ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ: ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ, ВИДЫ, ЗНАЧЕНИЕ, ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

Центрифугирование представляет собой метод, метод или процедура, механически или физическое разделение молекул или частиц с различной плотностью и также присутствуют в жидкой среде. Его краеугольным камнем является приложение центробежной силы с помощью оборудования, называемого центрифугой.

С помощью центрифугирования компоненты пробы жидкости можно разделить и проанализировать. Среди этих компонентов - различные классы молекул или частиц. В качестве частиц упоминаются различные клеточные фрагменты, органеллы клеток, даже различные типы клеток, среди прочего.

Центрифуга. Источник: Мэтт Яницки через Flickr

Теодор Сведжер считается одним из ведущих пионеров в исследованиях центрифугирования. Нобелевская премия 1926 года определила, что молекулы или частицы с их собственными размерами имеют разные коэффициенты седиментации S. Буква "S" пришла от Сведжера в честь его работы.

Следовательно, частицы имеют характерные скорости осаждения. Это означает, что не все из них ведут себя одинаково под действием центробежной силы, выраженной в оборотах в минуту (об / мин), или как функция радиуса ротора (относительная центробежная сила, g).

К факторам, определяющим S и его скорость, относятся, например, характеристики молекул или частиц; свойства среды; техника или метод центрифугирования; и тип используемой центрифуги, среди прочего.

Центрифугирование классифицируется в зависимости от его полезности. В препаративном, когда оно ограничивается разделением компонентов пробы; и в аналитике, когда он также пытается проанализировать отделенную молекулу или частицу. С другой стороны, его также можно классифицировать по условиям процесса.

Центрифугирование в его различных типах имеет важное значение для развития научных знаний. Используемый в исследовательских центрах, он облегчил понимание сложных биохимических и биологических процессов, среди многих других.

Из чего он состоит? (обработать)

Основа центрифугирования

Процесс центрифугирования основан на том факте, что молекулы или частицы, составляющие образец в растворе, будут вращаться при вращении в устройстве, называемом центрифугой. Это вызывает отделение частиц от окружающей их среды, поскольку они оседают с разной скоростью.

Процесс основан на теории седиментации. В соответствии с этим частицы, имеющие более высокую плотность, будут оседать, а остальные вещества или компоненты окружающей среды останутся во взвешенном состоянии.

Зачем? Потому что молекулы или частицы имеют свои собственные размеры, формы, массы, объемы и плотности. Следовательно, не всем из них удается осаждаться одинаковым образом, что приводит к разному коэффициенту осаждения S; и, следовательно, с другой скоростью осаждения.

Эти свойства позволяют разделять молекулы или частицы под действием центробежной силы при заданной скорости центрифугирования.

Центробежная сила

На центробежную силу будут влиять несколько факторов, которые будут определять седиментацию: те, которые присущи молекулам или частицам; характеристикам среды, в которой они находятся; и факторы, относящиеся к центрифугам, на которых выполняется процедура центрифугирования.

Что касается молекул или частиц, то их масса, удельный объем и коэффициент флотации являются факторами, влияющими на седиментацию.

Что касается окружающей среды, важны масса вытесненного растворителя, плотность среды, сопротивление продвижению и коэффициент трения.

Что касается центрифуги, наиболее важными факторами, влияющими на процесс осаждения, являются тип ротора, угловая скорость, центробежная сила и, следовательно, центробежная скорость.

Типы центрифуг

Существует несколько видов центрифуг, с помощью которых образец можно подвергать центрифугированию с разной скоростью.

В зависимости от максимальной скорости, которую они достигают, выраженной в центробежном ускорении (относительной центробежной силе g), их можно просто классифицировать как центрифуги с максимальной скоростью примерно 3000 g.

В то время как в так называемых суперцентрифугах можно достичь большего диапазона скоростей, близких к 25000 g. А в ультрацентрифугах скорость намного выше, достигая 100000 g.

Согласно другим критериям, существуют настольные микроцентрифуги или центрифуги, специально предназначенные для выполнения процесса центрифугирования с небольшим объемом образца, достигающим диапазона от 12 000 до 15 000 g.

Существуют центрифуги большой емкости, которые позволяют центрифугировать большие объемы образцов с высокой скоростью, например ультрацентрифуги.

Как правило, необходимо контролировать несколько факторов, чтобы защитить ротор и образец от перегрева. Для этого были созданы ультрацентрифуги со специальными условиями вакуума или охлаждения, среди прочего.

Типы ротора

Одним из определяющих элементов является тип ротора, устройство, которое вращается, и место размещения трубок. Есть разные типы роторов. Среди основных - поворотные роторы, роторы с фиксированным углом и вертикальные роторы.

В наклонных роторах при размещении трубок в устройствах этого типа ротора и при вращении трубки приобретают расположение, перпендикулярное оси вращения.

В роторах с фиксированным углом образцы будут расположены внутри твердой конструкции; как видно на изображении и во многих центрифугах.

А в вертикальных роторах в некоторых ультрацентрифугах пробирки будут вращаться параллельно оси вращения.

Типы центрифугирования

Типы центрифугирования различаются в зависимости от цели их применения и условий, в которых осуществляется процесс. Эти условия могут отличаться в зависимости от типа образца и характера того, что должно быть отделено и / или проанализировано.

Существует первый критерий классификации, основанный на цели или целях его выполнения: препаративное центрифугирование и аналитическое центрифугирование.

Препаративное центрифугирование

Он получил это название, когда центрифугирование используется в основном для выделения или разделения молекул, частиц, фрагментов клеток или клеток для их последующего использования или анализа. Количество образца, которое обычно используется для этой цели, относительно велико.

Аналитическое центрифугирование

Аналитическое центрифугирование проводится для измерения или анализа физических свойств, таких как коэффициент седиментации и молекулярная масса осевших частиц.

Центрифугирование, основанное на этой цели, может выполняться с применением различных стандартных условий; как, например, в случае одного из аналитических методов ультрацентрифугирования, который позволяет анализировать молекулы или частицы, которые разделены, даже когда имеет место седиментация.

В некоторых особых случаях может потребоваться использование кварцевых центрифужных пробирок. Таким образом, они позволяют пропускать видимый и ультрафиолетовый свет, так как в процессе центрифугирования молекулы наблюдаются и анализируются с помощью оптической системы.

Точнее, существуют другие критерии классификации в зависимости от характеристик или условий, в которых проводится процесс центрифугирования. К ним относятся: дифференциальное центрифугирование, зональное или ленточное центрифугирование и изопикническое или седиментационное равновесное центрифугирование.

Дифференциальное центрифугирование

Этот тип центрифугирования состоит из центрифугирования образца, обычно с помощью углового ротора, в течение определенного времени и определенной скорости.

Он основан на разделении частиц из-за их разницы в скорости осаждения, которая напрямую связана с их размерами. Те, что больше и больше S, оседают на дне трубки; а те, которые меньше, останутся приостановленными.

При этом типе центрифугирования крайне важно отделить осадок от взвеси. Взвешенные частицы необходимо декантировать или удалить из пробирки, чтобы осадок или осадок можно было суспендировать в другом растворителе для последующей очистки; то есть снова центрифугируют.

Этот тип техники бесполезен для разделения молекул. Вместо этого его можно использовать для разделения, например, клеточных органелл, клеток и других частиц.

Зональное или ленточное центрифугирование

Зональное или ленточное центрифугирование выполняет разделение компонентов образца на основе разницы S при прохождении через среду с предварительно сформированным градиентом плотности; как, например, фиколл или сахароза.

Образец помещают на вершину градиента пробирки. Затем он переходит в центрифугу на высокой скорости, и разделение происходит в разных полосах, расположенных по середине (как если бы это был желатин с несколькими слоями).

Частицы с более низким значением S остаются в начале среды, в то время как частицы большего размера или с более высоким значением S направляются к дну пробирки.

С помощью этой процедуры можно разделить компоненты, обнаруженные в различных полосах седиментации. Важно хорошо контролировать время, чтобы избежать оседания всех молекул или частиц образца на дно пробирки.

Изопикническое центрифугирование и другие типы

-Есть много других типов центрифугирования, например изопикническое. Он специализируется на разделении макромолекул, даже если они одного типа. ДНК очень хорошо вписывается в этот тип макромолекул, поскольку она представляет вариации в последовательности и количестве своих азотистых оснований; и поэтому осаждаются с разной скоростью.

- Также существует ультрацентрифугирование, с помощью которого изучаются седиментационные характеристики биомолекул, процесс, который можно контролировать, например, с помощью ультрафиолетового света.

Это было полезно для понимания субклеточных структур или органелл. Это также позволило добиться успехов в молекулярной биологии и разработке полимеров.

Приложения

Существуют бесчисленные области повседневной жизни, в которых используются различные типы центрифугирования. Они используются в здравоохранении, в биоаналитических лабораториях, в фармацевтической промышленности и в других областях. Однако его важность можно описать двумя словами: разделить и охарактеризовать.

Разделяет частицы

В химии различные методы центрифугирования оказались чрезвычайно важными по многим причинам.

Это позволяет разделить две смешивающиеся молекулы или частицы. Помогает удалить из образца нежелательные примеси, вещества или частицы; например, образец, в котором вы хотите сохранить только белки.

В биологическом образце, таком как кровь, плазму можно отделить от клеточного компонента центрифугированием. Это способствует выполнению различных типов биохимических или иммунологических тестов плазмы или сыворотки, а также рутинным или специальным исследованиям.

Даже центрифугирование позволяет разделять разные типы клеток. Например, из образца крови можно отделить эритроциты от лейкоцитов или лейкоцитов, а также от тромбоцитов.

Такая же полезность может быть получена с помощью центрифугирования в любой из биологических жидкостей: моча, спинномозговая жидкость, околоплодные воды и многих других. Таким образом можно проводить самые разные анализы.

Как метод характеристики

Это также позволило изучить или проанализировать характеристики или гидродинамические свойства многих молекул; в основном из сложных молекул или макромолекул.

А также многочисленные макромолекулы, такие как нуклеиновые кислоты. Это даже упростило определение деталей подтипов одной и той же молекулы, такой как РНК, среди многих других приложений.

Примеры центрифугирования

-Благодаря различным методам центрифугирования были достигнуты успехи в точном знании сложных биологических процессов, таких как, среди прочего, инфекционные и метаболические процессы.

-С помощью центрифугирования были выяснены многие ультраструктурные и функциональные аспекты молекул и биомолекул. Среди таких биомолекул белки инсулин и гемоглобин; а с другой стороны, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК).

-С помощью центрифугирования знания и понимание многих процессов, поддерживающих жизнь, были расширены. Один из них - цикл Кребса.

В той же области применения он повлиял на знания о молекулах, составляющих дыхательную цепь. Таким образом, проливая свет на понимание сложного процесса окислительного фосфорилирования или истинного клеточного дыхания среди многих других процессов.

-Наконец, он внес свой вклад в изучение различных процессов, таких как инфекционное заболевание, позволяя анализировать путь, по которому следует ДНК, вводимая фагом (бактериальным вирусом), и белки, которые может синтезировать клетка-хозяин.

Ссылки

1. Парул Кумар. (SF). Центрифуга: введение, типы, использование и другие подробности (со схемой). Взято с: biologydiscussion.com
2. Глава 3 Центрифугирование. , Получено с: phys.sinica.edu.tw
3. Основы биохимии и прикладной молекулярной биологии. (Бакалавр биологии) Тема 2: центрифугирование. , Взято с: ehu.eus
4. Мэтьюз, К. К. и Ван Холд, К. Э. (1998). Биохимия, 2-е изд. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Центрифугирование. Взято с: en.wikipedia.org