Hydrodynamic Radius – Radius of Gyration

大小很重要：動力學半徑與旋轉半徑（Rh 與 Rg）

歡迎來到博客系列的第二部分內容，這是我們成功舉辦的C&EN 網絡研討會—蛋白質的定性與定量分析之後的續篇。

在這個博客系列中，我們將回答一些觀眾提出的有趣問題。今天，我們將探討動力學半徑（Rh）與旋轉半徑（Rg）之間的區別，以及它們在蛋白質表徵中的意義。

在描述分子大小的眾多參數中，最常用的兩個是動力學半徑（Rh）和旋轉半徑（Rg）。這兩個參數都會告訴你分子的大小，但它們以不同的方式獲得大小值，而且令人困惑的是，它們的答案不會相同，但都不是錯的！

Rh 是通過動態光散射測量的，定義為等效硬球體與觀察中的分子以相同速率擴散的半徑。實際上，蛋白質及其複合物的溶液並不以硬球形式存在，因此，所確定的動力學半徑更接近於表現出被溶劑化、翻滾的分子所採用的表觀大小。另一方面，Rg 被定義為分子核心到分子中每個質量元素的質量加權平均距離。對於半徑大於10納米的高分子，利用多角度光散射傳統上確定Rg；這種技術依賴於測量散射光在不同角度下（即角度依賴性）的強度差異。半徑小於10納米的分子—佔已知蛋白質的絕大多數—在所有角度均勻地散射光（瑞利散射器）因此不顯示角度依賴性。反之，在此方式下無法確定蛋白質的Rg。然而，可以通過小角中子散射（SANS）和小角X射線散射（SAXS）或高分辨率X射線結構獲得蛋白質和小分子的Rg。

對於蛋白質及其複合物，Rg 和 Rh 始終在同一個數量級，但這些大小參數對蛋白質表徵究竟有什麼意義？

要回答這個問題，我們需要看看蛋白質表徵的三個關鍵領域。首先，能夠測量大小提供了一種簡單的方法來確認已知單體大小的蛋白質在制備中的身份和寡聚狀態。因此，很容易看出，在蛋白質生產實驗室中如何實施大小篩選，以識別純化蛋白質的相關分餾部分或檢查配方的批次間一致性。

其次，生物過程發生在溶液中；因此，研究和表徵蛋白質的興趣深深植根於理解，最終控制蛋白質行為。人們相信，如果理解了溶液中的蛋白質行為，那麼就可以預測它與其他生物分子、藥物及彼此之間的相互作用。然後，這些信息可以進一步運用來操控蛋白質溶液以達到特定結果，例如配方開發。由此很明顯，Rh 是一個生物學相關的參數，因為它考慮了蛋白質在其環境中的大小。

Rg 和 Rh 都可用於深入了解蛋白質表徵的第三個關鍵領域：結構。Rg 的計算方式意味著該值本身對目標分子的結構比 Rh 值稍微更依賴。但是，真正提供蛋白質分子形狀信息的是 Rg 和 Rh 的比率（Rg/Rh）。球狀蛋白質的特徵 Rg/Rh 值約為 0.775，這意味著 Rg 小於 Rh。然而，當分子從球狀偏離到非球形或延伸結構時，Rg/Rh 趨於超過 0.775，因為此時 Rg 大於 Rh。

實驗上，重要的是要記住，對於蛋白質，Rg 無法通過靜態光散射技術獲得，而 Rh 可以通過 Perrin 理論提供形狀信息的另一條途徑。

總而言之，Rg 和 Rh 值不可互相替代，但每一者都提供了蛋白質的不同觀點。除了分子大小所提供的信息價值之外，還需要考慮許多測量本身的特徵，如分析時間、濃度、樣品量、預算，以便為用戶建立真實價值。

敬請期待……

敬請關注這個博客系列的下一篇，我們將揭示聚集點及其與蛋白質和生物治療藥物配方穩定性的關係。