CENTRIFUGIRANJE: IZ ČESA JE SESTAVLJENO, VRSTE, POMEMBNOST, PRIMERI - KEMIJA - 2025

Centrifugiranja je tehnika, postopek ali postopek, mehansko ali fizično ločevanje molekul ali drobnih delcev z različnimi gostotami in so prisotne v tekočem mediju tudi. Njegov temeljni kamen je uporaba centrifugalne sile, ki jo uporablja oprema, imenovana centrifuga.

S centrifugiranjem lahko sestavine vzorca tekočine ločimo in analiziramo. Med temi komponentami so različni razredi molekul ali delcev. Kot delci se med drugim navajajo različni fragmenti celic, organele celic, celo različne vrste celic.

Centrifuga. Vir: Matt Janicki prek Flickr

Theodor Svedger velja za enega vodilnih pionirjev v raziskovanju centrifugiranja. Nobelova nagrada leta 1926 je določila, da imajo molekule ali delci z lastnimi velikostmi različne koeficiente sedimentacije S. "S" prihaja od Svedgerja, v čast njegovemu delu.

Delci imajo zato značilne hitrosti usedanja. To pomeni, da se vsi ne ponašajo enako, pod vplivom centrifugalne sile, izražene v vrtljajih na minuto (rpm), 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; tehniko ali metodo centrifugiranja; in vrsto uporabljene centrifuge, med drugimi vidiki.

Centrifugiranje je razvrščeno glede na njegovo uporabnost. V pripravljalnem primeru, kadar je omejena na ločevanje sestavnih delov vzorca; in v analitiki, ko želi tudi analizirati ločeno molekulo ali delček. Po drugi strani pa ga je mogoče razvrstiti tudi glede na pogoje postopka.

Centrifuga v različnih vrstah je bila bistvena za napredek znanstvenega znanja. Uporabljeno v raziskovalnih centrih, je med drugim olajšalo razumevanje zapletenih biokemičnih in bioloških procesov.

Iz česa je sestavljeno? (postopek)

Osnove centrifugiranja

Proces centrifugiranja temelji na dejstvu, da se bodo molekule ali delci, ki sestavljajo vzorec v raztopini, vrteli med vrtenjem v napravi, imenovani centrifuga. To povzroči ločitev delcev od okolja, ki jih obdaja, ko se naselijo z različno hitrostjo.

Postopek temelji posebej na teoriji sedimentacije. V skladu s tem se delci, ki imajo večjo gostoto, naselijo, preostale snovi ali sestavni deli okolja pa ostanejo suspendirani.

Zakaj? Ker imajo molekule ali delci svoje velikosti, oblike, mase, prostornine in gostote. Zato vsem ne uspe usedati na enak način, kar pomeni, da je koeficient sedimentacije različen S; posledično pri različni hitrosti usedanja.

Te lastnosti so tiste, ki omogočajo, da se molekule ali delci ločijo s centrifugalno silo pri določeni hitrosti centrifugiranja.

Centrifugalna sila

Na centrifugalno silo bo vplivalo več dejavnikov, ki bodo določali usedanje: tisti, ki so lastni molekulam ali delcem; na značilnosti okolja, v katerem se nahajajo; in dejavnike, povezane s centrifugami, kjer se izvaja postopek centrifugiranja.

V odvisnosti od molekul ali delcev vplivajo masa, specifični volumen in flotacijski faktor enakih faktorjev sedimentacije.

Glede okolja, ki jih obdaja, so pomembni masa izpodrinjenega topila, gostota medija, odpornost proti napredovanju in koeficient trenja.

Kar zadeva centrifugo, so najpomembnejši dejavniki sedimentacijskega tipa vrsta rotorja, kotna hitrost, centrifugalna sila in posledično centrifugalna hitrost.

Vrste centrifug

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

Glede na največjo hitrost, ki jo dosežejo, izraženo v centrifugalnem pospešku (relativno centrifugalno silo g), jih lahko preprosto uvrstimo v centrifuge, katerih največja hitrost je približno 3.000 g.

Medtem ko lahko v tako imenovanih supercentrifugah dosežemo večji razpon hitrosti, blizu 25.000 g. In v ultracentrifugah je hitrost veliko večja in doseže 100.000 g.

Po drugih merilih obstajajo namizne mikrocentrifuge ali centrifuge, ki so posebne za izvajanje postopka centrifugiranja z majhnim volumenskim vzorcem, ki dosegajo od 12.000 do 15.000 g.

Obstajajo centrifuge z visoko zmogljivostjo, ki omogočajo centrifugiranje večjih hitrostnih vzorčnih količin, kot so ultracentrifuge.

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

Vrste rotorjev

Eden od odločilnih elementov je vrsta rotorja, naprava, ki se vrti in kam so postavljene cevi. Obstajajo različne vrste rotorjev. Med glavnimi so rotorji z swingarjem, rotorji s fiksnim kotom in navpični rotorji.

Pri nagibnih rotorjih bodo pri nameščanju cevi v naprave tovrstnega rotorja in pri vrtenju cevi dobile razpored pravokotno na os vrtenja.

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

In pri navpičnih rotorjih v nekaterih ultracentrifugah se cevi vrtijo vzporedno z osjo vrtenja.

Vrste centrifugiranja

Vrste centrifugiranja se razlikujejo glede na namen njihove uporabe in pogoje, v katerih se postopek izvaja. Ti pogoji so lahko različni, odvisno od vrste vzorca in narave, ki jo je treba ločiti in / ali analizirati.

Obstaja prvo merilo za razvrstitev glede na cilj ali namen njegove izvedbe: pripravljalno centrifugiranje in analitično centrifugiranje.

Pripravljalno centrifugiranje

To ime dobi, kadar se centrifugiranje uporablja predvsem za izolacijo ali ločevanje molekul, delcev, drobcev celic ali celic za njihovo poznejšo uporabo ali analizo. Količina vzorca, ki se običajno uporablja za ta namen, je razmeroma velika.

Analitično centrifugiranje

Analitično centrifugiranje se izvede za merjenje ali analizo fizikalnih lastnosti, kot sta koeficient usedanja in molekulska masa usedlin.

Centrifugiranje na podlagi tega cilja se lahko izvede z uporabo različnih standardiziranih pogojev; kot je to na primer ena izmed analitičnih tehnik ultracentrifugiranja, ki omogoča analizo molekul ali delcev, ki se ločijo, tudi pri sedimentaciji.

V nekaterih posebnih primerih bo morda potrebna uporaba kremenčevih cevi za centrifugo. Tako omogočajo prehod vidne in ultravijolične svetlobe, saj med postopkom centrifugiranja molekule opazujemo in analiziramo z optičnim sistemom.

Natančno obstajajo tudi druga merila za razvrščanje, odvisno od značilnosti ali pogojev, v katerih se postopek centrifugiranja izvaja. To so: diferencialno centrifugiranje, consko ali pasovno centrifugiranje in izopiknsko ali sedimentacijsko ravnotežno centrifugiranje.

Diferencialno centrifugiranje

Ta vrsta centrifugiranja je sestavljena iz tega, da se vzorec centrifugira, običajno s kotnim rotorjem, za določen čas in hitrost.

Temelji na ločevanju delcev zaradi njihove razlike v hitrosti usedanja, kar je neposredno povezano z njihovimi velikostmi. Tisti, ki so večji in večji S, se naselijo na dnu cevi; medtem ko bodo tisti, ki so manjši, zadržani.

Pri tej vrsti centrifugiranja je suspendirano ločevanje oborine ključnega pomena. Suspendirane delce je treba dekantirati ali odstraniti iz cevi, tako da se usedlina ali pelet lahko suspendirata v drugem topilu za nadaljnje čiščenje; to pomeni, da se spet centrifugira.

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

Centrifugiranje v coni ali pasu

Zonsko ali pasovno centrifugiranje izvede ločevanje komponent vzorca na podlagi razlike S pri prehodu skozi medij z vnaprej oblikovanim gradientom gostote; kot na primer Ficoll ali saharoza.

Vzorec se postavi na nagib epruvete. Nato jo z veliko hitrostjo centrifugiramo in ločitev poteka v različnih pasovih, razporejenih vzdolž sredine (kot bi bila želatina z več plastmi).

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

S tem postopkom je mogoče ločiti sestavne dele v različnih pasovih sedimentacije. Pomembno je dobro nadzorovati čas, da se prepreči, da se vse molekule ali delci vzorca naselijo na dno epruvete.

Izopiknsko centrifugiranje in druge vrste

- Obstaja še veliko drugih vrst centrifugiranja, na primer izopiknično. Ta je specializirana za ločevanje makromolekul, čeprav so iste vrste. DNK se zelo dobro prilega tej vrsti makromolekul, saj predstavlja variacije v zaporedjih in količini dušikovih baz; in zato usedal z različno hitrostjo.

- Obstaja tudi ultracentrifugiranje, s katerim se proučujejo sedimentacijske značilnosti biomolekul, postopek, ki ga lahko spremljamo na primer z ultravijolično svetlobo.

Koristil je pri razumevanju podceličnih struktur ali organelov. Omogočil je tudi napredek v molekularni biologiji in pri razvoju polimerov.

Prijave

Obstaja nešteto področij vsakdanjega življenja, na katerih se uporabljajo različne vrste centrifugiranja. Uporabljajo se za zdravstveno storitev, v bioanalitičnih laboratorijih, v farmacevtski industriji, med drugimi področji. Vendar je njen pomen mogoče povzeti z dvema besedama: ločiti in opisati.

Loči delce

V kemiji so se različne tehnike centrifugiranja iz mnogih razlogov izkazale za izjemno pomembne.

Omogoča ločitev dveh mošljivih molekul ali delcev. Pomaga odstraniti neželene nečistoče, snovi ali delce v vzorcu; na primer vzorec, pri katerem želite samo ohraniti beljakovine.

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

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

Enako koristnost lahko dobimo s centrifugiranjem v kateri koli biološki tekočini: urinu, cerebrospinalni tekočini, amnijski tekočini, med številnimi drugimi. Na ta način je mogoče opraviti najrazličnejše analize.

Kot tehnika karakterizacije

Omogočil je tudi študij ali analizo lastnosti ali hidrodinamičnih lastnosti mnogih molekul; večinoma iz kompleksnih molekul ali makromolekul.

Kot tudi številne makromolekule, kot so nukleinske kisline. Med številnimi drugimi aplikacijami je celo olajšalo določanje podrobnosti o podtipih iste molekule, kot je RNA.

Primeri centrifugiranja

- Zahvaljujoč se različnim tehnikam centrifugiranja, je bil dosežen napredek pri natančnem poznavanju zapletenih bioloških procesov, kot sta na primer nalezljiva bolezen in presnova.

- S centrifugiranjem smo razjasnili številne ultrastrukturne in funkcionalne vidike molekul in biomolekul. Med takšnimi biomolekuli sta beljakovina inzulin in hemoglobin; na drugi strani pa nukleinske kisline (DNA in RNA).

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

Na tem istem področju uporabnosti je vplivalo na poznavanje molekul, ki sestavljajo dihalno verigo. Tako daje svetloba razumevanju zapletenega procesa oksidativne fosforilacije ali pravega celičnega dihanja med številnimi drugimi procesi.

-Na koncu je prispeval k preučevanju različnih procesov, kot je nalezljiva bolezen, in sicer tako, da je omogočil analizo poti, ki ji sledi DNK, ki ga injicira fag (bakterijski virus), in beljakovine, ki jih gostiteljska celica lahko sintetizira.

Reference

1. Parul Kumar. (sf). Centrifuga: uvod, vrste, uporabe in druge podrobnosti (s shemo). Izvedeno iz: biologydiscussion.com
2. Poglavje 3 Centrifugiranje. . Pridobljeno: phys.sinica.edu.tw
3. Osnove biokemije in uporabne molekularne biologije. (Bachelor of Biology) Tema 2: centrifugiranje. . Vzeto iz: ehu.eus
4. Mathews, CK in Van Holde, KE (1998). Biokemija, 2. izd. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedija. (2018). Centrifugiranje. Izvedeno iz: en.wikipedia.org