Proteins: Making Bio-Inspired Connections Teresa Leza - PowerPoint PPT Presentation

� ¡ Proteins: ¡ ¡Making ¡Bio-­‑Inspired ¡Connections ¡ Teresa ¡Leza ¡– ¡Villanova ¡Preparatory ¡School ¡– ¡Ojai, ¡CA ¡– ¡UCSB ¡RET ¡(2014-­‑2016) ¡ Images ¡courtesy ¡of ¡: ¡Nadine ¡MarQnez-­‑Rodriguez, ¡Frank ¡Kinnaman ¡and ¡hUp://www.rcsb.org/pdb/explore/images.do?structureId=1HRP ¡

Current ¡Teaching ¡Assignment ¡ � Villanova ¡Preparatory ¡School ¡– ¡Ojai, ¡CA ¡ � Private ¡Catholic ¡high ¡school ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ grades ¡9-­‑12 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 36% ¡of ¡students ¡reside ¡on ¡campus ¡ ¡ InternaQonal/ELD ¡students ¡ � Biology ¡CP ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Honors ¡Biology ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ IB ¡Biology ¡HL ¡(2 ¡year) ¡ ¡ ¡ ¡ AP ¡Biology ¡ hUp://www.123rf.com/photo_20490807_springQme-­‑ aerial-­‑view-­‑of-­‑villanova-­‑prep-­‑school-­‑with-­‑track-­‑pool-­‑ baseball-­‑diamond-­‑tennis-­‑courts-­‑and-­‑c.html ¡

RET ¡I ¡Experience ¡– ¡Understanding ¡the ¡Role ¡ of ¡Dopa ¡in ¡Mussel ¡Adhesion ¡ ¡ � Research ¡QuesQons: ¡ Does ¡the ¡redox ¡potenQal ¡of ¡ � Dopa ¡change ¡over ¡a ¡period ¡ of ¡Qme? ¡ How ¡do ¡mussels ¡adhere ¡ � despite ¡condiQons ¡that ¡are ¡ not ¡ideal? ¡ ¡Does ¡cleaning ¡ play ¡a ¡role? ¡ � PotenQal ¡ApplicaQons ¡of ¡ Research ¡include ¡dental ¡ glue, ¡surgical ¡glue ¡and ¡ underwater ¡adhesives ¡ Photo ¡Credit: ¡Frank ¡Kinnaman ¡

RET ¡I ¡Experience ¡-­‑ ¡Results ¡ 2500 ¡ Oxida&on ¡Peak ¡Current ¡ ¡ 2000 ¡ 1500 ¡ (nA) ¡ 1000 ¡ 500 ¡ 0 ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ Plaque ¡Age ¡(Days) ¡ • Dopa ¡is ¡oxidized ¡in ¡seawater ¡ ¡ • Mfp6 ¡acts ¡as ¡an ¡anQoxidant ¡to ¡return ¡Dopaquinone ¡to ¡Dopa ¡ • Mfp6 ¡is ¡depleted ¡and ¡oxidaQon ¡levels ¡off ¡ *100 ¡mV/s ¡scan ¡rate ¡

Why ¡Proteins? ¡ RET ¡I ¡InspiraQon ¡ Central ¡Dogma ¡of ¡Biology ¡ Using ¡inspiraQon ¡from ¡living ¡ Current ¡research ¡emphasis ¡on ¡the ¡ organisms ¡to ¡develop ¡commercial ¡ Human ¡Proteome ¡Project ¡ products ¡ Photo ¡Courtesy: ¡Nadine ¡MarQnez ¡Rodriguez ¡ hUp://polyview.cchmc.org/cgi-­‑bin/get_image_3d.cgi? IMG=14375871447209&JOB=bb9e926195ebb02&Preview=1 ¡

RET ¡II ¡– ¡Curriculum ¡Overview ¡ What ¡is ¡a ¡Protein? ¡ Protein ¡synthesis ¡ Bio-­‑Inspired ¡Diagnos&cs ¡ -­‑ ¡Compressible ¡Tensegrity ¡ -­‑ ¡Gene ¡Expression ¡and ¡ -­‑ ¡Microfluidics ¡using ¡ Proteins ¡AcQvity ¡ GeneQc ¡Engineering ¡ ampli ¡science ¡“liUle ¡ Protein ¡Bracelet ¡AcQvity ¡ devices” ¡Lab ¡ -­‑ ¡Cellular ¡Landscape ¡ Panorama: ¡LocaQng ¡Types ¡ -­‑Cellular ¡Landscape: ¡ of ¡Proteins ¡ transcripQon/translaQon ¡ -­‑Genes ¡and ¡ ConSEQUENCES: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ BLAST ¡lab ¡

The ¡Beginning ¡and ¡End: ¡ ¡ Tour ¡of ¡a ¡Human ¡Cell ¡ � Two ¡black ¡and ¡white ¡copies ¡ are ¡given ¡to ¡the ¡students ¡at ¡ the ¡beginning ¡of ¡the ¡unit ¡ � As ¡we ¡discuss ¡certain ¡ structures ¡in ¡class, ¡the ¡ students ¡will ¡color ¡them ¡on ¡ their ¡copy ¡ � These ¡will ¡be ¡used ¡at ¡the ¡ compleQon ¡of ¡this ¡unit ¡as ¡an ¡ alternaQve ¡assessment ¡

Part ¡I: ¡What ¡is ¡a ¡Protein? ¡ Compressible ¡Tensegrity ¡Proteins ¡ � Tensegrity ¡= ¡tensional ¡integrity ¡ � Seen ¡in ¡a ¡variety ¡of ¡applicaQons ¡ from ¡Disney’s ¡Epcot ¡Center ¡ball ¡ to ¡muscles/bones, ¡proteins ¡and ¡ molecules ¡ � Important ¡to ¡proteins ¡that ¡alter ¡ shapes ¡to ¡conform ¡to ¡their ¡ substrate ¡and/or ¡absorb ¡shock ¡ ¡ hUp://enfist.si/En/news/news/124/ discovery_of_new_designed_smart_nanostructures_based_on_modular_polypepQde_ building_blocks/ ¡ hUps://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e7/Epcot-­‑ SpaceshipEarth-­‑0148.jpg ¡

Part ¡I: ¡What ¡is ¡a ¡Protein? ¡ Compressible ¡Tensegrity ¡Proteins ¡ � Students ¡construct ¡a ¡model ¡ protein ¡using ¡rubber ¡bands ¡and ¡ straws ¡ � THE ¡PERFECT ¡FIRST ¡DAY ¡ ACTIVITY! ¡ � Web ¡search ¡to ¡find ¡an ¡analogy ¡ � ¡ Proteins ¡: ¡Model ¡ Example: ¡Microtubules ¡are ¡ � more ¡rigid ¡support ¡structures ¡ like ¡the ¡straws. ¡ ¡Intermediate ¡ filaments ¡stretch ¡and ¡return ¡to ¡ their ¡original ¡length ¡like ¡the ¡ rubber ¡bands ¡

Part ¡I: ¡What ¡is ¡a ¡Protein? ¡ Cellular ¡Landscape: ¡Identifying ¡Types ¡of ¡Proteins ¡ How ¡many ¡types ¡of ¡ Enzymes ¡ Sensory ¡Proteins ¡ � � � proteins ¡can ¡be ¡ Structural ¡Proteins ¡ Motor ¡Proteins ¡ � � labeled ¡on ¡the ¡cell ¡ Signaling ¡Proteins ¡ Defense ¡Proteins ¡ � � panorama? ¡ Regulatory ¡Proteins ¡ Storage ¡Proteins ¡ � � Transport ¡Proteins ¡ �

Part ¡II: ¡Protein ¡Synthesis ¡ Cellular ¡Landscape ¡– ¡Tracing ¡Transcription/Translation ¡ � Using ¡the ¡cell ¡ � DNA ¡ � Growing ¡ panorama: ¡Trace ¡the ¡ polypepQde ¡chain ¡ � RNA ¡polymerase ¡ flow ¡transcripQon ¡ � Completed ¡ and ¡translaQon. ¡ ¡ � mRNA ¡ protein(anQbody) ¡ Color, ¡label, ¡and ¡ describe ¡the ¡ � Ribosome ¡ following ¡structures: ¡

Part ¡II: ¡Protein ¡Synthesis ¡ Protein ¡Bracelet ¡Lab ¡ � Students ¡select ¡a ¡bracelet ¡to ¡ make ¡based ¡on ¡what ¡is ¡ lacking ¡in ¡the ¡organism ¡ (negaQve ¡feedback ¡loop) ¡ � Bracelets ¡are ¡ representaQons ¡of ¡the ¡first ¡7 ¡ or ¡8 ¡amino ¡acids ¡of ¡actual ¡ proteins ¡

Part ¡II: ¡Protein ¡Synthesis ¡ Protein ¡Bracelet ¡Lab ¡

Part ¡II: ¡Protein ¡Synthesis ¡ Protein ¡Bracelet ¡Lab ¡ Concepts ¡Covered: ¡ � NegaQve ¡feedback ¡driven ¡ � gene ¡expression ¡ TranscripQon ¡ � � Base-­‑pairing ¡rules ¡ � TATA ¡box ¡(promoter) ¡ � RNA ¡polymerase ¡ � Poly-­‑A ¡tail ¡ TranslaQon ¡ � � Codons ¡(mRNA) ¡ � AnQcodons ¡(tRNA) ¡ � Ribosomes ¡ � PepQde ¡Bonds ¡ � PolypepQde ¡Chains ¡ GeneQc ¡ModificaQon ¡ � hUp://www.3dmoleculardesigns.com/EducaQon-­‑Products/GeneQc-­‑ Codon-­‑Poster.htm ¡

Part ¡II: ¡Protein ¡Synthesis ¡ Protein ¡Bracelet ¡Lab ¡ � Day ¡2 ¡– ¡GeneQc ¡Engineering ¡ Extension ¡ � Students ¡will ¡be ¡given ¡a ¡ sequence ¡from ¡a ¡red ¡ fluorescent ¡protein ¡gene ¡ that ¡will ¡be ¡inserted ¡into ¡ their ¡DNA ¡strand ¡from ¡the ¡ previous ¡day ¡ � They ¡will ¡make ¡a ¡new ¡ bracelet ¡including ¡the ¡ hUp://www.scienceclarified.com/Ga-­‑He/GeneQc-­‑Engineering.html ¡ geneQc ¡modificaQon ¡

Part ¡II: ¡Protein ¡Synthesis ¡ Genes ¡and ¡ConSEQUENCES ¡ � Genes ¡and ¡ConSEQUENCES ¡– ¡ kit ¡available ¡from ¡Carolina ¡ Biological ¡Supply ¡Company ¡ � Students ¡are ¡given ¡a ¡paQent ¡ card ¡ � Symptoms ¡ � Gene ¡sequence ¡ � Run ¡BLAST ¡on ¡gene ¡sequence ¡ to ¡diagnose ¡the ¡paQent ¡

Part ¡III: ¡Bio-­‑inspired ¡Diagnostics ¡ Lab-­‑on-­‑a-­‑chip ¡technology ¡ � DiagnosQc/Wellness ¡paper-­‑ � based ¡indicators ¡ Classroom ¡advantage: ¡ � mulQdisciplinary ¡ Benefits ¡include: ¡ � Low ¡cost ¡ � Environmentally ¡friendly ¡ � Rapid ¡results ¡ � User ¡friendly ¡ � Small ¡sample ¡ � MulQple ¡applicaQons ¡ �

Part ¡III: ¡Bio-­‑inspired ¡Diagnostics ¡ Sample ¡Block ¡ Conjugate ¡Block ¡ Test ¡Block ¡ Absorbent ¡Block ¡ AnQbodies ¡ Gold ¡nanoparQcles ¡ bound ¡to ¡ with ¡aUached ¡ nitrocellulose ¡ anQbodies ¡ AccumulaQon ¡of ¡gold ¡ nanoparQcles ¡gives ¡a ¡ visible ¡band ¡