Слайд 1Ультрацентрифугирование (седиментация)
Методы разделения и очистки биомолекул
Слайд 2Введение
Возможность использования высоко-скоростного центрифугирования для ускоренного осаждения частиц из
коллоидных растворов и определения их размеров была впервые предложена российским
химиком Думанским еще в 1913 году.
10-20 лет тому назад скоростные ультрацентрифуги составляли едва ли не главную часть приборного оснащения любой биохимической лаборатории.
Сейчас, когда молекулярная биология перешла на работу с микроколичествами исходных материалов, эти дорогие и капризные машины заняли куда более скромное место в арсенале исследователей. Тем не менее, в некоторых случаях, когда предполагается начать обширную программу изучения какого-нибудь однородного биологического материала, имеет смысл воспользоваться возможностями ультрацентрифугирования. Поэтому в этой главе мы весьма кратко познакомимся с этими возможностями.
Слайд 5Ультацентрифуга
Ультрацентрифуга – этим термином принято называть центрифуги, позволяющие достигать
скорости вращения своих роторов вплоть до 80 тысяч оборотов в
минуту.
Вращение с такой скоростью невозможно осуществить в нормальной атмосфере из-за катастрофического разогрева ротора. Поэтому главным элементом конструкции ультрацентрифуги является вакуумная камера, в которой вращается ротор.
Слайд 8Ультрацентрифугирование
Седиментация – осаждение частиц в жидкости или газе под действием
силы тяжести или центробежной силы.
Если седиментация осуществляется с использованием высокоскоростной
центрифуги (ультрацентрифуги), используется термин ультрацентрифугирование.
Метод позволяет:
- определить Мr, плотность и форму макромолекул,
- разделить смесь веществ на компоненты для аналитических и препаративных целей
Слайд 9Ультрацентрифугирование
Принцип метода
При центрифугировании раствора макромолекул частицы движутся к дну пробирки
под действием центробежных сил. Через определенные промежутки времени определяют распределение
частиц по длине пробирки.
Слайд 10Ультрацентрифугирование
Методы ультрацентрифугирования
Скоростное ультрацентрифугирование – частицы движутся через раствор, оставляя за
собой зону чистого растворителя. Исследуют смещение границы между растворителем и
раствором.
Зональное ультрацентрифугирование – образец наносится в виде слоя на поверхность более плотного растворителя. Различные компоненты будут разделяться в виде серии зон (полос), которые осаждаются только через растворитель отдельно одна от другой.
Слайд 11Ультрацентрифугирование
Теория ультрацентрифугирования
На молекулу в растворе при центрифугировании действуют следующие силы:
Слайд 12Ультрацентрифугирование
Теория ультрацентрифугирования
1. Частица с большей массой будет двигаться быстрее
2. Более
плотная частица (с меньшим объемом) будет двигаться быстрее, чем менее
плотная
3. Чем больше плотность раствора, тем медленнее движение частиц
4. Чем больше коэффициент трения, тем медленнее движение частиц
Слайд 13Ультрацентрифугирование
Теория ультрацентрифугирования
Коэффициент седиментации
параметры
эксперимента
параметры молекулы
Слайд 14Ультрацентрифугирование
Аналитическая ультрацентрифуга
Оборудование для ультрацентрифугирования
Слайд 15Ультрацентрифугирование
Препаративная ультрацентрифуга
Оборудование для ультрацентрифугирования
Слайд 16Ультрацентрифугирование
Ротор с подвесными
стаканами
Ротор с подвесными
стаканами
Угловой ротор
Оборудование для ультрацентрифугирования
Слайд 17Ультрацентрифугирование
Скоростное ультрацентрифугирование
Скоростное ультрацентрифугирование – частицы движутся через раствор, оставляя за
собой зону чистого растворителя. Исследуют смещение границы между растворителем и
раствором.
Слайд 18Ультрацентрифугирование
Оптические методы регистрации движения границы раствор – чистый растворитель
Шлиреновская система
основана
на том, что луч света не отклоняется при прохождении через
область с однородной концентрацией, но отклоняется, проходя через участок с изменяющейся концентрацией, вследствие изменения показателя преломления.
Слайд 19Ультрацентрифугирование
Оптические методы регистрации движения границы раствор – чистый растворитель
Интерференционная система
использует
двухсекторную ячейку, один из секторов которой содержит только растворитель, другой
– раствор. При прохождении света через оба сектора получается оптическая интерферен-ционная картина.
Слайд 20Ультрацентрифугирование
Оптические методы регистрации движения границы раствор – чистый растворитель
Абсорбционная система
регистрирует
поглощение света определенной длины волны, соответствующей максимуму поглощения исследуемых биомолекул,
по длине ячейки.
Слайд 21Ультрацентрифугирование
Скоростное ультрацентрифугирование
Определение коэффициента седиментации
Слайд 22Ультрацентрифугирование
Скоростное ультрацентрифугирование
Определение коэффициента седиментации
tg a = w2s
tg a = 3,62
*10-5 с-1
W = 2p* 33000 /60
= 3,45*103
рад/с
W2 = 1,19*107
S = 30,1 *10-13 с
Слайд 23Ультрацентрифугирование
Скоростное ультрацентрифугирование
Факторы, влияющие на величину коэффициента седиментации
1. Чем больше концентрация,
тем больше S.
2. Чем больше скорость вращения центрифуги, тем больше
S.
3. Заряженные частицы имеют меньший S, чем незаряженные.
4. Частицы с вытянутой формой проявляют меньший S.
5. Чем больше Mr, тем больше S.
Слайд 24Ультрацентрифугирование
Скоростное ультрацентрифугирование
Определение коэффициента седиментации
Слайд 25Ультрацентрифугирование
Зональное ультрацентрифугирование
Проводят в градиенте плотности сахарозы или глицерина 5-20 %
(белки), либо в градиенте плотности CsCl (ДНК)