SENTRIFUGERING: HVA DEN BESTÅR AV, TYPER, VIKTIGHET, EKSEMPLER - KJEMI - 2024

Den sentrifugering er en teknikk, metode eller fremgangsmåte, mekanisk eller fysisk separering av molekyler eller partikler med forskjellige tettheter og er også til stede i et flytende medium. Hjørnesteinen er påføring av sentrifugalkraft, påført av utstyr som kalles en sentrifuge.

Ved sentrifugering kan komponentene i en væskeprøve separeres og analyseres. Blant disse komponentene er de forskjellige klasser av molekyler eller partikler. Partikler refererer til forskjellige cellefragmenter, organeller av celler, til og med forskjellige typer celler, blant andre.

Sentrifuge. Kilde: Matt Janicki via Flickr

Theodor Svedger regnes som en av de ledende pionerene innen sentrifugeringsforskning. Nobelprisen i 1926, bestemte at molekyler eller partikler med egne størrelser har forskjellige sedimentasjonskoeffisienter S. "S" kommer fra Svedger, til ære for sitt arbeid.

Partiklene har derfor karakteristiske sedimenteringshastigheter. Dette betyr at ikke alle oppfører seg på samme måte under virkningen av en sentrifugalkraft uttrykt i omdreininger per minutt (rpm), eller som en funksjon av rotorradiusen (relativ sentrifugalkraft, g).

Blant faktorene som bestemmer S og dens hastighet er for eksempel karakteristikkene til molekylene eller partiklene; egenskapene til mediet; teknikken eller metoden for sentrifugering; og typen sentrifuge som brukes, blant andre aspekter.

Sentrifugering klassifiseres etter bruken. Som preparativ når det er begrenset til separasjon av komponentene i prøven; og i analyser, når den også søker å analysere det separerte molekylet eller partikkelen. På den annen side kan den også klassifiseres basert på prosessforholdene.

Sentrifugering i de forskjellige typene har vært viktig for å fremme vitenskapelig kunnskap. Brukt i forskningssentre har det lagt til rette for forståelsen av komplekse biokjemiske og biologiske prosesser, blant mange andre.

Hva består den av? (prosess)

Grunnlag for sentrifugering

Sentrifugeringsprosessen er basert på det faktum at molekylene eller partiklene som utgjør en prøve i oppløsning, vil rotere når de roterer i en enhet som kalles en sentrifuge. Dette fører til at partiklene skilles fra omgivelsene som omgir dem når de legger seg i forskjellige hastigheter.

Prosessen er spesifikt basert på teorien om sedimentasjon. I henhold til dette vil partiklene som har en høyere tetthet legge seg, mens resten av stoffene eller komponentene i miljøet vil forbli suspendert.

Hvorfor? Fordi molekyler eller partikler har sine egne størrelser, former, masser, volum og tetthet. Derfor klarer ikke alle dem å sedimentere på samme måte, noe som betyr en annen sedimentasjonskoeffisient S; og følgelig med en annen sedimentasjonshastighet.

Disse egenskapene er de som lar molekyler eller partikler skilles ved hjelp av sentrifugalkraft med en gitt sentrifugeringshastighet.

Sentrifugalkraft

Sentrifugalkraften vil bli påvirket av flere faktorer som vil bestemme sedimentasjonen: de som er iboende for molekylene eller partiklene; til egenskapene til miljøet de finnes i; og faktorer relatert til sentrifugene der sentrifugeringsprosedyren utføres.

I forhold til molekylene eller partiklene, er massen, det spesifikke volumet og flotasjonsfaktoren til dette, påvirkende faktorer i sedimentasjonen.

Når det gjelder miljøet som omgir dem, er massen til det fortrengte løsningsmidlet, tettheten til mediet, motstanden mot fremdrift og friksjonskoeffisienten viktig.

Når det gjelder sentrifugen, er de viktigste faktorene som påvirker sedimenteringsprosessen typen rotor, vinkelhastigheten, sentrifugalkraften og følgelig sentrifugalhastigheten.

Typer sentrifuger

Det er flere typer sentrifuger som prøven kan underkastes forskjellige sentrifugeringshastigheter.

Avhengig av den maksimale hastigheten de når, uttrykt i sentrifugalakselerasjon (relativ sentrifugalkraft g), kan de ganske enkelt klassifiseres som sentrifuger, med en maksimal hastighet på omtrent 3000 g.

Mens i de såkalte supersentrifugene, kan et større hastighetsområde nås nær 25.000 g. Og i ultrasentrifuger er hastigheten mye høyere og når 100.000 g.

I henhold til andre kriterier er det mikrosentrifuger eller sentrifuger på bordet, som er spesielle for å utføre sentrifugeringsprosessen med et lite prøvevolum, og nå et område fra 12.000 til 15.000 g.

Sentrifuger med høy kapasitet er tilgjengelige som gjør det mulig å sentrifugere større prøvevolum med høy hastighet, for eksempel ultrasentrifuger.

Generelt må flere faktorer kontrolleres for å beskytte rotoren og prøven mot overoppheting. For dette er det laget ultrasentrifuger med spesielle vakuum- eller kjøleforhold, blant andre.

Rotortyper

Et av bestemmelseselementene er rotortypen, en enhet som roterer og hvor rørene er plassert. Det er forskjellige typer rotorer. Blant de viktigste er svingarmrotorer, faste vinklerotorer og vertikale rotorer.

Når du roterer rotorer, når rørene plasseres i anordningene til denne typen rotorer og når de roterer, vil rørene oppnå et arrangement vinkelrett på rotasjonsaksen.

I rotor med fast vinkel vil prøvene være plassert inne i en solid struktur; som sett på bildet og i mange sentrifuger.

Og i de vertikale rotorene i noen ultrasentrifuger, vil rørene rotere parallelt med rotasjonsaksen.

Typer sentrifugering

Typene sentrifugering varierer i henhold til formålet med deres anvendelse og betingelsene som prosessen utføres i. Disse forholdene kan være forskjellige avhengig av prøvetype og arten av hva som skal skilles og / eller analyseres.

Det er et første klassifiseringskriterium basert på målet eller formålet med dens ytelse: forberedende sentrifugering og analytisk sentrifugering.

Forberedende sentrifugering

Det får dette navnet når sentrifugering hovedsakelig brukes til å isolere eller skille molekyler, partikler, cellefragmenter eller celler for senere bruk eller analyse. Mengden prøve som vanligvis brukes til dette formålet er relativt stor.

Analytisk sentrifugering

Analytisk sentrifugering blir utført for å måle eller analysere de fysiske egenskapene, for eksempel sedimentasjonskoeffisienten og molekylmassen til de avsatte partiklene.

Sentrifugering basert på dette målet kan utføres ved å anvende forskjellige standardiserte forhold; som tilfellet er for eksempel en av de analytiske ultracentrifugeringsteknikkene, som gjør det mulig å analysere molekylene eller partiklene som er separert, selv når sedimentering finner sted.

I noen spesifikke tilfeller kan bruk av kvartssentrifugerør være nødvendig. Dermed tillater de passering av synlig og ultrafiolett lys, siden molekylene under sentrifugeringsprosessen blir observert og analysert med et optisk system.

Nettopp det er andre klassifiseringskriterier avhengig av egenskapene eller forholdene som sentrifugeringsprosessen blir utført i. Dette er: sentrifugering av differensial, sone eller bånd sentrifugering, og isopycnic eller sedimentasjon likevektsentrifugering.

Differensiell sentrifugering

Denne typen sentrifugering består av å utsette en prøve for sentrifugering, vanligvis med en vinklerotor, for en bestemt tid og hastighet.

Det er basert på separasjon av partikler på grunn av deres forskjell i sedimentasjonshastighet, som er direkte relatert til deres størrelser. De som er større og større S, setter seg i bunnen av røret; mens de som er mindre, forblir suspendert.

Suspendert separasjon av bunnfallet er viktig i denne typen sentrifugering. Suspenderte partikler må dekanteres eller fjernes fra røret, slik at sedimentet eller pelleten kan bli suspendert i et annet løsningsmiddel for påfølgende rensing; det vil si at den sentrifugeres igjen.

Denne typen teknikk er ikke nyttig for å separere molekyler. I stedet kan den brukes til å skille for eksempel cellulære organeller, celler, blant andre partikler.

Sone eller bånd sentrifugering

Den sone- eller bånd-sentrifugeringen utfører separasjonen av komponentene i prøven basert på forskjellen til S når den passerer gjennom et medium med en forhåndsdannet tetthetsgradient; som Ficoll, eller sukrose, for eksempel.

Prøven plasseres på toppen av gradienten til prøverøret. Deretter fortsetter den å sentrifuge i høy hastighet, og separasjonen skjer i forskjellige bånd arrangert langs midten (som om det var en gelatin med flere lag).

Partikler med lavere verdi av S forblir i begynnelsen av mediet, mens de som er større eller har høyere S, går mot bunnen av røret.

Med denne prosedyren kan komponentene som finnes i de forskjellige sedimentasjonsbåndene skilles fra hverandre. Det er viktig å kontrollere tiden godt for å unngå at alle molekyler eller partikler i prøven legger seg til bunnen av røret.

Isopycnic sentrifugering og andre typer

-Det er mange andre typer sentrifugering, for eksempel isopycnic. Dette spesialiserer seg på å skille makromolekyler, selv om de er av samme type. DNA passer veldig godt i denne typen makromolekyler, siden det presenterer variasjoner i sekvensene og mengden av nitrogenholdige baser; og derfor sediment i forskjellige hastigheter.

-Det er også ultrasentrifugering, der sedimentasjonsegenskapene til biomolekyler studeres, en prosess som kan overvåkes ved hjelp av for eksempel ultrafiolett lys.

Det har vært nyttig for å forstå subcellulære strukturer, eller organeller. Det har også muliggjort fremskritt innen molekylærbiologi og utvikling av polymerer.

applikasjoner

Det er utallige områder i dagliglivet der de forskjellige typene sentrifugering brukes. De brukes blant annet til helsetjenesten, i bioanalytiske laboratorier, i legemiddelindustrien. Imidlertid kan betydningen av den oppsummeres i to ord: skille og karakterisere.

Skiller partikler

I kjemi har forskjellige sentrifugeringsteknikker vist seg ekstremt viktige av mange grunner.

Det gjør det mulig å skille to blandbare molekyler eller partikler. Hjelper med å fjerne uønskede urenheter, stoffer eller partikler i en prøve; for eksempel en prøve der du bare vil bevare proteiner.

I en biologisk prøve, for eksempel blod, kan plasmaet skilles fra den cellulære komponenten ved sentrifugering. Dette bidrar til utførelsen av forskjellige typer biokjemiske eller immunologiske tester på plasma eller serum, så vel som for rutinemessige eller spesielle studier.

Selv sentrifugering gjør det mulig å separere de forskjellige cellene. Fra en blodprøve, for eksempel, kan røde blodlegemer skilles fra leukocytter eller hvite blodlegemer, og også fra blodplater.

Det samme verktøyet kan oppnås ved sentrifugering i hvilken som helst av de biologiske væskene: urin, cerebrospinalvæske, fostervann, blant mange andre. På denne måten kan en lang rekke analyser utføres.

Som karakteriseringsteknikk

Det har også gjort det mulig å studere eller analysere egenskapene eller hydrodynamiske egenskapene til mange molekyler; hovedsakelig av komplekse molekyler eller makromolekyler.

Samt mange makromolekyler som nukleinsyrer. Det har til og med gjort det lettere å karakterisere detaljer om undertypene til det samme molekylet som RNA, blant mange andre bruksområder.

Eksempler på sentrifugering

-Takk for de forskjellige sentrifugeringsteknikkene, og det er gjort fremskritt i eksakt kunnskap om komplekse biologiske prosesser som smittsom sykdom og metabolisme, blant andre.

-Gjennom sentrifugering, mange ultrastrukturelle og funksjonelle aspekter ved molekyler og biomolekyler er blitt belyst. Blant slike biomolekyler er proteinene insulin og hemoglobin; og på den annen side nukleinsyrer (DNA og RNA).

-Med støtte fra sentrifugering er kunnskapen og forståelsen for mange av prosessene som opprettholder livet blitt utvidet. En av dem er Krebs-syklusen.

I det samme bruksfeltet har det påvirket kunnskapen om molekylene som utgjør respirasjonskjeden. Dermed gir vi lys for forståelsen av den komplekse prosessen med oksidativ fosforylering, eller ekte cellulær respirasjon, blant mange andre prosesser.

Endelig har det bidratt til studiet av forskjellige prosesser som smittsom sykdom, ved å tillate analyse av ruten etterfulgt av DNA injisert av en fag (bakterievirus) og proteiner som vertscellen kan syntetisere.

referanser

1. Parul Kumar. (SF). Sentrifuge: Introduksjon, typer, bruk og andre detaljer (med diagram). Hentet fra: biologydiscussion.com
2. Kapittel 3 Sentrifugering. . Gjenopprettet fra: phys.sinica.edu.tw
3. Grunnleggende om biokjemi og anvendt molekylærbiologi. (Bachelor of Biology) Emne 2: sentrifugering. . Hentet fra: ehu.eus
4. Mathews, CK og Van Holde, KE (1998). Biokjemi, 2. utg. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Sentrifugering. Hentet fra: en.wikipedia.org