离心可以分离质量或密度不同的颗粒和分子

典型蛋白质纯化方案的第一步是离心。离心的原理是，两个悬浮颗粒（细胞、细胞器或分子）具有不同的质量或密度，它们将以不同的速率沉降到试管底部。请记住，质量是样品的重量（单位为克），而密度是其重量与体积的比率（克/升）。蛋白质质量变化很大，但密度变化不大。除非一种蛋白质含有附加的脂类或碳水化合物，否则其密度与平均蛋白质密度1.37 g/cm3之间的变化不会超过15%。较重或密度较高的分子比较轻或密度较低的分子沉降或沉积得更快。

离心机通过使悬浮颗粒承受高达1000000倍重力g的离心力来加速沉降，重力g可以使小到10 kDa的颗粒沉降。现代超速离心机通过达到150000转/分钟（rpm）或更高的速度来实现这些力。然而，质量小于等于5 kDa的小颗粒即使在如此高的转子转速下也不会均匀沉积。

离心有两个基本目的：（1）作为一种制备技术，将一种材料从其他材料中分离出来；（2）作为一种分析技术，测量物理性质（如分子量、密度、形状和平衡绑定常量)大分子。蛋白质的沉淀常数s是其沉淀速率的一种度量。沉降常数通常以svedbergs（S）表示：1 S=10“13秒。

差速离心蛋白质纯化中最常见的初始步骤是通过差速离心从不溶性细胞材料中分离可溶性蛋白质。将起始混合物（通常为细胞匀浆）倒入管中，以转子速度旋转一段时间，迫使细胞核等细胞器在底部聚集成小球；可溶性蛋白质保留在上清液中（图3-31a）。然后倒出上清液部分，并可采用其他纯化方法分离其所含的许多不同蛋白质。

速率分区离心根据蛋白质质量的不同，可以通过称为密度梯度的密度增加溶液离心分离蛋白质。浓缩蔗糖溶液通常用于形成密度梯度。当蛋白质混合物在管中蔗糖梯度的顶部分层并进行离心时，混合物中的每种蛋白质都会以影响沉淀常数的因素控制的速率沿管向下迁移。所有的蛋白质都是从管顶部的一个薄区域开始，然后分成不同质量的蛋白质带或区域（实际上是圆盘）。在这种被称为速率分区离心的分离技术中，样品被浓缩的时间刚好足以将感兴趣的分子分离成离散的区域（图3-31b）。如果样品的浓缩时间太短，不同的蛋白质分子将无法充分分离。如果样品离心的时间比需要的时间长得多，所有的蛋白质最终都会在试管底部形成一个小球。

虽然沉降速率受颗粒质量的强烈影响，但速率分区离心法在测定精确分子量方面很少有效，因为形状的变化也会影响沉降速率。形状的确切影响很难评估，尤其是对于可以呈现许多复杂形状的蛋白质和单链核酸分子。然而，速率分区离心已被证明是分离许多不同类型聚合物和颗粒的最实用方法。第二种密度梯度技术，称为平衡密度梯度浓缩，主要用于分离DNA或细胞器（见图5-37）。

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