Centrifugiranje v tem, kar sestavljajo, vrste, pomen, primeri



The centrifugiranje je tehnika, metoda ali postopek, ki mehansko ali fizično ločuje molekule ali delce z različno gostoto in so prisotne tudi v tekočem mediju. Njegov temeljni kamen je uporaba centrifugalne sile, ki jo uporablja skupina, imenovana centrifugalna.

S centrifugiranjem lahko sestavine vzorca tekočine ločimo in analiziramo. Med te komponente spadajo različni razredi molekul ali delcev. Kot delci se imenujejo različni fragmenti celic, med drugim tudi za organele celic, celo za več celičnih tipov..

Theodor Svedger velja za enega glavnih pionirjev raziskav na področju centrifugiranja. Nobelova nagrada leta 1926, je ugotovila, da imajo molekule ali delci s svojimi velikostmi različne koeficiente sedimentacije S. "S" prihaja iz Svedgerja, v čast njegovih del..

Delci imajo torej značilne hitrosti sedimentacije. To pomeni, da se vsi ne obnašajo na enak način pod delovanjem centrifugalne sile, izražene v vrtljajih na minuto (vrt / min), ali kot funkcija polmera rotorja (relativna centrifugalna sila)., g).

Med dejavniki, ki določajo S in njegovo hitrost, so na primer značilnosti molekul ali delcev; lastnosti medija; tehnika ali metoda centrifugiranja; in vrsto uporabljene centrifuge, med drugim.

Centrifugiranje se razvrsti glede na uporabnost istega. V pripravku, kadar je omejeno na ločevanje sestavin vzorca; in v analitiki, ko skuša analizirati ločeno molekulo ali delce. Po drugi strani pa se lahko razvrsti tudi glede na pogoje procesa.

Centrifugiranje v različnih vrstah je bistveno za napredek znanstvenih spoznanj. Uporablja se v raziskovalnih centrih in je med drugim olajšala razumevanje kompleksnih biokemičnih in bioloških procesov.

Indeks

  • 1 Kaj je to? (postopek)
    • 1.1 Osnova centrifugiranja
    • 1.2 Centrifugalna sila
  • 2 Vrste centrifug
    • 2.1 Vrste rotorjev
  • 3 Vrste centrifugiranja
    • 3.1 Pripravljalno centrifugiranje
    • 3.2 Analitsko centrifugiranje
    • 3.3 Diferencialno centrifugiranje
    • 3.4 Centrifugiranje v coni ali traku
    • 3.5 Izopikonsko centrifugiranje in druge vrste
  • 4 Aplikacije
    • 4.1 Ločene delce
    • 4.2 Kot tehnika karakterizacije
  • 5 Primeri centrifugiranja
  • 6 Reference

Od česa je sestavljen? (postopek)

Osnova centrifugiranja

Postopek centrifugiranja temelji na dejstvu, da se bodo molekule ali delci, ki tvorijo vzorec v raztopini, obračali v napravi, imenovani centrifuga. To povzroča ločevanje delcev od okoliškega medija pri usedanju pri različnih hitrostih.

Proces temelji na teoriji sedimentacije. Glede na to se bodo delci, ki imajo večjo gostoto, usedli, preostale snovi ali komponente medija pa bodo ostale suspendirane.

Zakaj? Ker imajo molekule ali delci svoje velikosti, oblike, mase, prostornine in gostote. Zato vsi ne uspejo na enak način sedimentirati, kar pomeni drugačen sedimentacijski koeficient S; in zato pri drugačni hitrosti sedimentacije.

Te lastnosti omogočajo ločevanje molekul ali delcev s centrifugalno silo pri določeni hitrosti centrifugiranja.

Centrifugalna sila

Na centrifugalno silo bo vplivalo več dejavnikov, ki bodo določali sedimentacijo: tiste, ki so lastne molekulam ali delcem; značilnosti okolja, v katerem so najdene; in faktorje, povezane s centrifugami, kjer se izvaja postopek centrifugiranja.

Glede na molekule ali delce je masa, specifična prostornina in flotacijski faktor enaki dejavniki, ki vplivajo na sedimentacijo..

Glede na okoliško okolje so pomembne mase premaknjenega topila, gostota medija, odpornost proti vnaprej in koeficient trenja..

Pri centrifugi so najpomembnejši dejavniki, ki vplivajo na sedimentacijski proces, tip rotorja, kotna hitrost, centrifugalna sila in posledično centrifugalna hitrost..

Vrste centrifug

Obstaja več vrst centrifug, s katerimi lahko vzorec izpostavimo različnim hitrostim centrifugiranja.

Odvisno od maksimalne hitrosti, ki jo dosežejo, izražena v centrifugalnem pospešku (Relativna centrifugalna sila g), se lahko klasificirajo samo kot centrifuge z največjo hitrostjo približno 3000 g.

Medtem ko v tako imenovani supercentrifuge, Doseže se lahko večje območje hitrosti blizu 25.000 g. In v ultracentrifuge, hitrost je veliko večja in dosega 100.000 g.

Po drugih kriterijih obstajajo mikrocentrifuge  ali namizne centrifuge, ki so posebne za izvajanje postopka centrifugiranja pri majhnem volumnu vzorca, dosegajo območje od 12.000 do 15.000 g.

Obstajajo centrifuge z visoko zmogljivostjo, ki omogočajo centrifugiranje večjih in hitrejših vzorcev, kot so ultracentrifuge..

Na splošno je treba nadzorovati več dejavnikov za zaščito rotorja in vzorca pred pregrevanjem. V ta namen so ultracentrifuge ustvarili s posebnimi pogoji vakuuma ali hlajenja, med drugim.

Vrste rotorjev

Eden od odločilnih elementov je tip rotorja, naprava, ki se vrti in kje so nameščene cevi. Obstajajo različne vrste rotorjev. Med glavnimi so nagibni rotorji, rotorji s fiksnim kotom in vertikalni rotorji.

Pri nagibnih rotorjih, ko se cevi postavijo v naprave te vrste rotorjev in pri obračanju, bodo cevi dobile razporeditev, ki je pravokotna na os vrtenja..

V rotorjih s fiksnim kotom bodo vzorci nameščeni znotraj trdne strukture; kot na sliki in v mnogih centrifugah.

V navpičnih rotorjih v nekaterih ultracentrifugah se bodo cevi vrtele vzporedno z vrtilno osjo.

Vrste centrifugiranja

Vrste centrifugiranja se spreminjajo glede na namen njegove uporabe in pogoje, v katerih se postopek izvaja. Ti pogoji se lahko razlikujejo glede na vrsto vzorca in naravo tistega, kar želite ločiti in / ali analizirati.

Obstaja prvi kriterij razvrščanja, ki temelji na cilju ali namenu njegove realizacije: preparativno centrifugiranje in analitično centrifugiranje..

Pripravljalno centrifugiranje

To ime dobi, kadar se centrifugiranje uporablja predvsem za izolacijo ali ločevanje molekul, delcev, celičnih fragmentov ali celic, za kasnejšo uporabo ali analizo. Količina vzorca, ki se običajno uporablja za ta namen, je relativno velika.

Analitsko centrifugiranje

Analitsko centrifugiranje se izvaja z namenom merjenja ali analiziranja fizikalnih lastnosti, kot so sedimentacijski koeficient in molekulska masa sedimentiranih delcev..

Centrifugiranje, ki temelji na tem cilju, se lahko izvede z uporabo različnih standardiziranih pogojev; kot je na primer ena od tehnik analitike ultra centrifugiranja, ki omogoča analizo molekul ali delcev, ki so ločeni, tudi ko poteka sedimentacija.

V nekaterih posebnih primerih se lahko zahteva uporaba cevi za centrifugiranje kremena. Tako omogočajo prehod vidne in ultravijolične svetlobe, saj se med procesom centrifugiranja opazujejo in analizirajo molekule z optičnim sistemom..

Natančneje, obstajajo še druga merila za razvrščanje, odvisno od značilnosti ali pogojev, v katerih se izvaja postopek centrifugiranja. To so: diferencialno centrifugiranje, consko ali pasovno centrifugiranje ter izopikonsko ali ravnotežno sedimentacijsko centrifugiranje..

Diferencialno centrifugiranje

Ta vrsta centrifugiranja je sestavljena iz izpostavljanja vzorca centrifugiranju, običajno s kotnim rotorjem, za določen čas in hitrost..

Temelji na ločevanju delcev zaradi njihove razlike v hitrosti sedimentacije, ki je neposredno povezana z njihovimi velikostmi. Tisti z večjo velikostjo in večjo S, sediment na dnu cevi; medtem ko bodo tisti, ki so manjši, ostali neaktivni.

Suspendirano ločevanje oborine je ključnega pomena za to vrsto centrifugiranja. Suspendirane delce je treba dekantirati ali odstraniti iz cevi, tako da lahko pelete ali pelete suspendiramo v drugem topilu za nadaljnje čiščenje; to pomeni, da se ponovno centrifugira.

Ta vrsta tehnike ni uporabna za ločevanje molekul. Namesto tega se lahko uporablja za ločevanje, na primer, celičnih organelov od celic, med drugimi delci.

Zonsko ali pasovno centrifugiranje

Zonsko ali pasovno centrifugiranje opravi ločevanje komponent vzorca na podlagi razlike S pri prečkanju medija s predhodno oblikovanim gradientom gostote; kot Ficoll ali saharoza, na primer.

Vzorec se postavi na vrh gradienta epruvete. Nato nadaljuje s centrifugiranjem pri visoki hitrosti in ločevanje poteka v različnih pasovih, ki so razporejeni vzdolž medija (kot če bi bila želatina z več plasti)..

Delci z nižjo vrednostjo S so na začetku medija, medtem ko so tisti, ki so večji ali imajo večji S, usmerjeni proti dnu cevi..

S tem postopkom lahko ločimo komponente, ki jih najdemo v različnih sedimentacijskih trakovih. Pomembno je dobro nadzorovati čas, da se prepreči, da bi se vse molekule ali delci v vzorcu usedli na dno cevi.

Centrifugiranje izoprikna in druge vrste

-Obstaja veliko drugih vrst centrifugiranja, kot je izopiknik. To je specializirano za ločevanje makromolekul, tudi če so iste vrste. DNA se zelo dobro prilega tej vrsti makromolekul, ker predstavlja variacije v zaporedjih in količini njegovih dušikovih baz; in zato sediment pri različnih hitrostih.

-Obstaja tudi ultrakentrifugiranje, s katerim se preučujejo sedimentacijske značilnosti biomolekul, proces, ki ga lahko spremljamo z ultravijolično svetlobo, npr..

To je bilo koristno pri poznavanju subceličnih struktur ali organelov. Omogočila je tudi napredek v molekularni biologiji in razvoj polimerov.

Aplikacije

Obstajajo številna področja vsakodnevnega dela, v katerih se uporabljajo različne vrste centrifugiranja. Služijo za zdravstvene storitve, v bioanalitičnih laboratorijih, v farmacevtski industriji, med drugimi področji. Vendar pa je njegov pomen mogoče povzeti v dveh besedah: ločiti in označiti. 

Ločuje delce

V kemiji so bile različne tehnike centrifugiranja iz številnih razlogov izjemno pomembne.

Omogoča ločevanje dveh molekul ali mešljivih delcev. Pomaga odstraniti nečistoče, snovi ali nezaželene delce v vzorcu; na primer vzorec, v katerem želimo ohraniti samo proteine.

V biološkem vzorcu, kot je kri, lahko plazmo ločimo od celične komponente s centrifugiranjem. To prispeva k uresničevanju različnih vrst biokemičnih ali imunoloških testov v plazmi ali serumu, kot tudi pri rutinskih ali posebnih študijah..

Celo centrifugiranje omogoča ločevanje različnih tipov celic. Iz vzorca krvi lahko na primer rdeče krvne celice ločimo od levkocitov ali belih krvnih celic in tudi iz trombocitov..

Isto uporabnost lahko dosežemo s centrifugiranjem v kateri koli biološki tekočini: urinu, cerebrospinalni tekočini, plodovnici, med mnogimi drugimi. Na ta način lahko izvedemo veliko različnih analiz.

Kot karakterizacijska tehnika

Omogočila je tudi preučevanje ali analizo lastnosti ali hidrodinamičnih lastnosti mnogih molekul; predvsem kompleksnih molekul ali makromolekul.

Tako kot številne makromolekule, kot so nukleinske kisline. Med mnogimi drugimi aplikacijami je celo olajšala karakterizacijo podrobnosti podtipov iste molekule kot RNA.

Primeri centrifugiranja

-Zahvaljujoč različnim tehnikam centrifugiranja je bil dosežen napredek pri natančnem poznavanju kompleksnih bioloških procesov, kot so infekcijske in metabolne, med drugim..

-S centrifugiranjem so pojasnjeni številni ultrastrukturni in funkcionalni vidiki molekul in biomolekul. Med takšnimi biomolekulami so lahko omenjeni proteini inzulin in hemoglobin; in na drugi strani nukleinske kisline (DNA in RNA).

-S podporo centrifugiranja se je razširilo znanje in razumevanje mnogih procesov, ki vzdržujejo življenje. Eden od njih je Krebsov cikel.

V tem istem področju uporabe je vplivalo na poznavanje molekul, ki tvorijo dihalno verigo. Tako med različnimi procesi svetlobo razumemo kompleksen proces oksidativne fosforilacije ali resnično celično dihanje.

-Končno je prispeval k preučevanju različnih procesov, kot so infekcijske, tako da je omogočil analizo poti, ki ji sledi DNA, ki jo je vbrizgal fag (bakterijski virus) in proteine, ki jih lahko gostiteljska celica sintetizira..

Reference

  1. Parul Kumar (s.f.). Centrifuga: uvod, vrste, uporabe in drugi podatki (z diagramom). Vzeto iz: biologydiscussion.com
  2. Poglavje 3 Centrifugiranje. [PDF] Vzpostavljeno iz: phys.sinica.edu.tw
  3. Osnove biokemije in uporabne molekularne biologije. (Diploma iz biologije) Tema 2: centrifugiranje. [PDF] Vzeto iz: ehu.eus
  4. Mathews, C.K. in Van Holde, K.E. (1998). Biochemistry, 2. izd. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Wikipedija. (2018). Centrifugiranje Vzeto iz: en.wikipedia.org