Centrifugatie in wat het bestaat, typen, belang, voorbeelden

de centrifugeren is een techniek, methode of procedure die moleculen of deeltjes mechanisch of fysiek scheidt met verschillende dichtheden en die ook aanwezig zijn in een vloeibaar medium. De hoeksteen is de toepassing van middelpuntvliedende kracht, toegepast door een team genaamd centrifugaal.

Door centrifugatie kunnen de componenten van een vloeistofmonster worden gescheiden en geanalyseerd. Onder deze componenten vallen de verschillende klassen van moleculen of deeltjes. Als deeltjes worden verschillende celfragmenten genoemd, naar de organellen van de cellen, zelfs naar verschillende celtypen, onder andere..

Theodor Svedger wordt beschouwd als een van de belangrijkste pioniers van onderzoek naar centrifugeren. Nobelprijs in 1926, vastgesteld dat de moleculen of deeltjes met hun eigen maten, verschillende sedimentatiecoëfficiënten hebben S. De "S" komt van Svedger, ter ere van zijn werken.

De deeltjes bezitten daarom karakteristieke sedimentatiesnelheden. Dit betekent dat niet alle zich op dezelfde manier gedragen onder de werking van een centrifugale kracht uitgedrukt in omwentelingen per minuut (rpm), of als een functie van de straal van de rotor (relatieve middelpuntvliedende kracht)., g).

Onder de factoren die S en de snelheid ervan bepalen, zijn bijvoorbeeld de karakteristieken van de moleculen of deeltjes; de eigenschappen van het medium; de techniek of methode van centrifugeren; en het type centrifuge dat wordt gebruikt, onder andere aspecten.

Het centrifugeren is geclassificeerd volgens het nut van hetzelfde. In preparatieve, wanneer beperkt tot de scheiding van de componenten van het monster; en in analytics, wanneer het ook probeert het gescheiden molecuul of deeltje te analyseren. Aan de andere kant kan het ook worden geclassificeerd volgens de omstandigheden van het proces.

Centrifugatie in de verschillende typen is essentieel geweest voor de bevordering van wetenschappelijke kennis. Gebruikt in onderzoekscentra, heeft het het begrip van complexe biochemische en biologische processen vergemakkelijkt, naast vele andere.

index

• 1 Wat is het? (Werkwijze)
  • 1.1 Oprichting van centrifugatie
  • 1.2 Centrifugale kracht
• 2 soorten centrifuges
  • 2.1 Typen rotoren
• 3 Typen centrifugatie
  • 3.1 Preparatieve centrifugatie
  • 3.2 Analytische centrifugatie
  • 3.3 Differentiële centrifugering
  • 3.4 Centrifugeren op zone of strook
  • 3.5 Isopycniccentrifugatie en andere typen
• 4 toepassingen
  • 4.1 Afzonderlijke deeltjes
  • 4.2 Als een karakteriseringstechniek
• 5 Voorbeelden van centrifugeren
• 6 Referenties

Waar bestaat het uit? (Werkwijze)

Basis van centrifugatie

Het centrifugatieproces is gebaseerd op het feit dat de moleculen of deeltjes waaruit een monster in oplossing bestaat, zullen roteren bij rotatie in een apparaat dat een centrifuge wordt genoemd. Dit veroorzaakt de scheiding van de deeltjes van het omgevende medium bij sedimentatie met verschillende snelheden.

Het proces is specifiek gebaseerd op de theorie van sedimentatie. Volgens dit zullen de deeltjes met een grotere dichtheid neerslaan, terwijl de rest van de substanties of componenten van het medium blijven zweven.

Waarom? Omdat de moleculen of deeltjes hun eigen maten, vormen, massa's, volumes en dichtheden hebben. Daarom slagen ze er niet allemaal in om op dezelfde manier te bezinken, wat zich vertaalt in een andere sedimentatiecoëfficiënt S; en daarom, bij een verschillende sedimentatiesnelheid.

Deze eigenschappen maken het mogelijk de moleculen of deeltjes te scheiden door middel van centrifugale kracht bij een bepaalde centrifugatiesnelheid.

De middelpuntvliedende kracht

Centrifugale kracht zal worden beïnvloed door verschillende factoren die de sedimentatie bepalen: die inherent zijn aan moleculen of deeltjes; naar de kenmerken van de omgeving waarin ze worden gevonden; en factoren gerelateerd aan de centrifuges waarbij de centrifugatieprocedure wordt uitgevoerd.

Met betrekking tot de moleculen of deeltjes zijn de massa, het specifieke volume en de flotatiefactor van hetzelfde factoren die de sedimentatie beïnvloeden..

Met betrekking tot de omgeving zijn de massa van het verdrongen oplosmiddel, de dichtheid van het medium, de weerstand tegen de voortgang en de wrijvingscoëfficiënt belangrijk.

Wat de centrifuge betreft, zijn de belangrijkste factoren die het sedimentatieproces beïnvloeden het rotortype, de hoeksnelheid, de middelpuntvliedende kracht en, bijgevolg, de centrifugale snelheid.

Typen centrifuges

Er zijn verschillende soorten centrifuges waarmee het monster aan verschillende centrifugatiesnelheden kan worden onderworpen.

Afhankelijk van de maximale snelheid die ze bereiken, uitgedrukt in centrifugale versnelling (relatieve centrifugale kracht g), kunnen eenvoudig als centrifuges worden geclassificeerd, met een maximumsnelheid van ongeveer 3.000 g.

Terwijl in de zogenaamde supercentrifugadoras, Een groter snelheidsbereik dichtbij 25.000 g kan worden bereikt. En in de ultracentrifuges, de snelheid is veel groter en bereikt 100.000 g.

Volgens andere criteria zijn er microcentrifuges  of tafelcentrifuges, die speciaal zijn om het centrifugatieproces uit te voeren bij een klein volume van het monster, bereik een bereik van 12.000 tot 15.000 g.

Er zijn centrifuges met hoge capaciteit die het centrifugeren van grotere en snellere monsters, zoals ultracentrifuges, mogelijk maken..

Over het algemeen moeten verschillende factoren worden gecontroleerd om de rotor en het monster te beschermen tegen oververhitting. Hiervoor zijn ultracentrifuges gemaakt met onder andere speciale omstandigheden van vacuüm of koeling.

Types van rotoren

Een van de bepalende elementen is het type rotor, het apparaat dat draait en waar de buizen worden geplaatst. Er zijn verschillende soorten rotoren. De belangrijkste zijn kantelende rotors, vaste hoekrotoren en verticale rotors.

In de kantelende rotors, bij het plaatsen van de buizen in de inrichtingen van dit type rotor en bij het draaien, zullen de buizen een opstelling krijgen loodrecht op de as van de rotatie.

In de vaste hoekrotoren zullen de monsters zich binnen een vaste structuur bevinden; zoals te zien in de afbeelding en in veel centrifuges.

En in de verticale rotoren in sommige ultracentrifuges, zullen de buizen evenwijdig aan de rotatie-as roteren.

Typen centrifugatie

De soorten centrifugatie variëren afhankelijk van het doel van de toepassing en de omstandigheden waarin het proces wordt uitgevoerd. Deze omstandigheden kunnen verschillen afhankelijk van het type monster en de aard van wat u wilt scheiden en / of analyseren.

Er is een eerste classificatiecriterium gebaseerd op het doel of het doel van de realisatie ervan: preparatieve centrifugatie en analytische centrifugatie.

Preparatieve centrifugatie

Het ontvangt deze naam wanneer centrifugatie hoofdzakelijk wordt gebruikt voor het isoleren of scheiden van moleculen, deeltjes, celfragmenten of cellen, voor later gebruik of analyse. De hoeveelheid monster die over het algemeen voor dit doel wordt gebruikt, is relatief groot.

Analytische centrifugatie

De analytische centrifugatie wordt uitgevoerd met het oog op het meten of analyseren van de fysische eigenschappen, zoals de sedimentatiecoëfficiënt en de molecuulmassa van de gesedimenteerde deeltjes..

Centrifugatie op basis van deze doelstelling kan worden gedaan door verschillende gestandaardiseerde omstandigheden toe te passen; zoals het geval is, bijvoorbeeld, van een van de technieken van ultracentrifugatie analytisch, die het mogelijk maakt de moleculen of deeltjes te analyseren die gescheiden zijn, zelfs als de sedimentatie plaatsvindt.

In sommige specifieke gevallen kan het gebruik van kwarts-centrifugebuizen nodig zijn. Zo laten ze de doorgang van zichtbaar en ultraviolet licht toe, omdat tijdens het centrifugatieproces de moleculen worden waargenomen en geanalyseerd met een optisch systeem.

Juist, er zijn andere classificatiecriteria afhankelijk van de kenmerken of omstandigheden waarin het centrifugatieproces wordt uitgevoerd. Deze zijn: differentiële centrifugatie, zonale of bandcentrifugatie en isopycnische of equilibrium sedimentatiecentrifugatie.

Differentiële centrifugatie

Dit type centrifugatie bestaat uit het onderwerpen van een monster aan centrifugatie, in het algemeen met een hoekrotor, gedurende een bepaalde tijd en snelheid.

Het is gebaseerd op de scheiding van deeltjes door hun verschil in sedimentatiesnelheid, die direct gerelateerd is aan hun afmetingen. Die met grotere afmeting en grotere S, sediment in de bodem van de buis; terwijl de kleinere kleiner blijven.

De gesuspendeerde scheiding van het neerslag is van vitaal belang bij dit type centrifugering. De gesuspendeerde deeltjes moeten worden gedecanteerd of uit de buis worden verwijderd, zodat de pellet of pellet kan worden gesuspendeerd in een ander oplosmiddel voor verdere zuivering; dat wil zeggen, het wordt opnieuw gecentrifugeerd.

Dit type techniek is niet nuttig voor het scheiden van moleculen. In plaats daarvan kan het worden gebruikt voor het uitvoeren van de scheiding van bijvoorbeeld celorganellen, cellen en andere deeltjes.

Zonering of bandcentrifugatie

Zonal- of bandcentrifugatie voert de scheiding uit van de componenten van het monster op basis van het verschil van S bij het doorlopen van een medium met een voorgevormde dichtheidsgradiënt; zoals Ficoll of sucrose.

Het monster wordt bovenop de gradiënt van de reageerbuis geplaatst. Vervolgens gaat het door met centrifugeren op hoge snelheid en vindt scheiding plaats in verschillende banden die langs het medium zijn gerangschikt (alsof het een gelatine met meerdere lagen was).

Deeltjes met een lagere waarde van S bevinden zich aan het begin van het medium, terwijl die groter zijn of een hogere S hebben, naar de bodem van de buis zijn gericht.

Met deze procedure kunnen de componenten in de verschillende sedimentatiebanden worden gescheiden. Het is belangrijk om de tijd goed te regelen om te voorkomen dat alle moleculen of deeltjes in het monster op de bodem van de buis terechtkomen.

Isopycnic centrifugatie en andere types

-Er zijn veel andere soorten centrifugatie, zoals isopycnic. Dit is gespecialiseerd in het scheiden van macromoleculen, zelfs als ze van hetzelfde type zijn. DNA past heel goed in dit type macromoleculen, omdat het variaties in de sequenties en de hoeveelheid van zijn stikstofhoudende basen vertoont; en daarom sediment op verschillende snelheden.

-Er is ook ultracentrifugatie, waardoor de sedimentatie-eigenschappen van biomoleculen worden bestudeerd, een proces dat kan worden gevolgd door middel van bijvoorbeeld ultraviolet licht..

Het is nuttig geweest in de kennis van subcellulaire structuren of organellen. Het heeft ook vooruitgang in de moleculaire biologie en de ontwikkeling van polymeren mogelijk gemaakt.

toepassingen

Er zijn ontelbare gebieden van het dagelijks werk waarin verschillende soorten centrifugatie worden gebruikt. Ze dienen voor de gezondheidszorg, in bioanalytische laboratoria, in de farmaceutische industrie, onder andere. Het belang ervan kan echter worden samengevat in twee woorden: scheiden en karakteriseren. 

Scheidt deeltjes

In de chemie zijn de verschillende centrifugatietechnieken om verschillende redenen extreem belangrijk geweest.

Het maakt het mogelijk om twee moleculen of mengbare deeltjes te scheiden. Helpt onzuiverheden, stoffen of ongewenste deeltjes in een monster te verwijderen; bijvoorbeeld een monster waarin alleen eiwitten gewenst zijn om te worden geconserveerd.

In een biologisch monster, zoals bloed, kan het plasma door centrifugeren van de cellulaire component worden gescheiden. Dit draagt ​​bij tot de realisatie van verschillende soorten biochemische of immunologische tests in plasma of serum, maar ook voor routinematige of speciale onderzoeken.

Zelfs centrifugeren maakt het mogelijk om de verschillende celtypen te scheiden. Van een bloedmonster kunnen bijvoorbeeld rode bloedcellen worden gescheiden van leukocyten of witte bloedcellen, en ook van bloedplaatjes.

Hetzelfde nut kan worden verkregen door centrifugatie in een van de biologische vloeistoffen: urine, hersenvocht, vruchtwater, en vele andere. Op deze manier kan een grote verscheidenheid aan analyses worden uitgevoerd.

Als een karakteriseringstechniek

Het heeft ook de studie of analyse van de kenmerken of hydrodynamische eigenschappen van veel moleculen mogelijk gemaakt; voornamelijk van complexe moleculen of macromoleculen.

Evenals talrijke macromoleculen zoals nucleïnezuren. Het heeft zelfs de karakterisering van details van de subtypen van hetzelfde molecuul als RNA vergemakkelijkt, naast vele andere toepassingen.

Voorbeelden van centrifugatie

-Dankzij de verschillende centrifugatietechnieken zijn er vorderingen gemaakt in de exacte kennis van complexe biologische processen zoals infectieus en metabolisme, onder andere..

-Door centrifugatie zijn veel ultrastructurele en functionele aspecten van moleculen en biomoleculen opgehelderd. Onder dergelijke biomoleculen kunnen de eiwitten insuline en hemoglobine worden genoemd; en aan de andere kant, nucleïnezuren (DNA en RNA).

-Met de steun van centrifugeren is de kennis en het begrip van veel van de processen die het leven ondersteunen uitgebreid. Een daarvan is de Krebs-cyclus.

In dit zelfde toepassingsgebied heeft het de kennis beïnvloed van de moleculen die deel uitmaken van de ademhalingsketen. Dus, licht geven aan het begrip van het complexe proces van oxidatieve fosforylatie, of echte cellulaire ademhaling, naast vele andere processen.

-Ten slotte heeft het bijgedragen aan de studie van verschillende processen zoals infectieus, door toe te staan ​​de route te analyseren gevolgd door het DNA geïnjecteerd door een faag (bacterieel virus) en de eiwitten die de gastheercel kan synthetiseren..

referenties

1. Parul Kumar (N.D.). Centrifuge: introductie, typen, gebruik en andere details (met diagram). Genomen uit: biologydiscussion.com
2. Hoofdstuk 3 Centrifugatie. [PDF]. Teruggeplaatst van: phys.sinica.edu.tw
3. Fundamentals of Biochemistry and Applied Molecular Biology. (Degree in Biology) Onderwerp 2: centrifugeren. [PDF]. Genomen uit: ehu.eus
4. Mathews, C.K. en Van Holde, K.E. (1998). Biochemistry, 2nd ed. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Centrifugeren. Genomen uit: en.wikipedia.org