结构生物化学/分析超速离心
分析超速离心
原则上，分析离心与差速离心相似，因为这两种技术都应用了离心加速的原理，根据形状和质量的差异分离样品中的成分。他们都需要一个能够以足够高的速度旋转样品的转子，以产生高达重力力的数万倍的力。但是，分析离心能够通过将光检测装置整合到系统中来对离心过程中样品的浓度进行分析，而这是这两种技术的主要区别。
分析离心机至少可以执行两种不同的流体力学分析：（1）沉降速度；（2）沉降平衡。这两种技术及其一些优缺点将在下面讨论。
1）沉降速度该测试对分子的质量和形状都很敏感。为了执行此测试，首先将均匀的样品加载到样品槽中，并使其以高速旋转。典型的速度在 40,000 到 60,000 rpm 之间。由于主要由质量和形状差异引起的施加在成分上的力的差异，成分将在溶液中分层分离，形成溶液边界。边界基本上是由于颗粒的运动而形成的浓度梯度。虽然不能确定单个颗粒由于离心力引起的运动速度，但当样品旋转时，对样品进行一系列扫描（例如吸光度或折射率检测），以记录颗粒边界随时间的移动。
更具体地说，可以利用边界运动速率来计算沉降系数 (s)。沉降系数至少会受到以下因素的影响
• 分子量—较重的颗粒往往沉降得更快；
• 密度—密度更大的颗粒往往沉降得更快；
• 分子形状—展开的蛋白质或更细长的形状将从溶剂中经历更大的摩擦力，因此往往会沉降得更慢；
• 溶质浓度—较高的溶质浓度往往会降低沉降速率；
• 溶剂浓度/粘度—较高的溶剂浓度和粘度往往会增加摩擦力并导致更低的沉降系数；以及
• 蛋白质的电荷及其与溶剂极性的相互作用—例如，带电粒子将在极性溶剂中移动得更快。
除了分析边界移动的速度（即沉降系数）之外，边界本身的特征也可以提供有关样品的信息。通过测量边界的扩散可以确定扩散系数 (D)。均质产品通常会产生更清晰的边界。相反，异质样品可以产生多个边界或非常宽的边界。但是，这些只是经验法则，因为样品的特征可以产生相互矛盾的结果。例如，单个边界并不一定表明均质样品，其中包含两种具有相似沉降系数的分子，这将导致看似单个边界。同样，多个边界并不一定来自异质样品，因为均质样品可能具有几种稳定的聚集状态，这些状态会根据状态相互转换的快慢产生多个边界。
另一个可能导致分析边界特征复杂化的因素是称为自锐化的现象。自锐化发生在边界“前端”的分子以更高的溶剂浓度移动并受到限制，而边界“后端”的分子在较低的溶剂浓度部分移动得更快的地方。这会导致边界的人为变窄。
沉降速度是一种有用的技术，可以用于各种分析，包括：（1）确定样品是否均质；（2）确定蛋白质在天然状态下是单体、二聚体还是其他多聚体；（3）确定蛋白质的整体形状（例如：它是球形还是更扩展）；以及 (4) 量化包含一系列尺寸的样品中蛋白质尺寸的分布。沉降速度程序的一个关键优势是它可以在相对较短的时间内完成（通常低至 3-5 小时），而不是沉降平衡（通常需要几天）。沉降速度的另一个重要优势是它可以用于分析更广泛的 pH 值、离子强度和温度条件下的样品。一个缺点是相互作用的系统（例如可逆自缔合的蛋白质—见上文讨论）会导致数据难以解释，如果这些系统在测试过程中发生变化。
2）沉降平衡
这种类型的分析只对颗粒的质量敏感（而不是其形状），并且以比沉降速度更慢的速度进行。当样品旋转时，成分由于旋转产生的加速度而分离，而扩散同时提供相反的力。最终，这些力相互平衡，溶液中的成分达到平衡点。一系列扫描（例如吸光度或折射率检测）监测样品以获取此平衡点，这提供了有关沉降中成分摩尔质量的信息。
沉降仍然被许多人认为是确定样品中大分子分子量的最佳方法。虽然沉降平衡是以比沉降速度更低的速度进行的，但在分析较低分子量样品时，它必须以更高的速度进行。沉降还可用于分离不同分子量的异质样品。分子量较高的颗粒将进一步移动到细胞底部，而分子量较低的颗粒将靠近细胞顶部收集。
总的来说，这些测试能够提供有关样品纯度的详细信息，并非常准确地提供有关分子量的信息。特别是，分析超速离心对于分析无法进行测序测试的大型大分子（如多糖）的分子量非常有用。此外，沉降平衡能够在不干扰溶液的情况下提供有关溶液中样品成分之间吸引力的信息，这使得该方法非常可靠和准确。虽然分析超速离心技术可以单独使用，但它们也与其他分析技术结合使用以提供更清晰和完整的结论。例如，这些技术通常与更便宜的技术（如凝胶电泳和其他色谱技术）结合使用。此外，它们通常与其他分析技术结合使用，如质谱、X 射线晶体学和多维核磁共振 (NMR)。
沉降速度模式:
对 ATCase 的超速离心研究表明，蛋白质浓度与迁移距离之间存在两种不同的图表。天然 ATCase 只有一个峰，6 个催化亚基和 6 个调节亚基被绑在一起。当酶用对羟基汞苯甲酸处理时，酶会解离成两个亚基。2 个调节亚基和 3 个催化亚基。这些实验有助于表明天然酶中亚基的相互作用产生了其调节和催化特性。
超速离心的起源 超速离心是确定结构蛋白的强大技术之一，因为这种方法可以用作制备和分析。因此，它在生物学、生物化学和聚合物领域中很常见。1923 年，西奥多·斯维德伯格发明了分析超速离心机，三年后，他因其使用超速离心机分离胶体和蛋白质的研究而获得诺贝尔化学奖。1946 年，皮克尔设计了第一个可以达到 40,000 rpm 速度的制备型超速离心机模型。
分析超速离心机
制备型超速离心机