Chimie - Ultracentrifugation analytique PDF

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Cours de chimie sur les Ultracentrifugation analytique...

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Ultracentrifugation analytique Si masse volumique d’une particule supérieure à masse volumique de l’eau, alors sédimentation. La centrifugation accélère le processus de sédimentation. Centrifugation analytique  sert à analyser particules grâce à leurs comportement particulier qui permettra de les caractériser. Gammat = dérivé vitesse/ dérivé temps = dérivé tangentielle égale à 0 sauf au moment de l’accélération. Gammar = w2r = (2π x N/60)r = dérivé radiale. 𝐷𝑜𝑛𝑐 𝑚 × 𝑤 2 × 𝑟 = 𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑒 2 𝑚𝑤 𝑟 − 𝑚′𝑤 𝑟 = 𝑑é𝑝𝑙𝑎𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑒𝑎𝑢 𝑜𝑢 𝑡𝑎𝑚𝑝𝑜𝑛 𝑑𝑢 𝑚𝑖𝑙𝑖𝑒𝑢 𝑑𝑟 𝑑𝑟 =𝑓 × = 𝑛𝐺 × = 𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑜𝑡𝑡𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑛 = 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑡é, 𝐺 = 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑒𝑢𝑟 𝑔é𝑜𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 2

On peut donc écrire de tout cela :

𝑑𝑟 𝑑𝑡

𝑟

-

=

2

𝑚𝑤 2 𝑟−𝑚 ′𝑤 𝑟 𝑓

𝑒𝑡

𝑑𝑟 𝑑𝑡

=

𝑚 (1−𝑟ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑣 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒) 𝑛𝐺

× (

2π x N

60

)×

La vitesse de sédimentation va dépendre de 3 facteurs : La particule (masse volumique, forme…) La centrifugeuse (conditions de centrifugation…) Le milieu (viscosité…) Le coefficient de sédimentation est exprimé en Sverdberg (s) : 𝑆 = Ce qui fait que la vitesse de sédimentation est égale à :

𝑑𝑟 𝑑𝑡

𝑚−(1−𝑟ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑣 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒) 𝑓

= 𝑆𝑤 2 𝑟

Expérience de vitesse de sédimentation : Au départ, solution homogène de prot pures et r = distance de l’axe de rotation jusqu’au ménisque. Soumise à une ultracentri, molécules sédimentent et forme alors une frontière de sédimentation. Mais à cause de la régulation osmotique, particules vont diffuser. On prend alors en compte le comportement moyen des molécules pour déterminer la pente de la droite (= w2S)  coeff de sédimentation.

Lnr = Sw2t + constante

Si graphique présente plusieurs frontières de sédimentation, cela signifie que le mélange n’est pas homogène.

Expérience d’équilibre de sédimentation : Même protocole qu’expérience précédente, mais vitesse est bien plus réduite pour cette expérience (10 000 à 20 000g). On obtient également des frontières de sédimentation et de la diffusion. Il y a donc un équilibre qui se crée entre sédimentation et diffusion.

Js (flux de sédimentation) = Jd (flux de diffusion) 𝑑𝐶 𝑅(𝑐𝑠𝑡 𝑔𝑎𝑧 𝑝𝑎𝑟𝑓𝑎𝑖𝑡) × 𝑇𝑒𝑚𝑝é𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒 𝑒𝑡 𝐷 = 𝑑𝑡 𝑁𝑏𝑟𝑒 𝐴𝑣𝑜𝑔𝑎𝑑𝑟𝑜 × 𝑓 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑖𝑟𝑒 × (1 − 𝑟ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑣 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒) × 𝑤 2 𝐿𝑛𝐶 = × (𝑟 2 − 𝑟02 ) + 𝑐𝑠𝑡 𝑅𝑇 × 2 𝐶𝑆𝑤 2 𝑟 = 𝐷

𝑃𝑒𝑛𝑡𝑒 = On peut en déduire que :

𝑀=

𝑀 × (1 − 𝑟ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑣 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒) 2 𝑤 2𝑅𝑇 𝑆 × 𝑅 × 𝑇 𝐷 × (1 − 𝑟ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑣 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒)

Estimation de la forme et des dimensions d’une protéine : 𝑀 × (1 − 𝑟ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑣 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒) 𝑆𝑚𝑎𝑥 = 𝑁 × 𝑛(𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑡é) × 6𝜋𝑅𝑚𝑖𝑛

et

𝑓

𝑓𝑚𝑖𝑛

=

𝑆𝑚𝑎𝑥 𝑆

Protéines globulaires, 1,2 < Smax/S20,w< 1,3 Protéines modérément allongées, 1,5 < Smax/S20,w< 1,9 Protéines fortement allongées, 2 < Smax/S20,w< 3 Longues protéines filiformes, 3 < Smax/S20,w< 4

Smax est calculé dans les conditions de l’eau pure à 20°C et doit donc être comparé au S20,w...