CENTRIFUGAVIMAS: IŠ KO SUSIDEDA, TIPAI, SVARBA, PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025

Centrifugavimas yra technika, metodas arba procedūra, mechaniškai arba fiziškai atskirti molekules arba daleles, kurių įvairaus tankio, jie taip pat skystoje terpėje. Jos kertinis akmuo yra išcentrinės jėgos, kurią veikia įranga, vadinama centrifuga, taikymas.

Centrifuguojant, skysčio mėginio komponentai gali būti atskirti ir analizuojami. Tarp šių komponentų yra skirtingos molekulių ar dalelių klasės. Kaip dalelės, nurodomi skirtingi ląstelių fragmentai, ląstelių organelės, netgi įvairių tipų ląstelės.

Centrifuga. Šaltinis: Matt Janicki per Flickr

Teodoras Svedgeris laikomas vienu iš pirmaujančių centrifugavimo tyrimų pradininku. Nobelio premija 1926 m. Nustatė, kad molekulės ar jų dalelės, turinčios savo dydį, turi skirtingus sedimentacijos koeficientus. „S“ yra jo vardas Svedgerio garbei.

Todėl dalelėms būdingas nusėdimo greitis. Tai reiškia, kad ne visi jie veikia vienodai veikdami išcentrinę jėgą, išreikštą apsisukimais per minutę (rpm), arba kaip rotoriaus spindulio funkciją (santykinė išcentrinė jėga, g).

Tarp faktorių, lemiančių S ir jo greitį, yra, pavyzdžiui, molekulių ar dalelių savybės; terpės savybes; centrifugavimo technika ar metodas; be kitų aspektų, naudojamos centrifugos rūšis.

Centrifugavimas klasifikuojamas pagal jo naudingumą. Preparatinis, kai apsiribojama mėginio komponentų atskyrimu; ir analitikoje, kai taip pat siekiama išanalizuoti atskirtą molekulę ar daleles. Kita vertus, jis taip pat gali būti klasifikuojamas pagal proceso sąlygas.

Įvairių tipų centrifugavimas buvo būtinas norint tobulinti mokslines žinias. Tyrimų centruose jis leido suprasti daugelį kitų sudėtingų biocheminių ir biologinių procesų.

Iš ko tai susideda? (procesas)

Centrifugavimo pagrindas

Centrifugavimo procesas grindžiamas tuo, kad molekulės ar dalelės, iš kurių susidaro mėginys tirpale, sukasi sukant prietaisą, vadinamą centrifuga. Tai lemia dalelių atsiskyrimą nuo juos supančios aplinkos, nes jos nusėda skirtingu greičiu.

Šis procesas yra pagrįstas sedimentacijos teorija. Pagal tai didesnio tankio dalelės nusės, o likusios aplinkos medžiagos ar komponentai liks suspenduoti.

Kodėl? Nes molekulės ar dalelės turi savo dydžius, formas, masę, tūrį ir tankį. Todėl ne visi jie sugeba nusodinti vienodai, o tai reiškia skirtingą nuosėdų koeficientą S; ir dėl to skirtingu nusėdimo greičiu.

Šios savybės leidžia molekules ar daleles atskirti išcentrine jėga esant tam tikram centrifugavimo greičiui.

Išcentrinė jėga

Išcentrinei jėgai įtakos turės keli veiksniai, kurie nulems nusėdimą: tie, būdingi molekulėms ar dalelėms; aplinkos, kurioje jie randami, savybes; ir faktoriai, susiję su centrifugomis, kur atliekama centrifugavimo procedūra.

Dviejų molekulių ar dalelių atžvilgiu masė, savitasis tūris ir flotacijos koeficientas turi įtakos nuosėdoms.

Kalbant apie juos supančią aplinką, svarbu išstumto tirpiklio masė, terpės tankis, atsparumas judėjimui ir trinties koeficientas.

Kalbant apie centrifugą, svarbiausi veiksniai, darantys įtaką sedimentacijos procesui, yra rotoriaus tipas, kampinis greitis, išcentrinės jėgos ir atitinkamai išcentrifuginis greitis.

Centrifugų tipai

Yra keletas centrifugų rūšių, kuriomis bandinys gali būti veikiamas skirtingais centrifugavimo greičiais.

Atsižvelgiant į maksimalų jų pasiektą greitį, išreikštą išcentriniu pagreičiu (santykinė išcentrinės jėgos g), jie gali būti tiesiog klasifikuojami kaip centrifugos, kurių didžiausias greitis yra maždaug 3000 g.

Vadinamuosiuose supercentrifūguose didesnį greičio diapazoną galima pasiekti arti 25 000 g. O ultracentrifūguose greitis yra daug didesnis, siekia 100 000 g.

Pagal kitus kriterijus yra stalinės mikrocentrifugos arba centrifugos, kurios yra specialios norint atlikti centrifugavimo procesą su nedideliu mėginio tūriu, kurio diapazonas yra nuo 12 000 iki 15 000 g.

Yra didelės talpos centrifugos, leidžiančios išcentrifuguoti didesnius greitaeigius mėginių kiekius, tokius kaip ultracentrifugos.

Apskritai, norint apsaugoti rotorių ir bandinį nuo perkaitimo, reikia kontroliuoti keletą veiksnių. Tam, be kita ko, buvo sukurti ultracentrifugai, turintys specialias vakuumo ar šaldymo sąlygas.

Rotorių tipai

Vienas iš lemiančių elementų yra rotoriaus tipas - įtaisas, kuris sukasi ir kur dedami vamzdžiai. Yra įvairių tipų rotoriai. Tarp pagrindinių yra besisukantys rotoriai, fiksuoto kampo rotoriai ir vertikalūs rotoriai.

Pakreipdami rotorius, įdėdami vamzdžius į šio tipo rotorių įtaisus ir sukdami, vamzdžiai įgyja statmeną sukimosi ašiai.

Fiksuoto kampo rotoriuose pavyzdžiai bus išdėstyti tvirtos struktūros viduje; kaip matyti paveikslėlyje ir daugelyje centrifugų.

O vertikaliuose rotoriuose kai kuriuose ultracentrifūguose vamzdeliai ketina suktis lygiagrečiai sukimosi ašiai.

Centrifugavimo tipai

Centrifugavimo tipai skiriasi priklausomai nuo jų taikymo tikslo ir sąlygų, kuriomis procesas atliekamas. Šios sąlygos gali skirtis priklausomai nuo mėginio rūšies ir to, kas turi būti atskirtos ir (arba) analizuojamos.

Yra pirmasis klasifikavimo kriterijus, pagrįstas jo atlikimo tikslu ar tikslu: preparatinis centrifugavimas ir analitinis centrifugavimas.

Preparatinis centrifugavimas

Jis gauna šį pavadinimą, kai centrifuguojant daugiausia naudojamas molekulėms, dalelėms, ląstelių fragmentams ar ląstelėms atskirti ar atskirti, kad vėliau jas būtų galima naudoti ar analizuoti. Paprastai šiam tikslui naudojamas mėginio kiekis yra palyginti didelis.

Analitinis centrifugavimas

Analitinis centrifugavimas atliekamas norint išmatuoti ar išanalizuoti fizikines savybes, tokias kaip sedimentacijos koeficientas ir nusodintų dalelių molekulinė masė.

Centrifugavimas remiantis šiuo tikslu gali būti atliekamas taikant skirtingas standartizuotas sąlygas; kaip yra, pavyzdžiui, vieno iš analitinių ultracentrifugavimo metodų, kurie leidžia analizuoti atskirtas molekules ar daleles, net kai vyksta sedimentacija, atveju.

Kai kuriais konkrečiais atvejais gali reikėti naudoti kvarco centrifugos mėgintuvėlius. Taigi jie leidžia praleisti matomą ir ultravioletinę šviesą, nes centrifugavimo proceso metu molekulės yra stebimos ir analizuojamos optinėje sistemoje.

Tiksliai yra ir kitų klasifikavimo kriterijų, atsižvelgiant į savybes ar sąlygas, kuriomis atliekamas centrifugavimo procesas. Tai yra: diferencinis centrifugavimas, zoninis arba juostinis centrifugavimas ir izopiciklinis arba sedimentacijos pusiausvyros centrifugavimas.

Diferencinis centrifugavimas

Tokį centrifugavimo būdą sudaro bandinio centrifugavimas tam tikru metu ir greičiu, paprastai naudojant kampinį rotorių.

Tai pagrįsta dalelių atskyrimu dėl jų sedimentacijos greičio skirtumo, kuris yra tiesiogiai susijęs su jų dydžiu. Tie, kurie yra didesni ir didesni S, nusėda vamzdžio apačioje; tuo tarpu mažesni liks sustabdyti.

Šio tipo centrifugavimui gyvybiškai svarbus sustabdytas nuosėdų atskyrimas. Suspenduotos dalelės turi būti dekantuojamos arba pašalinamos iš mėgintuvėlio, kad nuosėdos ar nuosėdos galėtų būti suspenduotos kitame tirpiklyje vėlesniam gryninimui; tai yra, jis vėl centrifuguojamas.

Šio tipo technika nėra naudinga molekulėms atskirti. Vietoj to jis gali būti naudojamas atskirti, pavyzdžiui, ląstelės organeliukus, ląsteles, tarp kitų dalelių.

Centrifugavimas zonoje arba juostoje

Centrifuguojant zoniniu arba juostiniu bandiniu, komponentai atsiskiriami pagal S skirtumą, kai praeina per terpę su iš anksto suformuotu tankio gradientu; pvz., „Ficoll“ ar sacharozę.

Mėginys dedamas ant mėgintuvėlio nuolydžio. Vėliau jis centrifuguojamas dideliu greičiu ir atskyrimas vyksta skirtingomis juostomis, išdėstytomis palei vidurį (tarsi želatiną su keliais sluoksniais).

Dalelės, kurių S vertė mažesnė, lieka terpės pradžioje, tuo tarpu didesnės ar didesnės S dalelės eina vamzdžio apačios link.

Taikant šią procedūrą, komponentai, esantys skirtingose ​​sedimentacijos juostose, gali būti atskirti. Svarbu gerai kontroliuoti laiką, kad būtų išvengta, jog visos mėginio molekulės ar dalelės nusėstų prie mėgintuvėlio dugno.

Izopicninis centrifugavimas ir kiti tipai

-Yra daug kitų centrifugavimo rūšių, tokių kaip izopicnic. Tai specializuojasi makromolekulių atskyrime, net jei jie yra to paties tipo. DNR labai gerai tinka tokio tipo makromolekulėms, nes ji pateikia savo azotinių bazių sekų ir kiekio pokyčius; ir todėl nuosėdos skirtingu greičiu.

Taip pat atliekamas ultracentrifugavimas, kurio metu tiriamos biomolekulių nusėdimo savybės. Tai procesas, kurį galima stebėti, pavyzdžiui, naudojant ultravioletinę šviesą.

Tai buvo naudinga suprantant tarpląstelines struktūras ar organelius. Tai taip pat įgalino molekulinės biologijos ir polimerų tobulinimo pažangą.

Programos

Yra nesuskaičiuojama daugybė kasdienio gyvenimo sričių, kuriose naudojami skirtingi centrifugavimo tipai. Jie naudojami sveikatos priežiūros tarnyboms, bioanalitinėse laboratorijose, farmacijos pramonėje ir kitose srityse. Tačiau jo svarbą galima apibendrinti dviem žodžiais: atskirti ir apibūdinti.

Atskiria daleles

Chemijoje įvairūs centrifugavimo būdai pasirodė esminiai dėl daugelio priežasčių.

Tai leidžia atskirti dvi maišytinas molekules ar daleles. Padeda pašalinti nepageidaujamas priemaišas, medžiagas ar daleles mėginyje; pavyzdžiui, mėginys, kuriame norite išsaugoti tik baltymus.

Biologiniame pavyzdyje, tokiame kaip kraujas, plazma gali būti atskirta nuo ląstelinio komponento centrifuguojant. Tai prisideda prie įvairių rūšių biocheminių ar imunologinių tyrimų su plazma ar serumu atlikimo, taip pat atliekant įprastinius ar specialiuosius tyrimus.

Net centrifugavimas leidžia atskirti skirtingų tipų ląsteles. Pavyzdžiui, iš kraujo mėginio raudonieji kraujo kūneliai gali būti atskirti nuo leukocitų ar baltųjų kraujo kūnelių, taip pat nuo trombocitų.

Tą patį naudingumą galima gauti centrifuguojant bet kuriame iš biologinių skysčių: šlapime, cerebrospinaliniame skystyje, amniono skystyje ir daugelyje kitų. Tokiu būdu galima atlikti daugybę įvairių analizių.

Kaip apibūdinimo technika

Tai taip pat leido ištirti ar išanalizuoti daugelio molekulių savybes ar hidrodinamines savybes; daugiausia iš sudėtingų molekulių ar makromolekulių.

Taip pat daugybė makromolekulių, tokių kaip nukleorūgštys. Be to, be daugelio kitų programų buvo lengviau apibūdinti tos pačios molekulės, pavyzdžiui, RNR potipius.

Centrifugavimo pavyzdžiai

- Dėka skirtingų centrifugavimo metodų, padaryta pažanga tiksliai žinant sudėtingus biologinius procesus, tokius kaip infekciniai ir metaboliniai procesai, be kita ko.

-Tentrifuguojant, buvo išaiškinta daugybė molekulių ir biomolekulių ultrastruktūrinių ir funkcinių aspektų. Tarp tokių biomolekulių yra baltymai insulinas ir hemoglobinas; ir, kita vertus, nukleorūgštys (DNR ir RNR).

Palaikant centrifugavimą, buvo praplėstos daugelio gyvybę palaikančių procesų žinios ir supratimas. Vienas iš jų yra Krebso ciklas.

Toje pačioje naudingumo srityje tai turėjo įtakos molekulių, sudarančių kvėpavimo grandinę, pažinimui. Taigi suteikiama galimybė suprasti, koks yra sudėtingas oksidacinio fosforilinimo procesas arba tikrasis ląstelių kvėpavimas, be daugelio kitų procesų.

- Galiausiai, tai leido išanalizuoti kelią, po kurio eina fagos (bakterijų viruso) įšvirkšta DNR, ir baltymai, kuriuos ląstelė-šeimininkė gali sintetinti, analizuoti įvairius procesus, tokius kaip infekcinė liga.

Nuorodos

1. Parulas Kumaras. (sf). Centrifuga: įvadas, tipai, panaudojimas ir kita detalė (su schema). Paimta iš: biologydiscussion.com
2. 3 skyrius Centrifugavimas. . Atkurta iš: phys.sinica.edu.tw
3. Biochemijos ir taikomosios molekulinės biologijos pagrindai. (Biologijos bakalauras) 2 tema: centrifugavimas. . Paimta iš: ehu.eus
4. Mathews, CK ir Van Holde, KE (1998). Biochemija, 2-asis leidimas „McGraw-Hill Interamericana“.
5. Vikipedija. (2018 m.). Centrifugavimas. Paimta iš: en.wikipedia.org