معلومة

1.9: كشف الجزيئات الحيوية - علم الأحياء

1.9: كشف الجزيئات الحيوية - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أهداف التعلم

الأهداف:

  • استخدم المؤشرات لاكتشاف خصائص الحل.
  • استخدم المؤشرات لتحديد محتويات حل غير معروف.
  • استخدام الضوابط الإيجابية والسلبية للتحقق من صحة الاختبار.

مخرجات تعلم الطالب:

عند الانتهاء من هذا المعمل ، سيتمكن الطلاب من:

  • صف خصائص بعض الجزيئات الحيوية المهمة.
  • اشرح الخصائص المهمة للبروتينات والكربوهيدرات.
  • إجراء اختبارات للكشف عن وجود الكربوهيدرات والبروتينات.
  • اشرح أهمية عنصر التحكم في الاختبارات البيوكيميائية.
  • استخدم اختبارًا كيميائيًا حيويًا لتحديد وجود جزيء في محلول غير معروف.

المقدمة

الجزيئات الكبيرة في الحياة: البروتينات والكربوهيدرات والدهون

تتكون خلايا الكائنات الحية من جزيئات كبيرة (جزيئات كبيرة) يشار إليها أحيانًا أيضًا بالجزيئات العضوية بسبب وجود عنصر الكربون. يوجد عدد كبير جدًا من الجزيئات العضوية الموجودة في الكائنات الحية الكربوهيدرات والبروتينات والدهون، و احماض نووية. يتكون كل من هذه الجزيئات الكبيرة من وحدات فرعية أصغر. للجزيئات المختلفة خواص كيميائية مختلفة. على سبيل المثال ، تتفاعل السكريات الأحادية مثل الجلوكوز مع عامل كيميائي يسمى محلول بنديكت ، ولكن السكاريدات ، مثل السكروز ، والسكريات المتعددة ، مثل النشا لن تتفاعل. وبالمثل ، سوف تتفاعل البروتينات مع مزيج من هيدروكسيد البوتاسيوم وكبريتات النحاس ولكن لن تتفاعل الأحماض الأمينية الحرة والكربوهيدرات والدهون.

اليوم ، سنركز على ثلاثة من هذه الأنواع الجزيئية: الدهون والبروتينات والكربوهيدرات. ستعمل مع الأحماض النووية في مختبر آخر. قد ترغب في مراجعة خصائص الجزيئات الحيوية للحياة.

الشكل 1: التركيب الجزيئي والكلي للسكروز والنشا والدهون والبروتينات.
النوع الجزيئي

التركيب الجزيئي

هيكل الماكرو

السكروز

المصدر الشائع: سكر المائدة

نشاء

مصدر مشترك: أرز

الدهون

المصدر الشائع: زيوت الطبخ

البروتينات

المصادر الشائعة: مستقبلات الخلايا ، البيض ، الشعر ، الريش

الجزء الأول: تجارب مضبوطة لتحديد المركبات العضوية

المؤشرات هي مواد كيميائية تغير لونها عندما تتغير الظروف الكيميائية ، مثل الأس الهيدروجيني ، أو عندما يحدث تفاعل كيميائي ينتج جزيء ملون. هناك العديد من الإجراءات البيوكيميائية التي يمكن استخدامها للكشف عن وجود جزيئات مهمة. في هذا التمرين ، ستختبر حلولًا مختلفة لاكتشاف وجود هذه الجزيئات. سوف نوظف ضوابط ونحن نختبر الحلول. توفر عناصر التحكم نتائج للمقارنة بالحل الذي يتم اختباره. يجب أن تعطي الضوابط نتائج يمكن التنبؤ بها. بمقارنة نتيجة حل الاختبار بعناصر التحكم ، يمكنك تحديد نتيجة حل الاختبار.

أ مراقبة إيجابية يحتوي على المتغير الذي تختبر من أجله. عندما يتم اختبار التحكم الإيجابي ، فإنه يتفاعل بطريقة متوقعة. على سبيل المثال ، إذا كنت تختبر نوعًا من الكربوهيدرات في محاليل غير معروفة ، فإن التحكم الإيجابي المناسب هو محلول معروف باحتوائه على هذا النوع من الكربوهيدرات. سيوضح التفاعل الناتج ، عند إجرائه بشكل صحيح ، أن الكواشف تعمل كما هو متوقع ويظهر الشكل الذي يجب أن تبدو عليه النتيجة إذا كان محلول الاختبار إيجابيًا. إذا لم يتفاعل التحكم الإيجابي كما هو متوقع ، فإن اختبارك غير صالح. ربما لا تعمل كواشف الاختبار الخاصة بك بشكل صحيح.

أ سيطرة سلبية لا يحتوي على المتغير الذي تختبر من أجله. غالبًا ما يحتوي عنصر التحكم السلبي على الماء فقط. لن تتفاعل مع الكواشف المؤشر. مثل عنصر التحكم الإيجابي ، يوضح لك محلول التحكم السلبي كيف تبدو النتيجة السلبية ويتحقق من أن كاشف الكشف يعمل بشكل صحيح. إذا كان عنصر التحكم السلبي يتفاعل ، فإن نتيجة الاختبار الخاصة بك غير صالحة. ربما كان محلول التحكم أو أنبوب التفاعل ملوثًا بمتغير الاختبار.

I. الكربوهيدرات

اختبار بنديكت للسكريات الأحادية

تتكون جزيئات ذرات الكربون (C) والهيدروجين (H) والأكسجين (O) بنسبة 1: 2: 1 من الكربوهيدرات. على سبيل المثال ، الجلوكوز ، أحد أهم الكربوهيدرات للخلايا الحية ، له الصيغة الكيميائية C6H12O6. السكريات البسيطة المعروفة أيضًا باسم السكريات الأحادية هي كربوهيدرات. شكل اقتران السكريات الأحادية السكريات. مثال شائع على ثنائي السكاريد هو سكر المائدة والسكروز. وهو يتألف من السكريات الأحادية الجلوكوز والفركتوز المرتبطين بالفركتوز. وبالمثل ، فإن ربط ثلاثة أو أكثر من السكريات الأحادية يشكل عديد السكاريد. النشا أو الجليكوجين أو السليلوز هي عديد السكاريد المهمة للخلايا ولديها العديد من مونومرات الجلوكوز المرتبطة ببعضها البعض بطرق مختلفة.

نشاء

كاشف بنديكت هو المؤشر الذي نستخدمه للكشف عن السكريات الأحادية. عندما يتم خلط السكريات الأحادية مع Benedict وتسخينها ، يحدث تغيير في اللون. إذا كانت هناك كمية صغيرة من السكاريد الأحادي في المحاليل ، يتم إنتاج محلول أخضر. إذا كان المحلول يحتوي على كمية كبيرة من السكاريد الأحادي ، فإن نتائج ترسبات البرتقال. يعني محلول الترسيب أن الجزيئات الصغيرة تترسب خارج المحلول.

رد فعل 1.

السكريات الأحادية + كاشف بنديكت + الحرارة - الأخضر إلى البرتقالي

ثانيًا. البروتينات

تعتمد الخلية على البروتينات لأسباب وظيفية كثيرة جدًا. قد تكون البروتينات عبارة عن محفزات إنزيمية ، وتشكل قنوات للجزيئات لتمريرها عبر الأغشية ، وتشكيل الهياكل وأكثر من ذلك. الوحدة الفرعية لجزيئات البروتين هي مونومرات الأحماض الأمينية. تسمى الرابطة التي تتكون بين الأحماض الأمينية لتكوين البروتين أ السندات الببتيد.

يمكن الكشف عن روابط الببتيد باستخدام كاشفين كيميائيين ، هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) وكبريتات النحاس (CuSO)4). يتسبب هيدروكسيد البوتاسيوم في تفكك البروتين بحيث يمكن أن تتفاعل كبريتات النحاس مع روابط الببتيد. اللون الناتج أرجواني. كلما زاد البروتين ، وبالتالي المزيد من روابط الببتيد ، في المحلول ، كلما أصبح اللون الأرجواني الناتج أكثر قتامة.

اختبار السكريات الأحادية باستخدام كاشف بنديكت

رد فعل 2.

البروتينات + KOH + CuSO4 ⇒ أرجواني

المواد
  1. أنابيب الاختبار الموصوفة بالمحتويات التي ستضيفها إلى كل أنبوب
  2. دورق به ماء وصفيحة ساخنة (تسخين الماء حتى درجة الغليان)
  3. مسطرة مترية
  4. علامة
  5. محاليل الماء والكربوهيدرات منزوعة الأيونات
  6. أداة مناسبة لإزالة الأنابيب الساخنة من الماء
إجراء
  1. احصل على 5 أنابيب اختبار وقم بترقيمها من 1 إلى 5.
  2. استخدم علامة للإشارة إلى 2.5 سم من الأسفل وعلامة أخرى على 5 سم من الأسفل.
  3. املأ كل أنبوب اختبار حتى علامة 2.5 سم بالمحلول المناسب:
    1. الماء المقطر 2. محلول الجلوكوز المركز 3. محلول الجلوكوز المخفف 4. محلول السكروز 5. محلول النشا
  4. أضف محلول بنديكت لكل أنبوب إلى علامة 5 سم.
  5. ضع كل الأنابيب في حمام مائي ساخن (90 درجة مئوية) لمدة دقيقتين ، ولاحظ تغيرات اللون خلال هذا الوقت.
  6. بعد دقيقتين ، قم بإزالة الأنابيب من الحمام المائي وسجل لون محتوياتها في الجدول أدناه. لاحظ أيضًا ردود أفعال زملائك في الفصل.
ملاحظات

قم بإجراء اختبار بنديكت للسكريات الأحادية. أعد إنتاج هذا الجدول في كتابك المختبري وأكمله بملاحظاتك.

جدول البيانات 2.

محتويات الأنبوب

اللون بعد التفاعل

وجود السكريات الأحادية؟

1. الماء

2. الجلوكوز المركز

3. مخفف الجلوكوز

4. محلول السكروز

5. محلول النشا

تعليمات للتنظيف

* الأنابيب النظيفة مهمة جدا. قد تؤثر الأنابيب الملوثة على نتائج الاختبارات المستقبلية.

1. عند اكتمال ملاحظاتك ، اغسل الأنابيب بعناية واشطفها باتباع الإرشادات الواردة في الجزء 2. يمكنك ترك العلامات عليها حتى إجراء التنظيف النهائي لليوم.

تحليل البيانات
  1. أي من الحلول المذكورة أعلاه بمثابة تحكمك الإيجابي؟ سيطرة سلبية؟
  2. افحص اختبارك وحلول اختبار زملائك في الفصل. ما هي الحلول التي كانت إيجابية للسكريات الأحادية؟
  3. الذي يحتوي على تركيز أعلى من السكريات الأحادية أو عصير البطاطس أو عصير البصل؟ كيف علمت بذلك؟
  1. ما هي الحلول التي لم تتفاعل مع حل بنديكت؟

اختبار روابط الببتيد (البروتين)

المواد
  • أربعة أنابيب اختبار نظيفة معنون بالمحتويات التي ستضيفها إلى كل أنبوب
  • الماء منزوع الأيونات ، ومحاليل الاختبار
  • الكواشف المؤشر هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) وكبريتات النحاس (CuSO4)
إجراء

قم بإجراء اختبار ببتيد بوند للبروتين

حذر!

لا تسكب KOH - مادة كاوية للغاية. اشطف بشرتك إذا لامست KOH.

  1. استخدم أنابيب الاختبار الأربعة النظيفة من الإجراء السابق. لا يزال يتعين ترقيمها ووضع علامة على 2.5 و 5 سم من الأسفل.
  2. املأ كل أنبوب اختبار حتى علامة 2.5 سم بالحلول المناسبة الموضحة أدناه
    1. ماء
    2. محلول البروتين
    3. محلول الأحماض الأمينية
    4. حل الاختبار
  3. أضف هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) إلى علامة 5 سم على كل أنبوب اختبار.
  4. أضف خمس قطرات من كبريتات النحاس (CuSO4) في الأنبوب والمزج جيدا.
  5. سجل لون محتويات الأنابيب في الجدول أدناه. لاحظ أيضًا ردود أفعال زملائك في الفصل.
  6. عند الانتهاء ، تفريغ محتويات الأنابيب وغسلها. اشطفه بالماء المقطر.
ملاحظات

قم بإجراء اختبار البروتين: أعد إنتاج هذا الجدول في كتابك المختبري وأكمله بملاحظاتك.

جدول البيانات 3.

محتويات الأنبوب

اللون بعد التفاعل

وجود البروتين؟

ماء

محلول البروتين

محلول الأحماض الأمينية

حل غير معروف

تعليمات للتنظيف

*الأنابيب النظيفة مهمة للغاية. قد تؤثر الأنابيب الملوثة على نتائج الاختبارات المستقبلية.

عندما تكتمل ملاحظاتك ، اغسل واشطف الأنابيب بعناية باتباع التعليمات الواردة في الجزء الأول.

تحليل البيانات
  1. أي من الحلول هو تحكم إيجابي؟ ما هو عنصر التحكم السلبي؟
  1. هل الأحماض الأمينية الفردية لها روابط ببتيدية؟ كيف تعرف أن هذا صحيح؟
  1. ما نوع الحل الذي اختبرته على أنه غير معروف؟ هل تحتوي على بروتين؟
  1. راقب ردود أفعال زملائك في الفصل ووصف الحلول غير المعروفة التي تحتوي على أكثر وأقل بروتين. كيف تستطيع أن تقول ذلك؟

ثالثا. الدهون

الدهون هي فئة من الجزيئات غير قابلة للذوبان (لا تذوب) في الماء. وهي تتكون من اللبنات الجزيئية للبناء من الجلسرين وثلاثة أحماض دهنية. تأتي الأحماض الدهنية في نوعين رئيسيين ، مشبعة وغير مشبعة. يرجع هذا الاختلاف إلى وجود أنواع معينة من الروابط داخل جزيء الأحماض الدهنية (انظر الشكل) ويؤثر على شكل وخصائص الدهون الكلية التي تحتوي على هذه الأحماض الدهنية. قد ترغب في مراجعة الدهون.

اختبار الدهون مع السودان IV

حذر!

استخدم القفازات وتجنب الاتصال بـ Sudan IV لأنه يعتبر مادة مسرطنة محتملة. اغسل بشرتك على الفور بالصابون والكثير من الماء إذا لامست المحلول.

المواد
  • ورق ترشيح (صغير بما يكفي لوضعه في طبق بتري) وقلم رصاص مع مناطق محددة لمواد الاختبار
  • تنظيف طبق بتري فارغ
  • محلول 0.2٪ السودان رابعا
  • القفازات (انظر تحذير السلامة)
  • ماصات نقل مخصصة أو ماصات دقيقة مع رؤوس.
  • حلول الماء منزوع الأيونات والزيوت النباتية ومحاليل الاختبار (الكريمة وحليب الألبان وحليب جوز الهند وحليب الصويا وما إلى ذلك)
  • اختياري- مجفف شعر
إجراء
  1. احصل على ورق الترشيح وعلى علامة الحافة البعيدة بالقلم الرصاص ، أي الحلول ستوضع باتجاه الجزء الداخلي من العلامة.
  2. ضع كمية صغيرة من المحلول بالقرب من العلامة المناسبة. 1. زيت نباتي 3-6. حلول الاختبار
  3. يسمح له بان يجف. استخدم مجفف الشعر لتسريع هذه العملية.
  4. أثناء تجفيف الورق ، أجب عن أسئلة تحليل البيانات أدناه.
  5. نقع الورق في طبق بتري يحتوي على 0.2٪ سودان IV. (التعامل مع القفازات)
  6. اشطف الورق بالماء المقطر واتركه حتى يجف.
  7. سجل لون البقع في الجدول أدناه. لاحظ أيضًا ردود أفعال زملائك في الفصل.
ملاحظات

اختبار السودان الرابع للدهون: أعد إنتاج هذا الجدول في كتابك المختبري وأكمله بملاحظاتك. كلما كانت البقعة أغمق ، زادت نسبة الدهون الموجودة.

جدول البيانات 4.

المحتويات الموضعية

اللون بعد التفاعل

الكمية النسبية للدهون؟

1. الماء

2. زيت نباتي

3.

4.

5.

6.

تعليمات التنظيف:

عندما تكتمل ملاحظاتك ، تخلص بعناية من أي حل سوداني IV متبقي في الحاوية التي قدمها معلمك. استخدم القفازات دائمًا ولا تحرك الحاوية إذا كان هناك خطر الانسكاب.

تحليل البيانات
  1. أي من الحلول المذكورة أعلاه بمثابة تحكمك الإيجابي؟ سيطرتك السلبية؟
  2. افترض الحلول التي ستحتوي على أكبر كمية من الدهون. لماذا تعتقد أن هذا صحيح؟
  3. ما هي الحلول التي تحتوي على أكبر كمية من الدهون؟
  4. هل تدعم ملاحظاتك فرضيتك؟ هل فوجئت ببعض النتائج؟ يشرح.

الجزء الثاني. ملحمة موزع الصودا

كان إنريكي موظفًا جديدًا. كانت هذه هي وظيفته الأولى وكان قد عمل لمدة أسبوعين فقط وكان لا يزال تحت "اختبار التوظيف". لقد أحب الطاقم الذي عمل معه والراتب الذي سيأتي كل بضعة أسابيع. أراد البقاء. اليوم ، كانت هناك مشكلة وكان عليه أن يكتشف شيئًا سريعًا لحلها. كان يعلم أنه إذا فعل ذلك ، فسيكون المدير سعيدًا حقًا وستكون وظيفته مضمونة.

كان أحدهم يشتكي من أن موزع الصودا كان يوزع كولا "عادية" من موزع "دايت كولا". ادعى العميل أنه يتبع نظامًا غذائيًا منخفض السعرات الحرارية ولم يكن سعيدًا بالسعرات الحرارية الإضافية المستهلكة. كان هناك أكثر من عميل غير سعيد على المحك. أخبر المدير إنريكي أن العديد من عملائهم يعانون من مرض السكري وأن تناول المشروبات الغازية المحملة بالسكر يمكن أن يغير كيمياء السكر في الدم بطريقة خطيرة. لم يتمكنوا من السماح لهؤلاء العملاء بالتعرض للأذى.

نطاق المشكلة

إذا كان موزع صودا الحمية يحتوي على صودا عادية ، فهل كان موزع الصودا العادي يتبع نظامًا غذائيًا؟ ماذا عن موزع دكتور بيبر؟ هذا ، على الأقل ، مذاقه مثل دكتور بيبر ، لذلك كان جيدًا- أم كان كذلك؟ ما هذه الفوضى! هل يجب عليهم إلقاء كل الصودا في الموزع والبدء من جديد؟ أم أن هناك طريقة ما لتحديد ما إذا كان يتم صرف الصودا بشكل صحيح؟ إذا تمكنوا من تحديد المشكلة ، فيمكنهم توفير أموال العمل وعدم إهدار منتجات الصودا.

محاولة إنريكي لحل اللغز

عرف إنريكي أن معظم الصودا تحتوي على شراب ذرة عالي الفركتوز ، لكن صودا الدايت تحتوي على بدائل سكر: بدائل لم تكن سكرًا لكنها خدعت براعم التذوق لديك للاعتقاد بأنها كذلك.

أسئلة لكتاب المعمل الخاص بك:

  1. هل تحتوي الصودا العادية على شراب ذرة عالي الفركتوز؟ انظر إلى الملصق لتحديد ما إذا كان يعمل أم لا. اكتب ملاحظتك في كتاب المختبر الخاص بك.
  2. هل تحتوي صودا الدايت على شراب ذرة عالي الفركتوز؟ انظر إلى الملصق لتحديد ما إذا كان يعمل أم لا. اكتب ملاحظتك في كتاب المختبر الخاص بك.
  3. حدد ما إذا كان الفركتوز أحادي السكاريد أم ثنائي السكاريد أم عديد السكاريد.
  4. هل يمكننا عمل اختبار؟

قبل أيام فقط ، في مختبر العلوم ، أجرى إنريكي بعض الاختبارات على الحلول لتحديد مكوناتها. كان أحد الاختبارات هو الكشف عن السكريات الأحادية في المحلول! كان يعلم أن مدرس العلوم الخاص به سيظل في الفصل الدراسي في هذا الوقت وكانت المدرسة بالكاد على بعد 5 دقائق سيرًا على الأقدام من المطعم. يمكنه حل اللغز في أقل من 30 دقيقة! سرعان ما أخبر إنريك مديره بخطته وأخذ بعض أكواب الصودا ، التي وصفها ، حتى يتمكن من معرفة أي موزع أتوا منه ، ثم توجه للخارج. ركض إنريكي بسرعة إلى مختبر المدرسة وحصل على إذن لإجراء تجربته. ساعد إنريكي في إعداد تجربة لاختبار الصودا.

المزيد من الأسئلة لكتاب المختبر الخاص بك:

  1. هل سيكون تضمين الضوابط فكرة جيدة؟ إذا كان الأمر كذلك ، فما هي الحلول؟
  2. ما هو كاشف (كواشف) الكاشف الذي ستستخدمه؟
  3. ما هي الألوان التي ستبحث عنها لتدل على وجود الصودا "العادية"؟
  4. كم عدد أنابيب الاختبار التي تحتاجها؟ كيف ستصنفهم؟

اختبار حلول الصودا غير المعروفة

المواد
  1. قم بتنظيف أنابيب الاختبار الموصوفة بالمحتويات التي ستضيفها إلى كل أنبوب
  2. الماء منزوع الأيونات ، وحلول الاختبار
  3. مؤشر
إجراء

قم بإجراء اختبار السكريات الأحادية:

  1. احصل على العدد المطلوب من أنابيب الاختبار النظيفة وقم بتمييزها على 2.5 و 5 سم كما كان من قبل. قم بتشفيرهم وفقًا للمحتويات (الأرقام المقابلة لحلولك - والتي تسجلها أدناه)
  2. احصل على الحلول غير المعروفة من معلمك.
  3. املأ الأنابيب حتى علامة 2.5 سم بمواد التحكم والاختبار.
  4. املأ الأنابيب حتى علامة 5 سم بالمؤشر ويلزم العلاج.
  5. أعد إنتاج هذا الجدول في كتابك المختبري وأكمله بملاحظاتك ، ثم أجب عن الأسئلة المتعلقة بملحمة الصودا.
ملاحظات

قم بإجراء الاختبار المناسب: أعد إنتاج هذا الجدول في كتابك المختبري وأكمله بملاحظاتك.

جدول البيانات 5.

محتويات الأنبوب

اللون بعد التفاعل

وجود الفركتوز؟

نظام غذائي أم منتظم؟

1.

2.

3.

4.

5.

6.

تعليمات التنظيف:

حذر!

لاتفعل السماح بتلامس الإيثانول مع لوح التسخين. الإيثانول سريع الاشتعال.

* الأنابيب النظيفة مهمة جدا. قد تؤثر الأنابيب الملوثة على نتائج الاختبارات المستقبلية.

  1. عندما تكتمل ملاحظاتك ، اغسل واشطف الأنابيب بعناية باتباع الإرشادات الواردة في الجزء 1.
  2. في نهاية فترة المختبر ، تأكد من إزالة جميع الملصقات من الأنابيب باستخدام قطعة صغيرة من المناديل الورقية والإيثانول.

الاستنتاج النهائي

  1. ماذا يقول إنريكي لمديره؟ هل عبث موزع الصودا أم لا؟
  2. ما هي الصودا ، إن وجدت ، التي يجب تغييرها؟

أسئلة الدراسة

  1. لماذا يجب عليك دائمًا تضمين الضوابط في كل إجراء؟
  1. ما الذي يخدم كعنصر تحكم سلبي جيد ولماذا؟
  1. صف السيطرة الإيجابية.
  1. إذا أجريت اختبارًا للسكريات الأحادية على ما تعتقد أنه صودا "عادية" بنكهة الليمون ، ولكن الحل أزرق سماوي بعد التسخين باستخدام Benedict ، فماذا يخبرك هذا؟
  1. ماذا لو بعد إجراء الاختبار فقط ، قرأت ملصق صودا الليمون الحامض ولاحظت أن المكونات لا تحتوي على الفركتوز ولكنها تحتوي على السكروز. هل إجراء الاختبار الخاص بك خاطئ أم أن هناك تفسيرًا آخر لنتيجة الاختبار؟

الصفات

  1. التركيب الجزيئي للسكروز من 5.2 كربوهيدرات.
  2. مخطط بنية البروتين بواسطة Lady of Hats ، المجال العام ، عبر ويكيميديا ​​كومنز.
  3. الأحماض الأمينية التي تشكل رابطة الببتيد (الصورة السفلية) بواسطة OpenLab في CitiTech CC-BY-NC-SA

الكشف عن الجزيئات الحيوية وتقديرها

  • لتوفير منتدى للمناقشة والتوصية بالمبادئ التوجيهية المصممة لتحسين دقة القياس الجزيئيوتحليل بياناتها وشفافية تقاريرها اللاحقة
  • للنشر البيولوجيا الجزيئية الدراسات المستندة إلى المبادئ التوجيهية لأفضل الممارسات ، الحالية والمستقبلية.
  • مقالات بحثية أصلية (منهجية وتطبيقية)
  • اتصالات قصيرة
  • المراجعات
  • الافتتاحيات والتعليقات
  • وجهات نظر ومقالات منظور

يجب أن تقدم جميع المخطوطات المقدمة مساهمات أصلية ولا تحتوي على بيانات تم نشرها في مكان آخر. يرجى ملاحظة أن BDQ يعمل مع ما يسمى بسياسة مراجعة الأقران مزدوجة التعمية مما يعني أن كلا من المؤلف والمراجع يظلان مجهولين لبعضهما البعض لتجنب تحيز المراجع.

تتمتع المجلة بجمهور دولي ونرحب بشكل خاص بالتقارير المقدمة من العلماء والباحثين الشباب ومن البلدان النامية.

  • علم الوراثة
  • علم التخلق
  • ترانسكريبتوميكس
  • البروتيوميات
  • الأيض
  • سرطان
  • الأمراض المعدية / علم الأحياء الدقيقة / علم الفيروسات
  • التشخيص

الكلمات المفتاحية: القياس الجزيئي ، التشخيص الجزيئي ، التوحيد القياسي ، التوحيد القياسي ، القياس ، dpcr ، qpcr ، ngs ، rnaseq ، المؤشرات الحيوية ، الميكروبيوم ، الميتاجينوميات ، علم التخلق ، الأمراض المعدية


اللوني

اللوني هو فصل مكونات العينة على أساس التقارب التفاضلي لمرحلة متنقلة مقابل مرحلة ثابتة. الطور المتحرك عبارة عن سائل أو غاز يتدفق عبر أو عبر الطور الثابت ، والذي يتكون من جسيمات كروية معبأة في عمود. عندما يتم إدخال مزيج من البروتينات في الطور المتحرك والسماح له بالانتقال عبر العمود ، يحدث الانفصال لأن البروتينات التي لها جاذبية أكبر للطور الصلب تهاجر ببطء أكثر من البروتينات التي تنجذب أكثر إلى الطور المتحرك.

هناك عدة أنواع مختلفة من التفاعلات بين المرحلة الثابتة والمواد التي يتم فصلها. إذا كانت قوة التثبيط أيوني في الطابع ، تسمى تقنية الفصل التبادل الأيوني. يمكن فصل البروتينات ذات الشحنات الأيونية المختلفة بهذه الطريقة. إذا تم امتصاص المواد في المرحلة الثابتة ، فإن هذه التقنية تسمى كروماتوغرافيا الامتصاص. في الترشيح الهلامي أو كروماتوغرافيا المنخل الجزيئي ، يتم فصل الجزيئات بسبب اختلافها في الحجم والشكل. يستغل كروماتوغرافيا التقارب خصائص كيميائية حيوية فريدة من نوعها للبروتينات بدلاً من الاختلافات الصغيرة


مقدمة

يشير المصطلح & # x0201Cbiosensor & # x0201D إلى جهاز تحليلي قوي ومبتكر يتضمن عنصر استشعار بيولوجي مع مجموعة واسعة من التطبيقات ، مثل اكتشاف الأدوية والتشخيص والطب الحيوي وسلامة الأغذية ومعالجتها والمراقبة البيئية والدفاع والأمن. استخدم أول جهاز استشعار حيوي ابتكره كلارك وليونز (1962) لقياس الجلوكوز في العينات البيولوجية استراتيجية الكشف الكهروكيميائي للأكسجين أو بيروكسيد الهيدروجين (فراكشيولا وآخرون ، 2013 تيرنر ، 2013) باستخدام قطب أوكسيديز الجلوكوز المعطل. منذ ذلك الحين ، تم إحراز تقدم لا يصدق (Turner ، 2013) في كل من التكنولوجيا وتطبيقات أجهزة الاستشعار الحيوية مع الأساليب المبتكرة التي تشمل الكيمياء الكهربائية وتكنولوجيا النانو إلى الإلكترونيات الحيوية. بالنظر إلى التطورات الهائلة في مجال المستشعرات الحيوية ، تهدف هذه المراجعة إلى تقديم استراتيجيات فنية مختلفة ، تم تبنيها لتطوير أجهزة الاستشعار الحيوية من أجل توفير المعرفة الأساسية والسيناريو العلمي الحالي لتكنولوجيا المستشعرات الحيوية. مع التركيز على أدوات البحث التي توضح كيفية تطور أداء المستشعرات الحيوية من الكهروكيميائية الكلاسيكية إلى البصري / البصري والبوليمرات والسيليكا والزجاج والمواد النانوية لتحسين حد الكشف والحساسية والانتقائية. ومن المثير للاهتمام ، أن الميكروبات والإضاءة الحيوية (Du et al. ، 2007) ساهمت أيضًا بشكل كبير في أجهزة الاستشعار الحيوية القائمة على الملصقات ، بينما تضمنت المستشعرات الحيوية الخالية من الملصقات استخدام الترانزستور أو الأجهزة القائمة على المكثف والمواد النانوية. توفر المستشعرات الحيوية أساسًا لفهم التحسين التكنولوجي في الأجهزة التي تتضمن آلات متطورة عالية الإنتاجية لعلماء الأحياء الكميين والأجهزة المحمولة النوعية أو شبه الكمية لغير المتخصصين. أخيرًا ، يتم تسليط الضوء على اتجاهات البحث الحالية والتحديات المستقبلية والقيود في هذا المجال. تنقسم المراجعة الحالية إلى أقسام فرعية مختلفة تصف استراتيجيتين تقنيتين رئيسيتين تتبعهما أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار الحيوي تتراوح من الكهروكيميائية والبصرية / البصرية والبوليمرات والسيليكا والزجاج والمواد النانوية. تم تطوير هذه الأجهزة لأغراض محددة وستوفر نظرة عامة على هذه البيانات للقراء بيانات شاملة عن أجهزة الاستشعار البيولوجي وتطبيقاتها.


نانوماز الكربون للكشف عن الجزيئات الحيوية مع حساسية الزيبتومولار

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

قسم الطب المخبري السريري ، مستشفى الجنوب الغربي ، الجامعة الطبية العسكرية الثالثة (الجامعة الطبية العسكرية) ، تشونغتشينغ ، 400038 الصين

قسم الطب المخبري السريري ، مستشفى الجنوب الغربي ، الجامعة الطبية العسكرية الثالثة (الجامعة الطبية العسكرية) ، تشونغتشينغ ، 400038 الصين

معهد تشونغتشينغ للتكنولوجيا الخضراء والذكية ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، بكين ، 400714 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

مركز المختبر الذكي والطب الجزيئي ، كلية الطب ، جامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

مركز المختبر الذكي والطب الجزيئي ، كلية الطب ، جامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

مركز المختبر الذكي والطب الجزيئي ، كلية الطب ، جامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

مركز المختبر الذكي والطب الجزيئي ، كلية الطب ، جامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

مختبر تشونغتشينغ الرئيسي للإدراك الحيوي ومعالجة المعلومات الذكية ، كلية الإلكترونيات الدقيقة وهندسة الاتصالات ، جامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

قسم الطب المخبري السريري ، مستشفى الجنوب الغربي ، الجامعة الطبية العسكرية الثالثة (الجامعة الطبية العسكرية) ، تشونغتشينغ ، 400038 الصين

قسم الطب المخبري السريري ، مستشفى الجنوب الغربي ، الجامعة الطبية العسكرية الثالثة (الجامعة الطبية العسكرية) ، تشونغتشينغ ، 400038 الصين

معهد تشونغتشينغ للتكنولوجيا الخضراء والذكية ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، بكين ، 400714 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

مركز المختبر الذكي والطب الجزيئي ، كلية الطب ، جامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

مركز المختبر الذكي والطب الجزيئي ، كلية الطب ، جامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

مركز المختبر الذكي والطب الجزيئي ، كلية الطب ، جامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

مركز المختبر الذكي والطب الجزيئي ، كلية الطب ، جامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

المختبر الرئيسي لعلوم وتكنولوجيا البيولوجيا البيولوجية التابع لوزارة التربية والتعليم ، ومختبر الهندسة المشتركة الحكومية والمحلية لزراعة الأوعية الدموية ، كلية الهندسة الحيوية بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

مختبر تشونغتشينغ الرئيسي للإدراك الحيوي ومعالجة المعلومات الذكية ، كلية الإلكترونيات الدقيقة وهندسة الاتصالات ، جامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، 400044 الصين

الملخص

على الرغم من الجهود العديدة ، فإن التحديد الدقيق للجزيئات الحيوية ذات الحساسية الزيبتومولارية لا يزال بعيد المنال. هنا ، تم الإبلاغ عن قطب كهربائي ثلاثي الأبعاد من الكربون النانوي (CAM) للكشف الفائق الحساسية عن الجزيئات الحيوية النزرة مثل الأحماض النووية والبروتينات والحويصلات خارج الخلية. يتكون قطب CAM من صفيف من ألياف الكربون المتداخلة حيث يتم ربط صفائح الجرافين المتقاطعة رأسياً في الموقع ، مما يسمح بالحصر المحلي للجزيئات النزرة لزيادة كفاءة التهجين الجزيئي. علاوة على ذلك ، تتبنى مجموعة رباعية السطوح DNA المُجمَّعة ذاتيًا تشكلاً مكانيًا صارمًا لضمان الترتيب القابل للتحكم للمسبارات البيولوجية الثابتة ، مما يسهل الحساسية التحليلية وقابلية التكاثر. في تجربة إثبات المفهوم للكشف عن microRNA-155 ، تم تحقيق خطي من 0.1 إلى 100 نانومتر وحساسية تبلغ 0.023 أمبير (23 ميكرومتر). باستخدام المعلمات المثلى ، يُظهر القطب النانوي المقترح اتساقًا مشجعًا مع تفاعل البلمرة المتسلسل الكمي في الوقت الفعلي أثناء اكتشاف العينة السريرية. من خلال التفعيل البسيط من خلال إلحاق العديد من تحقيقات الجزيئات الحيوية ذات الأهمية ، يمكن استغلال منصة CAM المطورة ذات الحساسية العالية كأداة متعددة الاستخدامات في المجالات البيئية والكيميائية والبيولوجية والرعاية الصحية.


مطيافية الارتباط الفلوري لكشف ودراسة الجزيئات المفردة في علم الأحياء

لقد فتح التطور الأخير لتقنيات الكشف عن الجزيء المفرد آفاقًا جديدة لدراسة الجزيئات الكبيرة الفردية في ظل الظروف الفسيولوجية. يتم الآن الكشف عن المجموعات السكانية الفرعية التوافقية ، والديناميكيات الداخلية ونشاط الجزيئات الحيوية المفردة ، والمعلمات التي كانت مخفية حتى الآن في متوسطات المجموعات الكبيرة. هنا ، نراجع تقنية جزيء واحد جذابة تعتمد على المحلول ، وهي التحليل الطيفي للارتباط الفلوري (FCS). يجمع تحليل تقلب متوسط ​​الوقت هذا والذي يتم إجراؤه عادةً في إعدادات متحد البؤر بين أقصى درجات الحساسية والثقة الإحصائية العالية. أثبت FCS أنه أداة متعددة الاستخدامات وقوية للغاية للكشف عن الجزيئات الحيوية والتحقيق الزمني فيها بتركيزات منخفضة للغاية على الأسطح وفي المحلول وفي الخلايا الحية. يؤدي إدخال الارتباط المتبادل ثنائي اللون والإثارة ثنائية الفوتون في تجارب FCS حاليًا إلى زيادة عدد التطبيقات الواعدة لـ FCS في البحث البيولوجي. BioEssays 24: 758–764، 2002. © 2002 Wiley Periodicals، Inc.


الملخص

أصبحت Nanopores واحدة من أهم الأدوات لاستشعار جزيء واحد ، ولكن التحدي للكشف الانتقائي عن جزيئات حيوية معينة لا يزال قائماً. في هذه المساهمة ، قمنا بتطوير تقنية جديدة لاستشعار المستضد السرطاني المضغي (CEA) ، أحد المؤشرات الحيوية للسرطان المهمة ، باستخدام المسام النانوية الصلبة كأداة. The method is based on the specific affinity between aptamer (Apt) modified magnetic Fe3ا4–Au nanoparticles (MNPs) and CEA, and the formed CEA–Apt–MNPs and remaining Apt–MNPs can transport the nanopores by applying a positive potential after magnetic separation. Due to the obvious particle size difference between CEA–Apt–MNPs and Apt-MPs, their corresponding blockage signals could be distinguished completely by the degree of the current decline. Moreover, the frequency of the blockage signals for CEA–Apt–MNPs is proportional to the concentration of CEA within certain limits, indicating that our designed nanopore sensing strategy can quantitatively detect CEA in complex samples. This work demonstrates that our designed nanopore-based strategy can be used for CEA sensing with good selectivity and sensitivity and also can be used to analyze other protein biomarkers for early diagnosis and monitoring of cancer, though the detection limit (0.6 ng/mL) is not relatively low. In future works, we plan to improve our detection limit by the improvement of the nanopipette preparation technology and detection method.


Biochemical analysis techniques

Biochemical analysis techniques refer to a set of methods, assays, and procedures that enable scientists to analyze the substances found in living organisms and the chemical reactions underlying life processes. The most sophisticated of these techniques are reserved for specialty research and diagnostic laboratories, although simplified sets of these techniques are used in such common events as testing for illegal drug abuse in competitive athletic events and monitoring of blood sugar by diabetic patients.

To perform a comprehensive biochemical analysis of a biomolecule in a biological process or system, the biochemist typically needs to design a strategy to detect that biomolecule, isolate it in pure form from among thousands of molecules that can be found in an extracts from a biological sample, characterize it, and analyze its function. An assay, the biochemical test that characterizes a molecule, whether quantitative or semi-quantitative, is important to determine the presence and quantity of a biomolecule at each step of the study. Detection assays may range from the simple type of assays provided by spectrophotometric measurements and gel staining to determine the concentration and purity of proteins and nucleic acids, to long and tedious bioassays that may take days to perform.

The description and characterization of the molecular components of the cell succeeded in successive stages, each one related to the introduction of new technical tools adapted to the particular properties of the studied molecules. The first studied biomolecules were the small building blocks of larger and more complex macromolecules, the amino acids of proteins, the bases of nucleic acids and sugar monomers of complex carbohydrates. The molecular characterization of these elementary components was carried out thanks to techniques used in organic chemistry and developed as early as the nineteenth century. Analysis and characterization of complex macromolecules proved more difficult, and the fundamental techniques in protein and nucleic acid and protein purification and sequencing were only established in the last four decades.

Most biomolecules occur in minute amounts in the cell, and their detection and analysis require the biochemist to first assume the major task of purifying them from any تلوث اشعاعى . Purification procedures published in the specialist literature are almost as diverse as the diversity of biomolecules and are usually written in sufficient details that they can be reproduced in different laboratory with similar results. These procedures and protocols, which are reminiscent of recipes in cookbooks have had major influence on the progress of biomedical sciences and were very highly rated in scientific literature.

The methods available for purification of biomolecules range from simple precipitation, centrifugation, and gel الكهربائي to sophisticated chromatographic and affinity techniques that are constantly undergoing development and improvement. These diverse but interrelated methods are based on such properties as size and shape, net charge and bioproperties of the biomolecules studied.

Centrifugation procedures impose, through rapid spinning, high centrifugal forces on biomolecules in solution, and cause their separations based on differences in weight. Electrophoresis techniques take advantage of both the size and charge of biomolecules and refer to the process where biomolecules are separated because they adopt different rates of migration toward positively (anode) or negatively (cathode) charged poles of an electric field. Gel electrophoresis methods are important steps in many separation and analysis techniques in the studies of الحمض النووي , proteins and lipids. Both western blotting techniques for the assay of proteins and southern and northern analysis of DNA rely on gel electrophoresis. The completion of DNA sequencing at the different human genome centers is also dependent on gel electrophoresis. A powerful modification of gel electrophoresis called twodimensional gel electrophoresis is predicted to play a very important role in the accomplishment of the proteome projects that have started in many laboratories.

Chromatography techniques are sensitive and effective in separating and concentrating minute components of a mixture and are widely used for quantitative and qualitative analysis in medicine, industrial processes, and other fields. The method consists of allowing a liquid or gaseous solution of the test mixture to flow through a tube or column packed with a finely divided solid material that may be coated with an active chemical group or an adsorbent liquid. The different components of the mixture separate because they travel through the tube at different rates, depending on the interactions with the porous stationary material. Various chromatographic separation strategies could be designed by modifying the chemical components and shape of the solid adsorbent material. Some chromatographic columns used in gel chromatography are packed with porous stationary material, such that the small molecules flowing through the column diffuse into the matrix and will be delayed, whereas larger molecules flow through the column more quickly. Along with ultracentrifugation and gel electrophoresis, this is one of the methods used to determine the molecular weight of biomolecules. If the stationary material is charged, the chromatography column will allow separation of biomolecules according to their charge, a process known as ion exchange chromatography. This process provides the highest resolution in the purification of native biomolecules and is valuable when both the purity and the activity of a molecule are of importance, as is the case in the preparation of all الانزيمات مستعمل في البيولوجيا الجزيئية . The biological activity of biomolecules has itself been exploited to design a powerful separation method known as affinity chromatography. Most biomolecules of interest bind specifically and tightly to natural biological partners called ligands: enzymes bind substrates and cofactors, hormones bind receptors, and specific المناعية called antibodies can be made by the الجهاز المناعي that would in principle interact with any possible chemical component large enough to have a specific conformation. The solid material in an affinity chromatography column is coated with the ligand and only the biomolecule that specifically interact with this ligand will be retained while the rest of a mixture is washed away by excess solvent running through the column.

Once a pure biomolecule is obtained, it may be employed for a specific purpose such as an enzymatic reaction, used as a therapeutic agent, or in an industrial process. However, it is normal in a research laboratory that the biomolecule isolated is novel, isolated for the first time and, therefore, warrants full characterization in terms of structure and function. This is the most difficult part in a biochemical analysis of a novel biomolecule or a biochemical process, usually takes years to accomplish, and involves the collaboration of many research laboratories from different parts of the world.

Recent progress in biochemical analysis techniques has been dependant upon contributions from both chemistry and biology, especially molecular genetics and molecular biology, as well as engineering and information technology. Tagging of proteins and nucleic acids with chemicals, especially fluorescent dyes , has been crucial in helping to accomplish the sequencing of the human genome and other organisms, as well as the analysis of proteins by chromatography and mass spectrometry. Biochemical research is undergoing a change in paradigm from analysis of the role of one or a few molecules at a time, to an approach aiming at the characterization and functional studies of many or even all biomolecules constituting a cell and eventually organs. One of the major challenges of the post-genome era is to assign functions to all of the الجين products discovered through the genome and cDNA sequencing efforts. The need for functional analysis of proteins has become especially eminent, and this has led to the renovated interest and major technical improvements in some protein separation and analysis techniques. Two-dimensional gel electrophoresis, high performance liquid and capillary chromatography as well as mass spectrometry are proving very effective in separation and analysis of abundant change in highly expressed proteins. The newly developed hardware and software, and the use of automated systems that allow analysis of a huge number of samples simultaneously, is making it possible to analyze a large number of proteins in a shorter time and with higher accuracy. These approaches are making it possible to study global protein expression in cells and tissues, and will allow comparison of protein products from cells under varying conditions like differentiation and activation by various stimuli such as stress, hormones, or drugs. A more specific assay to analyze protein function في الجسم الحي is to use expression systems designed to detect protein-protein and DNA-protein interactions such as the خميرة and bacterial hybrid systems. Ligand-receptor interactions are also being studied by novel techniques using biosensors that are much faster than the conventional immunochemical and colorimetric analyzes.

The combination of large scale and automated analysis techniques, bioinformatic tools, and the power of genetic manipulations will enable scientists to eventually analyze processes of cell function to all depths.

أنظر أيضا Bioinformatics and computational biology Biotechnology Fluorescence فى الموقع hybridization Immunological analysis techniques Luminescent bacteria


Chapter Four - Enzymes as Sensors

Over the last few decades the development of new technologies, the fabrication of new materials, and the introduction of nanotechnologies created new trends in a series of advances that produced innovations in biological sensing devices with a wide range of application from health, security, defense, food, and medicine, to the environment. Specificity, low cost, rapidity, sensitivity, and multiplicity are some of the reasons for their growth, and their commercial success is expected to increase in the next future.

Biosensors are devices in which the recognition part of the target molecule is accomplished by biological macromolecules such as proteins, enzymes, antibodies, aptamers, etc. These biomolecules are able to bind to the target molecules with high selectivity and specificity. The interaction between the target molecule and the specific biomolecule is reflected as a change of the biomolecule structural features. The extent of this change is strictly related to the biosensor response. Fluorescence spectroscopy, due to its sensitivity, is often used as the principal technique to monitor biological interactions, and thus the biosensor response as well. Both the intrinsic ultraviolet fluorescence of protein, arising from aromatic amino acids (tryptophan, tyrosine, and phenylalanine), and extrinsic fluorescent labels emitting in the visible region of the spectrum together allow for very flexible transduction of the analyte recognition, suitable for many different applications.

This chapter focuses special attention on enzymes as practically unmatched recognition elements for biosensors and emphasizes the potential advantages of customized biosensor devices using apo- أو هولو forms of enzymes also isolated from thermophile sources.


Chip for biomolecule detection may help in COVID-19 testing

A patented method for single biomolecule detection that overcomes limitations of current technologies may help in the fight against COVID-19.

Purdue University innovators created a method that uses a special sensor similar to a computer chip. The application-specific integrated circuit chip is designed for the early detection of a number of pathogens and viruses.

“We want to find partners to move this technology to the public as soon as we can to help in COVID-19 testing,” said Saeed Mohammadi, a Purdue professor of electrical and computer engineering. “We know it can be an effective, easy and inexpensive method for detecting viruses, potentially the one linked to the current pandemic.”

The Purdue technique involves machine learning to train the system to detect certain features associated with particular diseases and viruses. Then, when a sample is run through the system, it can detect those features and confirm the presence of particular viruses and diseases. Simulations have shown this technique may be effective in detecting COVID-19.

This method uses a metal-oxide semiconductor sensor with embedded, fluidic nanochannels. As a biomolecule moves through the nanochannel, a high frequency current is measured that contains information about the biomolecule, such as the type of nucleotides in the case of DNA/RNA, which can be used to classify the molecule.

Mohammadi said, “This method does not have the problems associated with other nanopore techniques because it does not require the difficult drilling of extremely small nanopores, can detect four nucleotides at a time, and is not significantly affected by the rotation or position of the biomolecule in the nanochannel.”

Mohammadi said the technology is simple enough that a manufacturer could use it to develop a test kit that could be used at home for virus and disease detection.

The team worked with the Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization to patent this technology. The office recently moved into the Convergence Center for Innovation and Collaboration in Discovery Park District, adjacent to the Purdue campus.

The researchers are looking for partners to continue developing their technology. For more information on licensing and other opportunities, contact Matthew Halladay of OTC at [email protected] and mention track code 2013-MOHA-66407.


شاهد الفيديو: معاذ ولد هند القحطاني خن نكون واقعيين الوالدة من فين لها (أغسطس 2022).