known as the wave function, &#x3C8;, contains information about each orbital and the wavelike properties of electrons in an ...

Hybridization of Atomic Orbitals II

sp3d and sp3d&nbsp;2 Hybridization

To describe the five bonding orbitals in a trigonal bipyramidal arrangement, we must use five of the valence shell ...

Molecular Orbital Theory I

Overview of Molecular Orbital Theory

Molecular orbital theory describes the distribution of electrons in molecules in the same way as the distribution of ...

Molecular Orbital Theory II

Molecular Orbital Energy Diagrams

The relative energy levels of atomic and molecular orbitals are typically shown in a molecular orbital diagram. For a ...

Molecular Orbital (MO) Theory

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
This protocol serves as a guide in the synthesis of two metal complexes ...

Intermolecular vs Intramolecular Forces

Intermolecular forces (IMF) are electrostatic attractions arising from charge-charge interactions between molecules. The strength of the intermolecular ...

Intermolecular Forces

Atoms and molecules interact through bonds (or forces): intramolecular and intermolecular. The forces are electrostatic as they arise from interactions ...

Molecular and Ionic 
Solids

Crystalline solids are divided into four types: molecular, ionic, metallic, and covalent network based on the type of constituent units and their ...

comparing-intermolecular-forces-melting-point-boiling-point

Comparing Intermolecular Forces: Melting Point, Boiling Point, and Miscibility

Intermolecular forces are attractive forces that exist between molecules. They dictate several bulk properties, such as melting points, boiling points, ...

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.

HS-PS1-3.

Radioactivity and Nuclear Equations

Nuclear chemistry is the study of reactions that involve changes in nuclear structure. The nucleus of an atom is composed of protons and, except for ...

Types of Radioactivity

The most common types of radioactivity are &#945; decay, &#946; decay, &#947; decay, neutron emission, and electron capture.
Alpha (&#945;) decay is the ...

Nuclear Stability

Protons and neutrons, collectively called nucleons, are packed together tightly in a nucleus. With a radius of about 10&#8722;15 meters, a nucleus is ...

Nuclear Binding Energy

The difference between the calculated and experimentally measured masses is known as the mass defect of the atom. In the case of helium-4, the mass defect ...

Radioactive Decay and Radiometric Dating

Radioactivity is a spontaneous disintegration of an unstable nuclide and is a random process, as all the nuclei in the sample do not decay simultaneously. ...

Nuclear Fission

Many heavier elements with smaller binding energies per nucleon can decompose into more stable elements that have intermediate mass numbers and larger ...

Nuclear Power

Controlled nuclear fission reactions are used to generate electricity. Any nuclear reactor that produces power via the fission of uranium or plutonium by ...

Nuclear Fusion

The process of converting very light nuclei into heavier nuclei is also accompanied by the conversion of mass into large amounts of energy, a process ...

Nuclear Transmutation

Nuclear transmutation is the conversion of one nuclide into another. It can occur by the radioactive decay of a nucleus, or the reaction of a nucleus with ...

Biological Effects of Radiation

All radioactive nuclides emit high-energy particles or electromagnetic waves. When this radiation encounters living cells, it can cause heating, break ...

determining-rate-laws-and-the-order-of-reaction

Determining Rate Laws and the Order of Reaction

Source: Laboratory of Dr. Neal Abrams &#8212; SUNY College of Environmental Science and Forestry
All chemical reactions have a specific rate defining the ...

Develop models to illustrate the changes in the composition of the nucleus of the atom and the energy released during the processes of fission, fusion, and radioactive decay.

HS-PS1-8.

Properties of Transition Metals

Transition metals are defined as those elements that have partially filled d orbitals. As shown in Figure 1, the d-block elements in groups 3&#8211;12 are ...

Coordination Compounds and Nomenclature

In most main group element compounds, the valence electrons of the isolated atoms combine to form chemical bonds that satisfy the octet rule. For ...

Metal-Ligand Bonds

The hemoglobin in the blood, the chlorophyll in green plants, vitamin B-12, and the catalyst used in the manufacture of polyethylene all contain ...

Communicate scientific and technical information about why the particulate-level structure is important in the functioning of designed materials.

HS-PS2-6.

Protein Mapping with 2D Gel Electrophoresis

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards