CENTRIFUGARE: DIN CE CONSTĂ, TIPURI, IMPORTANȚĂ, EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Centrifugarea este o tehnică, metodă sau procedeu, separarea mecanic sau fizic , molecule sau particule cu densități diferite și sunt prezenți într - un mediu lichid. Piatra sa de temelie este aplicarea forței centrifuge, aplicată de echipamente numite centrifugă.

Prin centrifugare, componentele unei probe de fluid pot fi separate și analizate. Printre aceste componente se numără diferitele clase de molecule sau particule. Ca particule, se face referire la diferite fragmente de celule, la organulele celulelor, chiar și la diferite tipuri de celule, printre altele.

Centrifuga. Sursa: Matt Janicki prin Flickr

Theodor Svedger este considerat unul dintre pionierii de top în cercetarea centrifugării. Premiul Nobel din 1926 a stabilit că moleculele sau particulele cu dimensiuni proprii au coeficienți de sedimentare diferiți S. „S” provine de la Svedger, în onoarea muncii sale.

Prin urmare, particulele au rate caracteristice de sedimentare. Aceasta înseamnă că nu toți se comportă în același mod sub acțiunea unei forțe centrifuge exprimate în rotații pe minut (rpm) sau ca funcție a razei rotorului (forță centrifugă relativă, g).

Printre factorii care determină S și viteza sa se numără, de exemplu, caracteristicile moleculelor sau particulelor; proprietățile mediului; tehnica sau metoda de centrifugare; și tipul de centrifugă utilizat, printre alte aspecte.

Centrifugarea este clasificată în funcție de utilitatea sa. În mod pregătitor, când este limitată la separarea componentelor eșantionului; și în analize, atunci când încearcă să analizeze molecula sau particulele separate. Pe de altă parte, poate fi clasificat și în funcție de condițiile procesului.

Centrifugarea în diferitele sale tipuri a fost esențială pentru avansarea cunoștințelor științifice. Folosit în centrele de cercetare, a facilitat înțelegerea proceselor biochimice și biologice complexe, printre multe altele.

În ce constă? (proces)

Bazele centrifugării

Procesul de centrifugare se bazează pe faptul că moleculele sau particulele care formează o probă în soluție, se vor roti atunci când se rotește într-un dispozitiv numit centrifugă. Acest lucru determină separarea particulelor de mediul care le înconjoară, deoarece acestea se instalează cu viteze diferite.

Procesul se bazează în mod specific pe teoria sedimentării. Conform acestui lucru, particulele care au o densitate mai mare se vor instala, în timp ce restul substanțelor sau componentelor mediului vor rămâne suspendate.

De ce? Deoarece moleculele sau particulele au propriile dimensiuni, forme, mase, volume și densități. Prin urmare, nu toți reușesc să se sedimenteze în același mod, ceea ce se traduce într-un coeficient de sedimentare S diferit; și, în consecință, la o rată de sedimentare diferită.

Aceste proprietăți sunt cele care permit separarea moleculelor sau particulelor prin forță centrifugă la o viteză de centrifugare dată.

Forța centrifugă

Forța centrifugă va fi influențată de mai mulți factori care vor determina sedimentarea: cei inerente moleculelor sau particulelor; la caracteristicile mediului în care se găsesc; și factori legați de centrifugile în care se efectuează procedura de centrifugare.

În raport cu moleculele sau particulele, masa, volumul specific și factorul de flotare ale acestora sunt factori influențatori în sedimentare.

În ceea ce privește mediul care îi înconjoară, este importantă masa solventului deplasat, densitatea mediului, rezistența la avans și coeficientul de frecare.

În ceea ce privește centrifuga, cei mai importanți factori care influențează procesul de sedimentare sunt tipul rotorului, viteza unghiulară, forța centrifugă și, în consecință, viteza centrifugală.

Tipuri de centrifuge

Există mai multe tipuri de centrifuge prin care eșantionul poate fi supus la diferite viteze de centrifugare.

În funcție de viteza maximă pe care o ating, exprimată în accelerație centrifugă (forță centrifugă relativă g), ele pot fi clasificate pur și simplu ca centrifuge, având o viteză maximă de aproximativ 3.000 g.

În timp ce în așa-numitele supercentrifuge, o gamă mai mare de viteze poate fi atinsă aproape de 25.000 g. Iar la ultracentrifuguri, viteza este mult mai mare, ajungând la 100.000 g.

Conform altor criterii, există microcentrifuge sau centrifuge pe tablă, care sunt speciale pentru a efectua procesul de centrifugare cu un volum mic de eșantion, ajungând la o gamă cuprinsă între 12.000 și 15.000 g.

Există centrifuge de mare capacitate care permit centrifugarea unor volume de probe mai mari, de mare viteză, cum ar fi ultracentrifugele.

În general, mai mulți factori trebuie controlați pentru a proteja rotorul și proba de supraîncălzire. Pentru aceasta s-au creat ultracentrifuge cu condiții speciale de vid sau de refrigerare, printre altele.

Tipuri de rotor

Unul dintre elementele determinante este tipul rotorului, un dispozitiv care se rotește și unde sunt amplasate tuburile. Există diferite tipuri de rotori. Printre cele principale se numără rotoarele cu braț oscilant, rotori cu unghi fix și rotoare verticale.

În rotoarele înclinate, la plasarea tuburilor în dispozitivele acestui tip de rotor și la rotire, tuburile vor dobândi un aranjament perpendicular pe axa de rotație.

În rotori cu unghi fix, probele vor fi amplasate în interiorul unei structuri solide; așa cum se vede în imagine și în multe centrifuge.

Și în rotoarele verticale la unele ultracentrifuge tuburile se vor roti paralel cu axa de rotație.

Tipuri de centrifugare

Tipurile de centrifugare variază în funcție de scopul aplicării lor și de condițiile în care se desfășoară procesul. Aceste condiții pot fi diferite în funcție de tipul eșantionului și de natura celor ce urmează a fi separate și / sau analizate.

Există un prim criteriu de clasificare bazat pe obiectivul sau scopul performanței sale: centrifugarea pregătitoare și centrifugarea analitică.

Centrifugare preparativă

Acesta primește acest nume atunci când centrifugarea este folosită în principal pentru a izola sau separa molecule, particule, fragmente de celule sau celule, pentru utilizarea sau analizarea lor ulterioară. Cantitatea de eșantion folosită în general în acest scop este relativ mare.

Centrifugare analitică

Centrifugarea analitică se realizează pentru a măsura sau analiza proprietățile fizice, cum ar fi coeficientul de sedimentare și masa moleculară a particulelor așezate.

Centrifugarea pe baza acestui obiectiv poate fi realizată prin aplicarea diferitelor condiții standardizate; cum este cazul, de exemplu, al uneia dintre tehnicile de ultracentrifugare analitice, care permite analizarea moleculelor sau particulelor care sunt separate, chiar și când are loc sedimentarea.

În unele cazuri specifice, utilizarea tuburilor de centrifugă de cuarț poate fi necesară. Astfel, ele permit trecerea luminii vizibile și ultraviolete, deoarece în timpul procesului de centrifugare moleculele sunt observate și analizate cu un sistem optic.

Mai exact, există și alte criterii de clasificare în funcție de caracteristicile sau condițiile în care se desfășoară procesul de centrifugare. Acestea sunt: ​​centrifugare diferențială, centrifugare de zonă sau bandă și centrifugare izopicnică sau de echilibru de sedimentare.

Centrifugare diferențială

Acest tip de centrifugare constă în supunerea unei probe la centrifugare, în general cu un rotor unghiular, pentru un timp și o viteză specifică.

Se bazează pe separarea particulelor prin diferența lor de viteză de sedimentare, care este direct legată de dimensiunile acestora. Cele care sunt mai mari și mai mari S, se așează în partea de jos a tubului; în timp ce cele care sunt mai mici vor rămâne suspendate.

Separarea suspendată a precipitatului este vitală în acest tip de centrifugare. Particulele suspendate trebuie decantate sau eliminate din tub, astfel încât sedimentul sau peletul să poată fi suspendat într-un alt solvent pentru purificare ulterioară; adică este din nou centrifugat.

Acest tip de tehnică nu este util pentru separarea moleculelor. În schimb, poate fi utilizat pentru a separa, de exemplu, organele celulare, celulele, printre alte particule.

Centrifugare în zonă sau bandă

Centrifugarea zonală sau pe bandă realizează separarea componentelor eșantionului pe baza diferenței de S la trecerea printr-un mediu cu un gradient de densitate preformat; cum ar fi Ficoll, sau zaharoză, de exemplu.

Eșantionul este așezat deasupra gradientului eprubetei. În continuare, este centrifugat la viteză mare și separarea are loc în diferite benzi dispuse de-a lungul mijlocului (ca și cum ar fi o gelatină cu mai multe straturi).

Particulele cu o valoare mai mică de S rămân la începutul mediului, în timp ce cele care sunt mai mari sau au un S mai mare, merg spre partea inferioară a tubului.

Cu această procedură, componentele găsite în diferitele benzi de sedimentare pot fi separate. Este important să controlați bine timpul pentru a evita ca toate moleculele sau particulele eșantionului să se așeze pe fundul tubului.

Centrifugare izopicnică și alte tipuri

-Există multe alte tipuri de centrifugare, cum ar fi izopicnicul. Acest lucru este specializat în separarea macromoleculelor, chiar dacă sunt de același tip. ADN-ul se încadrează foarte bine în acest tip de macromolecule, deoarece prezintă variații în secvențele și cantitatea bazelor sale azotate; și, prin urmare, sedimentează la viteze diferite.

-Există și ultracentrifugarea, prin care sunt studiate caracteristicile de sedimentare ale biomoleculelor, un proces care poate fi monitorizat folosind lumina ultravioletă, de exemplu.

A fost util în înțelegerea structurilor subcelulare sau a organelelor. De asemenea, a permis progrese în biologia moleculară și în dezvoltarea polimerilor.

Aplicații

Există nenumărate domenii din viața de zi cu zi în care sunt utilizate diferite tipuri de centrifugare. Sunt utilizate pentru serviciile de sănătate, în laboratoarele de bioanalitică, în industria farmaceutică, printre alte domenii. Cu toate acestea, importanța sa poate fi rezumată în două cuvinte: separați și caracterizați.

Separa particulele

În chimie, diferite tehnici de centrifugare s-au dovedit extrem de importante din mai multe motive.

Permite separarea a două molecule sau particule miscibile. Ajută la eliminarea impurităților, substanțelor sau particulelor nedorite dintr-un eșantion; de exemplu, un eșantion în care doriți doar să păstrați proteine.

Într-o probă biologică, cum ar fi sângele, plasma poate fi separată de componenta celulară prin centrifugare. Aceasta contribuie la efectuarea diferitelor tipuri de teste biochimice sau imunologice pe plasmă sau ser, precum și pentru studii de rutină sau speciale.

Chiar și centrifugarea permite separarea diferitelor tipuri de celule. De la o probă de sânge, de exemplu, globulele roșii pot fi separate de leucocite sau celule albe din sânge, precum și de trombocite.

Aceeași utilitate poate fi obținută prin centrifugare în oricare dintre fluidele biologice: urină, lichid cefalorahidian, lichid amniotic, printre multe altele. În acest fel se pot efectua o mare varietate de analize.

Ca tehnică de caracterizare

De asemenea, a făcut posibilă studierea sau analiza caracteristicilor sau proprietăților hidrodinamice ale multor molecule; în principal din molecule complexe sau macromolecule.

La fel ca numeroase macromolecule precum acizii nucleici. A facilitat chiar caracterizarea detaliilor subtipurilor aceleiași molecule precum ARN, printre multe alte aplicații.

Exemple de centrifugare

-Multumesc diferitelor tehnici de centrifugare, s-au făcut progrese în cunoașterea exactă a proceselor biologice complexe, cum ar fi procesele infecțioase și metabolice, printre altele.

-Prin intermediul centrifugării au fost elucidate multe aspecte ultrastructurale și funcționale ale moleculelor și biomoleculelor. Printre astfel de biomolecule, proteinele insulină și hemoglobină; iar pe de altă parte, acizii nucleici (ADN și ARN).

-Cu suportul centrifugării, s-a extins cunoașterea și înțelegerea multor procese care susțin viața. Unul dintre ele este ciclul Krebs.

În același domeniu de utilitate, a influențat cunoașterea moleculelor care alcătuiesc lanțul respirator. Astfel, oferind lumină înțelegerii procesului complex de fosforilare oxidativă sau respirație celulară reală, printre multe alte procese.

-Final, a contribuit la studiul diferitelor procese precum boala infecțioasă, permițând analiza traseului urmat de ADN-ul injectat de un fag (virusul bacteriilor) și proteinele pe care le poate sintetiza celula gazdă.

Referințe

1. Parul Kumar. (Sf). Centrifugă: introducere, tipuri, utilizări și alte detalii (cu diagrama). Preluat de la: biologydiscussion.com
2. Capitolul 3 Centrifugare. . Recuperat din: phys.sinica.edu.tw
3. Fundamentele biochimiei și biologiei moleculare aplicate. (Licență în Biologie) Subiect 2: centrifugare. . Luat de la: ehu.eus
4. Mathews, CK și Van Holde, KE (1998). Biochimie, ediția a II-a. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Centrifugarea. Preluat de la: en.wikipedia.org