Die Ultrazentrifuge ist eine Zentrifuge, die optimiert ist, für einen Rotor mit sehr hohen Geschwindigkeiten zu spinnen, die dazu fähig sind, Beschleunigung so hoch zu erzeugen, wie (ungefähr). Es gibt zwei Arten von Ultrazentrifugen, dem vorbereitenden und der analytischen Ultrazentrifuge. Beide Klassen von Instrumenten finden wichtigen Gebrauch in der molekularen Biologie, Biochemie und Polymer-Wissenschaft.

Geschichte

Theodor Svedberg hat die analytische Ultrazentrifuge 1925 erfunden, und hat den Nobelpreis in der Chemie 1926 für seine Forschung über Kolloide und Proteine mit der Ultrazentrifuge gewonnen.

Die Vakuumultrazentrifuge wurde von Edward Greydon Pickels erfunden. Es war sein Beitrag des Vakuums, das die Verminderung der mit hohen Geschwindigkeiten erzeugten Reibung erlaubt hat. Vakuumsysteme haben auch die Wartung der unveränderlichen Temperatur ermöglicht.

1946 Pickels cofounded Spinco (Specialized Instruments Corp.) und auf den Markt gebracht eine Ultrazentrifuge auf seinem Design gestützt. Pickels hat jedoch gedacht, dass sein Design kompliziert wurde, und hat eine "kinderleichtere" Version entwickelt. Aber sogar mit dem erhöhten Design sind Verkäufe der Technologie niedrig geblieben, und Spinco hat fast Bankrott gemacht. Die Gesellschaft hat überlebt und war erst, um Ultrazentrifugen 1947 gewerblich zu verfertigen. 1949 hat Spinco das Modell L, die erste Vorbereitungsultrazentrifuge eingeführt, um eine Höchstgeschwindigkeit von 40,000 rpm zu erreichen. 1954 haben Instrumente von Beckman (jetzt Beckman Coulter) die Gesellschaft gekauft, die Basis seiner Zentrifuge-Abteilung von Spinco bildend.

Analytische Ultrazentrifuge

In einer analytischen Ultrazentrifuge kann eine Probe, die wird spinnt, in Realtime durch ein optisches Entdeckungssystem, mit der ultravioletten leichten Absorption und/oder Einmischung optischer Brechungsindex empfindliches System kontrolliert werden. Das erlaubt dem Maschinenbediener, die Evolution der Beispielkonzentration gegen die Achse des Folge-Profils infolge des angewandten Schleuderfeldes zu beobachten. Mit der modernen Instrumentierung werden diese Beobachtungen elektronisch digitalisiert und für die weitere mathematische Analyse versorgt. Zwei Arten von Experimenten werden auf diesen Instrumenten allgemein durchgeführt: Ablagerungsgeschwindigkeitsexperimente und Ablagerungsgleichgewicht-Experimente.

Ablagerungsgeschwindigkeitsexperimente haben zum Ziel, den kompletten Zeitkurs der Ablagerung und Bericht über die Gestalt und Mahlzahn-Masse der aufgelösten Makromoleküle, sowie ihren Größe-Vertrieb zu interpretieren. Die Größe-Entschlossenheit dieser Methode Skalen ungefähr mit dem Quadrat der Partikel-Radien, und durch die Anpassung der Rotor-Geschwindigkeit der Experiment-Größe-Reihen von 100 Da bis 10 GDa kann bedeckt werden. Ablagerungsgeschwindigkeitsexperimente können auch verwendet werden, um umkehrbares chemisches Gleichgewicht zwischen makromolekularen Arten, entweder durch die Überwachung der Zahl und Mahlzahn-Masse von makromolekularen Komplexen, durch die Gewinnung der Information über die komplizierte Zusammensetzung von Mehrsignalanalyse-Ausnutzungsunterschieden in jedem Bestandteile spektroskopisches Signal, oder durch den folgenden die Zusammensetzungsabhängigkeit der Ablagerungsraten des makromolekularen Systems, wie beschrieben, in der Theorie von Gilbert-Jenkins zu studieren.

Ablagerungsgleichgewicht-Experimente werden nur mit dem des Experimentes Steady-State-Finale betroffen, wo Ablagerung durch die Verbreitung erwogen wird, die den Konzentrationsanstiegen entgegensetzt, auf ein zeitunabhängiges Konzentrationsprofil hinauslaufend. Ablagerungsgleichgewichtsverteilungen im Schleuderfeld werden durch den Vertrieb von Boltzmann charakterisiert. Dieses Experiment ist gegen die Gestalt des Makromoleküls unempfindlich, und berichtet direkt über die Mahlzahn-Masse der Makromoleküle und, um Mischungen auf chemischen Gleichgewicht-Konstanten chemisch zu reagieren.

Die Arten der Information, die bei einer analytischen Ultrazentrifuge erhalten werden kann, schließen die grobe Gestalt von Makromolekülen, den Conformational-Änderungen in Makromolekülen und dem Größe-Vertrieb von makromolekularen Proben ein. Für Makromoleküle, wie Proteine, die im chemischen Gleichgewicht mit verschiedenen non-covalent Komplexen, der Zahl und Subeinheitsstöchiometrie der Komplexe und des Gleichgewichts bestehen, können unveränderliche Konstanten studiert werden.

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Vorbereitungsultrazentrifuge

Vorbereitungsultrazentrifugen sind mit einem großen Angebot an für eine große Reihe von Experimenten passenden Rotoren verfügbar. Die meisten Rotoren werden entworfen, um Tuben zu halten, die die Proben enthalten. Schwingende Eimer-Rotoren erlauben den Tuben, von Scharnieren abzuhängen, so stellen die Tuben zum horizontalen neu ein, weil sich der Rotor am Anfang beschleunigt. Feste Winkelrotoren werden aus einem einzelnen Block von Metall gemacht und halten die Tuben in in einem vorher bestimmten Winkel gelangweilten Höhlen. Zonenrotoren werden entworfen, um ein großes Volumen der Probe in einer einzelnen Haupthöhle aber nicht in Tuben zu enthalten. Einige Zonenrotoren sind zum dynamischen Laden und der Entleerung von Proben fähig, während der Rotor mit der hohen Geschwindigkeit spinnt.

Vorbereitungsrotoren werden in der Biologie für pelleting von feinen particulate Bruchteilen, wie zellularer organelles (mitochondria, microsomes, ribosomes) und Viren verwendet. Sie können auch für Anstieg-Trennungen verwendet werden, in denen die Tuben von oben bis unten mit einer zunehmenden Konzentration einer dichten Substanz in der Lösung gefüllt werden. Rohrzucker-Anstiege werden normalerweise für die Trennung von zellularem organelles verwendet. Anstiege von Cäsium-Salzen werden für die Trennung von Nukleinsäuren verwendet. Nachdem die Probe mit der hohen Geschwindigkeit für die ausreichende Zeit gesponnen hat, um die Trennung zu erzeugen, wird dem Rotor erlaubt, zu einem glatten Halt zu kommen, und der Anstieg wird aus jeder Tube freundlich gepumpt, um die getrennten Bestandteile zu isolieren.

Gefahren

Die enorme kinetische Rotationsenergie des Rotors in einer Betriebsultrazentrifuge macht den katastrophalen Misserfolg eines spinnenden Rotors eine ernste Sorge. Die Betonungen des alltäglichen Gebrauches und der harten chemischen Lösungen veranlassen schließlich Rotoren sich zu verschlechtern. Der richtige Gebrauch des Instrumentes und der Rotoren innerhalb von empfohlenen Grenzen und sorgfältiger Wartung von Rotoren, um Korrosion zu verhindern und Verfall zu entdecken, ist notwendig, um diese Gefahr zu vermeiden.

Siehe auch

• Zippe-Typ-Zentrifuge
• Jesse Beams, Physiker mit Patenten und Veröffentlichungen in Ultrazentrifugen.
• Differenzial centrifugation

Links

• Moderner Analytischer Ultracentrifugation in der Protein-Wissenschaft: Eine Tutorrezension
• Umkehrbare Vereinigungen in der strukturellen und molekularen Biologie (RASMB - ein analytisches Ultracentrifugation Forum)
• Analytischer Ultracentrifugation als ein zeitgenössisches Biomolecular Forschungswerkzeug.
• Mehrsignalanalyse
• Theorie von Gilbert-Jenkins
• Bericht über eine Ultrazentrifuge-Explosion.