Методы практической биохимии - Уильямс Б.
Скачать (прямая ссылка):
о скорости седиментации материала (рис. 2.10). Интерферометричес-
Гл. 2. Центрифугирование 61
кие системы отличаются большей чувствительностью, чем шли-рен-системы. Аналитические ячейки бЬшают односекторные, которые применяются наиболее часто, и двухсекторные, которые используются для сравнительного изучения растворителя и растворенного вещества.
В биологии аналитическое ультрацентрифугирование применяется для определения молекулярных весов макромолекул, проверки чистоты получаемых образцов, а также для исследования конформа-ционных изменений в макромолекулах. Все эти вопросы кратко освещены в следующем разделе.
2.9. Применение аналитического ультрацентрифугирования
2.9.1. Определение молекулярных весов
Существует три основных метода определения молекулярных весов при помощи аналитического ультрацентрифугирования: определение скорости седиментации, метод седиментационного равновесия и метод приближения к седиментационному равновесию.
Определение молекулярного веса по скорости седиментации — это наиболее распространенный метод. Центрифугирование проводят при больших скоростях, так что частицы, вначале равномерно распределенные по всему объему, начинают упорядоченно перемещаться по радиусу от центра вращения. Между областью растворителя, уже свободной от частиц, и той его частью, которая их содержит, образуется четкая граница раздела. Эта граница при центрифугировании перемещается, что дает возможность определять скорость седиментации частиц при помощи одного из вышеупомянутых методов, регистрируя это перемещение на фотопластинке.
Скорость седиментации определяется следующим соотношением:
dx I
где х — расстояние от оси вращения в см, t — время в с, со — угловая скорость в рад-с-1, s — коэффициент седиментации Ъолекулы.
Коэффициент седиментации — это скорость, отнесенная к единице ускорения, его измеряют в единицах Сеедберга (S); 1 единица Сведберга равна 10-13с. Численное значение s зависит от молекулярного веса и формы частиц и является величиной, характерной для данной молекулы или надмолекулярной структуры. Например, коэффициент седиментации лизоцима равен 2,15 S; катал аза имеет коэффициент седиментации 11.35S, субъединицы рибосом бактерий — от 30 до 50S, а субъединицы рибосом эукариотов — от 40 до 60S.
62 Часть II. Методы разделения
Молекулярный вес молекул определяют по уравнению Сведберга
D( l-?P)
где М — молекулярный вес молекулы, R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура, s — коэффициент седиментации молекулы, D — коэффициент диффузии молекулы, v — парциальный удельный объем, который можно рассматривать как объем, занимаемый одним граммом растворенного вещества, р — плотность растворителя.
Метод седиментациоиного равновесия. Определение молекулярных весов этим методом проводится при сравнительно небольших скоростях вращения ротора, порядка 7 ООО—8 000 об-мин-1, чтобы молекулы с большим молекулярным весом не осаждались на дно. Ультрацентрифугирование проводят вплоть до достижения частицами равновесия, устанавливающегося под действием центробежных сил, с одной стороны, и диффузионных — с другой, т. е. до тех пор, пока частицы не перестанут перемещаться. Затем по образовавшемуся градиенту концентрации рассчитывают молекулярный вес вещества ‘согласно формуле
_ 2RT In (са/Ci)
«2(1—'t>p)( 4— А)
где R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура, ю — угловая скорость, р — плотность растворителя, v — парциальный удельный объем, сг и с2— концентрация растворенного вещества на расстояниях гг и г2 от оси вращения.
Недостатком данного метода является то, что для достижения седиментациоиного равновесия необходимо длительное время — от нескольких дней до нескольких недель при непрерывной работе центрифуги.
Метод приближения к седиментационному равновесию был разработан для того, чтобы избавиться от недостатков предыдущего метода, связанных с большими затратами времени, необходимого для ‘установления равновесия. С помощью этого метода можно определять молекулярные веса, когда центрифугируемый раствор находится в состоянии приближения к равновесию. Вначале макромолекулы распределяются по всему объему аналитической ячейки равномерно; затем по мере центрифугирования молекулы оседают, и плотность раствора в области мениска постепенно уменьшается. Изменение плотности тщательно регистрируют, а затем путем сложных расчетов, включающих большое число переменных, определяют молекулярный вес данного соединения по формулам:
м RT (dc/dr)M “ (1—Гр)
Гл. 2. Центрифугирование 63
м - RT r №/^). t Д (l — tTp ) “Ч/д
где R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура, v — парциальный удельный объем, р — плотность растворителя, dc/dr — градиент концентрации макромолекулы, гм и гд— расстояние до мениска и дна пробирки соответственно, см и сд— концентрация макромолекул у мениска и у дна пробирки соответственно, Мм и MR—величины молекулярных весов, определенные по распределению концентрации вещества у мениска и дна пробирки соответственно.
