結構生物化學/分析超速離心
分析超速離心
原則上，分析離心與差速離心相似，因為這兩種技術都應用了離心加速的原理，根據形狀和質量的差異分離樣品中的成分。他們都需要一個能夠以足夠高的速度旋轉樣品的轉子，以產生高達重力力的數萬倍的力。但是，分析離心能夠透過將光檢測裝置整合到系統中來對離心過程中樣品的濃度進行分析，而這是這兩種技術的主要區別。
分析離心機至少可以執行兩種不同的流體力學分析：（1）沉降速度；（2）沉降平衡。這兩種技術及其一些優缺點將在下面討論。
1）沉降速度該測試對分子的質量和形狀都很敏感。為了執行此測試，首先將均勻的樣品載入到樣品槽中，並使其以高速旋轉。典型的速度在 40,000 到 60,000 rpm 之間。由於主要由質量和形狀差異引起的施加在成分上的力的差異，成分將在溶液中分層分離，形成溶液邊界。邊界基本上是由於顆粒的運動而形成的濃度梯度。雖然不能確定單個顆粒由於離心力引起的運動速度，但當樣品旋轉時，對樣品進行一系列掃描（例如吸光度或折射率檢測），以記錄顆粒邊界隨時間的移動。
更具體地說，可以利用邊界運動速率來計算沉降係數 (s)。沉降係數至少會受到以下因素的影響
• 分子量—較重的顆粒往往沉降得更快；
• 密度—密度更大的顆粒往往沉降得更快；
• 分子形狀—展開的蛋白質或更細長的形狀將從溶劑中經歷更大的摩擦力，因此往往會沉降得更慢；
• 溶質濃度—較高的溶質濃度往往會降低沉降速率；
• 溶劑濃度/粘度—較高的溶劑濃度和粘度往往會增加摩擦力並導致更低的沉降係數；以及
• 蛋白質的電荷及其與溶劑極性的相互作用—例如，帶電粒子將在極性溶劑中移動得更快。
除了分析邊界移動的速度（即沉降係數）之外，邊界本身的特徵也可以提供有關樣品的資訊。透過測量邊界的擴散可以確定擴散係數 (D)。均質產品通常會產生更清晰的邊界。相反，異質樣品可以產生多個邊界或非常寬的邊界。但是，這些只是經驗法則，因為樣品的特徵可以產生相互矛盾的結果。例如，單個邊界並不一定表明均質樣品，其中包含兩種具有相似沉降係數的分子，這將導致看似單個邊界。同樣，多個邊界並不一定來自異質樣品，因為均質樣品可能具有幾種穩定的聚集狀態，這些狀態會根據狀態相互轉換的快慢產生多個邊界。
另一個可能導致分析邊界特徵複雜化的因素是稱為自銳化的現象。自銳化發生在邊界“前端”的分子以更高的溶劑濃度移動並受到限制，而邊界“後端”的分子在較低的溶劑濃度部分移動得更快的地方。這會導致邊界的人為變窄。
沉降速度是一種有用的技術，可以用於各種分析，包括：（1）確定樣品是否均質；（2）確定蛋白質在天然狀態下是單體、二聚體還是其他多聚體；（3）確定蛋白質的整體形狀（例如：它是球形還是更擴充套件）；以及 (4) 量化包含一系列尺寸的樣品中蛋白質尺寸的分佈。沉降速度程式的一個關鍵優勢是它可以在相對較短的時間內完成（通常低至 3-5 小時），而不是沉降平衡（通常需要幾天）。沉降速度的另一個重要優勢是它可以用於分析更廣泛的 pH 值、離子強度和溫度條件下的樣品。一個缺點是相互作用的系統（例如可逆自締合的蛋白質—見上文討論）會導致資料難以解釋，如果這些系統在測試過程中發生變化。
2）沉降平衡
這種型別的分析只對顆粒的質量敏感（而不是其形狀），並且以比沉降速度更慢的速度進行。當樣品旋轉時，成分由於旋轉產生的加速度而分離，而擴散同時提供相反的力。最終，這些力相互平衡，溶液中的成分達到平衡點。一系列掃描（例如吸光度或折射率檢測）監測樣品以獲取此平衡點，這提供了有關沉降中成分摩爾質量的資訊。
沉降仍然被許多人認為是確定樣品中大分子分子量的最佳方法。雖然沉降平衡是以比沉降速度更低的速度進行的，但在分析較低分子量樣品時，它必須以更高的速度進行。沉降還可用於分離不同分子量的異質樣品。分子量較高的顆粒將進一步移動到細胞底部，而分子量較低的顆粒將靠近細胞頂部收集。
總的來說，這些測試能夠提供有關樣品純度的詳細資訊，並非常準確地提供有關分子量的資訊。特別是，分析超速離心對於分析無法進行測序測試的大型大分子（如多糖）的分子量非常有用。此外，沉降平衡能夠在不干擾溶液的情況下提供有關溶液中樣品成分之間吸引力的資訊，這使得該方法非常可靠和準確。雖然分析超速離心技術可以單獨使用，但它們也與其他分析技術結合使用以提供更清晰和完整的結論。例如，這些技術通常與更便宜的技術（如凝膠電泳和其他色譜技術）結合使用。此外，它們通常與其他分析技術結合使用，如質譜、X 射線晶體學和多維核磁共振 (NMR)。
沉降速度模式:
對 ATCase 的超速離心研究表明，蛋白質濃度與遷移距離之間存在兩種不同的圖表。天然 ATCase 只有一個峰，6 個催化亞基和 6 個調節亞基被綁在一起。當酶用對羥基汞苯甲酸處理時，酶會解離成兩個亞基。2 個調節亞基和 3 個催化亞基。這些實驗有助於表明天然酶中亞基的相互作用產生了其調節和催化特性。
超速離心的起源 超速離心是確定結構蛋白的強大技術之一，因為這種方法可以用作製備和分析。因此，它在生物學、生物化學和聚合物領域中很常見。1923 年，西奧多·斯維德伯格發明了分析超速離心機，三年後，他因其使用超速離心機分離膠體和蛋白質的研究而獲得諾貝爾化學獎。1946 年，皮克爾設計了第一個可以達到 40,000 rpm 速度的製備型超速離心機模型。
分析超速離心機
製備型超速離心機