沉降平衡方法，超離心沉降法之一。如果在比沉降速度法低的轉速和不可忽視溶質布朗運動的情況下繼續離心，則由於離心力所引起的沉降與逆方向擴散相均衡，而使管內溶質的濃度分布保持一定。進而通過平衡時的濃度分布分析可計算出溶質的分子量。
基本介紹
- 中文名：沉降平衡方法
- 外文名：sedimentation equilibriummethod
- 領域：醫藥，化工
- 套用：測定大分子的質量等
簡介,沉降平衡法的套用,溶液中相互作用系統的測定,化學計量學研究,生物分子構象研究,
簡介
瑞典科學家Theodor Svedberg於1925年發明分析超速離心技術，該技術基於兩種實驗模式，一種是濃度分布隨時間實時改變（即沉降速率，SV），另一種是在相對低的離心力場中，沉降和擴散兩種力最終達到平衡而形成穩定的濃度分布（即沉降平衡，SE）。
Theodor Svedberg於第2年製造出世界上第一台新型超速離心機，並引入紫外-可見光檢測系統實時監測沉降過程，首次測量了一些蛋白質的相對分子質量。結合數據分析方法，能夠確定樣本純度，表征生物分子複合物的組裝和分解機制，確定亞單位的化學計量，檢測和表征大分子的構象變化，並測定平衡常數和熱力學參數。但是很長一段時間裡，這項技術在全球範圍內都沒有得到發展。直到現代的分析超速離心機誕生，分析超速離心技術才再次成為科學研究和醫藥行業研究的手段。
作為分析超速離心技術的一種，沉降平衡法可以測定多分散性大分子的平均分子量和分子量分布。通過在分析池中經低速長時間離心，樣品濃度分布達到熱力學平衡時，根據池內樣品的濃度分布求算分子量。它不需要任何標準樣品作參考，亦不需要知道樣品分子的形狀和水化程度。
沉降平衡是基於熱力學理論，實驗一般在較低的轉速下進行（8000~20 000 r/min），當沉降作用與擴散作用達到平衡時可以測定分子平衡濃度的分布。在平衡狀態下，濃度的分布只決定於質量，而與分子的形狀無關。離心開始時，分子顆粒發生沉降，一段時間以後，沉降的結果造成了濃度梯度，因而產生了蛋白質分子反向擴散運動，當反向擴散與離心沉降達到平衡時，濃度分布就固定不變了。
沉降平衡法是樣品溶液實驗達到平衡是指用光學系統已測不到分析池內樣品濃度分布的變化時間。
將所得數據處理可計算出蛋白質的精確相對分子質量。用沉降平衡實驗測量相對分子質量是一種經典的相對分子質量測量手段。
在實驗時使用分析用的超速離心機，為正確求出濃度分布有必要用干涉光學系統或光電掃描裝置。由於實驗技術和理論發展的結果，沉降平衡法已成為測定生物體各種大分子分子量的最標準的方法。對蛋白質亞基的解離和聚合等也可用本法進行研究。核酸及其他的大分子浮力密度的平衡密度梯度離心法測定雖與上述目的不同，但也是一種沉降平衡方法。
相比於另外一種沉降速度法其優點在於計算不用擴散係數，故沉降平衡法比沉降擴散法簡便而精確。而其缺點在於離心時間長，通常要幾十小時。
沉降平衡法的套用
溶液中相互作用系統的測定
分析超速離心技術可以用來研究溶液狀態下蛋白與蛋白、蛋白與小分子以及蛋白與核酸之間的相互作用，確定相互作用的結合方式，並測定相互作用系統的結合或解離常數。
例：Andrea等利用動力學、光譜學（螢光和NMR）、表面電漿共振，交聯反應，凝膠過濾實驗，及沉降平衡法技術等多種手段對參與血紅素降解的蛋白質之間的相互作用進行了深入的研究。該研究對於理解血紅素動態平衡有著至關重要的意義。
化學計量學研究
組裝大分子組分的化學計量知識對於研究其生理學問題是十分重要的。當然，目前有許多用來確定化學計量的方法可供研究人員選擇，比如電子顯微鏡、X射線晶體學、核磁共振光譜學、量熱法以及光散射法等，而沉降平衡法因其可以直接獲得關於生物大分子複合物的摩爾質量、形狀、尺寸等數據結果而越來越受到研究人員的青睞。
例：鈣離子通道蛋白（Cav1s和Cav2s）通過調節鈣離子的進入參與基因調控、激素釋放及突觸傳遞等過程。CaVs受鈣離子-鈣調蛋白質（Ca2t/CaM）的反饋調節。前人研究表明複合物是以4︰2的形式存在溶液中，因為這些研究中的實驗都受柱尺寸的限制，使得檢測的相對分子質量範圍限制在3~70kD，這就無法鑑別由於分子形狀改變導致相對分子質量可能從81kD變成66kD的複合物。
因此，Eun等利用沉降平衡實驗分析，由於該方法與分子形狀的改變沒有關係，可以直接測量溶液中複合物的相對分子質量。沉降平衡實驗結果表明：Ca2+/CaM與Cav1.2PreIQ-IQ複合物在化學計量學上是以2：1的形式形成的複合物，Ca2+/CaM與Cav1.2C-IQ複合物也是以2：1形式存在。而凝膠過濾實驗誤導了真實的化學計量學結果。
生物分子構象研究
沉降平衡法已成功地用於檢測大分子構象的變化。通過測定蛋白質分子的沉降係數及擴散係數，可以分析蛋白質在經修飾後其空間結構有無變化。
例：Song等將沉降平衡法套用於染色質結構建立及其調控的分子機制的研究中，取得了突出的成果。
