CENTRIFUGERING: HVAD DET BESTÅR AF, TYPER, BETYDNING, EKSEMPLER - KEMI

Den centrifugering er en teknik, metode eller procedure, mekanisk eller fysisk adskillelse molekyler eller partikler med forskellige tætheder og er også til stede i et flydende medium. Dens hjørnesten er anvendelsen af centrifugalkraft, der anvendes af udstyr kaldet en centrifuge.

Ved centrifugering kan komponenterne i en fluidprøve separeres og analyseres. Blandt disse komponenter er de forskellige klasser af molekyler eller partikler. Som partikler henvises der til forskellige cellefragmenter, til organellerne i celler, endda til forskellige typer celler, blandt andre.

Centrifuge. Kilde: Matt Janicki via Flickr

Theodor Svedger betragtes som en af de førende pionerer inden for centrifugeringsforskning. Nobelprisen i 1926 bestemte, at molekyler eller partikler med deres egne størrelser har forskellige sedimenteringskoefficienter S. "S" kommer fra Svedger til ære for hans arbejde.

Partiklerne har derfor karakteristiske sedimenteringshastigheder. Dette betyder, at ikke alle opfører sig på samme måde under virkningen af en centrifugalkraft udtrykt i omdrejninger pr. Minut (omdr./min.) Eller som en funktion af rotorradiusen (relativ centrifugalkraft, g).

Blandt de faktorer, der bestemmer S og dets hastighed, er for eksempel egenskaberne for molekylerne eller partiklerne; mediets egenskaber; teknikken eller metoden til centrifugering; og den anvendte centrifuge blandt andre aspekter.

Centrifugering klassificeres efter dens anvendelighed. Tilberedende, når det er begrænset til adskillelse af prøvens komponenter; og i analyser, når det også søger at analysere det adskilte molekyle eller partikel. På den anden side kan det også klassificeres på baggrund af procesbetingelserne.

Centrifugering i dens forskellige typer har været afgørende for fremme af videnskabelig viden. Brugt i forskningscentre har det lettet forståelsen af komplekse biokemiske og biologiske processer blandt mange andre.

Hvad består det af? (behandle)

Grundlag for centrifugering

Centrifugeringsprocessen er baseret på det faktum, at molekylerne eller partiklerne, der udgør en prøve i opløsning, vil rotere, når de roteres i en anordning kaldet en centrifuge. Dette medfører adskillelse af partiklerne fra miljøet, der omgiver dem, når de sætter sig i forskellige hastigheder.

Processen er specifikt baseret på teorien om sedimentation. I henhold til dette vil de partikler, der har en højere tæthed, sætte sig, mens resten af stofferne eller komponenterne i miljøet forbliver suspenderet.

Hvorfor? Fordi molekyler eller partikler har deres egne størrelser, former, masser, volumener og densiteter. Derfor er det ikke alle, der formår at slå sig ned på samme måde, hvilket betyder en anden sedimentationskoefficient S; og følgelig med en anden sedimentationshastighed.

Disse egenskaber er de, der tillader molekyler eller partikler at blive adskilt med centrifugalkraft ved en given centrifugeringshastighed.

Centrifugal kraft

Centrifugalkraften vil blive påvirket af flere faktorer, der bestemmer sedimentationen: dem, der er iboende for molekylerne eller partiklerne; til egenskaberne ved det miljø, hvori de findes; og faktorer relateret til centrifugerne, hvor centrifugeringsproceduren udføres.

I forhold til molekylerne eller partiklerne er massen, det specifikke volumen og den samme flotationsfaktor påvirkende faktorer i sedimentationen.

Med hensyn til miljøet, der omgiver dem, er massen af det fordrevne opløsningsmiddel, massens densitet, modstanden mod fremføring og friktionskoefficienten vigtig.

Med hensyn til centrifugen er de vigtigste faktorer, der påvirker sedimenteringsprocessen, rotortypen, vinkelhastigheden, centrifugalkraften og følgelig centrifugalhastigheden.

Typer af centrifuger

Der er adskillige slags centrifuger, hvormed prøven kan underkastes forskellige centrifugeringshastigheder.

Afhængig af den maksimale hastighed, de når, udtrykt i centrifugalacceleration (relativ centrifugalkraft g), kan de simpelthen klassificeres som centrifuger med en maksimal hastighed på ca. 3.000 g.

I de såkaldte supercentrifuger kan man nå en større række hastigheder tæt på 25.000 g. Og i ultracentrifuger er hastigheden meget højere og når 100.000 g.

I henhold til andre kriterier er der mikro-centrifuger eller centrifuger på bordpladen, som er specielle til at udføre centrifugeringsprocessen med et lille prøvevolumen og nå et område fra 12.000 til 15.000 g.

Der er centrifuger med høj kapacitet, der giver mulighed for at centrifugere større, højhastighedsprøvemængder, såsom ultracentrifuger.

Generelt skal flere faktorer kontrolleres for at beskytte rotoren og prøven mod overophedning. Til dette er ultracentrifuger blevet oprettet med specielle vakuum- eller kølebetingelser, blandt andre.

Rotortyper

Et af bestemmelseselementerne er rotortypen, en enhed, der roterer, og hvor rørene er placeret. Der er forskellige typer rotorer. Blandt de vigtigste er svingarmerotorer, faste vinklerotorer og lodrette rotorer.

Ved vipning af rotorer, når rørene placeres i anordningerne af denne type rotor, og når de roterer, vil rørene få et arrangement vinkelret på rotationsaksen.

I rotor med fast vinkel vil prøverne være placeret inde i en solid struktur; som det ses på billedet og i mange centrifuger.

Og i de lodrette rotorer i nogle ultracentrifuger roterer rørene parallelt med rotationsaksen.

Typer af centrifugering

Typerne af centrifugering varierer afhængigt af formålet med deres anvendelse og betingelserne, hvor processen udføres. Disse betingelser kan være forskellige afhængigt af typen af prøven og arten af det, der skal adskilles og / eller analyseres.

Der er et første klassificeringskriterium baseret på målet eller formålet med dets præstation: forberedende centrifugering og analytisk centrifugering.

Præparativ centrifugering

Det får dette navn, når centrifugering hovedsageligt bruges til at isolere eller adskille molekyler, partikler, cellefragmenter eller celler til senere anvendelse eller analyse. Mængden af prøve, der generelt bruges til dette formål, er relativt stor.

Analytisk centrifugering

Analytisk centrifugering udføres for at måle eller analysere de fysiske egenskaber, såsom sedimentationskoefficienten og molekylmassen af de bundfældede partikler.

Centrifugering baseret på dette mål kan udføres ved anvendelse af forskellige standardiserede betingelser; som det for eksempel er tilfældet med en af de analytiske ultracentrifugeringsteknikker, der gør det muligt at analysere molekylerne eller partiklerne, der er adskilt, selv når sedimentering finder sted.

I nogle specifikke tilfælde kan brugen af kvartscentrifugerør være nødvendig. De tillader således passage af synligt og ultraviolet lys, da molekylerne under centrifugeringsprocessen observeres og analyseres med et optisk system.

Præcis er der andre klassificeringskriterier afhængigt af de karakteristika eller betingelser, i hvilke centrifugeringsprocessen udføres. Disse er: differentiel centrifugering, zone- eller båndcentrifugering og isopycnic eller sedimentationsbalancecentrifugering.

Differentialcentrifugering

Denne type centrifugering består i at udsætte en prøve for centrifugering, generelt med en vinkelrotor, i en bestemt tid og hastighed.

Det er baseret på separering af partikler på grund af deres forskel i sedimentationshastighed, som er direkte relateret til deres størrelser. De, der er større og større S, sætter sig ned i bunden af røret; mens de, der er mindre, forbliver suspenderet.

Suspenderet adskillelse af bundfaldet er vigtig i denne type centrifugering. Suspenderede partikler skal dekanteres eller fjernes fra røret, så sedimentet eller pelleten kan suspenderes i et andet opløsningsmiddel til efterfølgende oprensning; det vil sige, det centrifugeres igen.

Denne type teknik er ikke nyttig til separering af molekyler. I stedet kan det bruges til at adskille for eksempel cellulære organeller, celler, blandt andre partikler.

Zone- eller båndcentrifugering

Zonal- eller båndcentrifugeringen udfører adskillelsen af komponenterne i prøven baseret på forskellen i S, når man passerer gennem et medium med en forudformet densitetsgradient; som f.eks. Ficoll eller saccharose.

Prøven anbringes på toppen af reagensglasets gradient. Dernæst fortsætter den med at centrifuge i høj hastighed, og adskillelsen finder sted i forskellige bånd arrangeret langs midten (som om det var en gelatine med flere lag).

Partikler med en lavere værdi af S forbliver i begyndelsen af mediet, mens de, der er større eller har en højere S, går mod bunden af røret.

Med denne procedure kan komponenterne, der findes i de forskellige sedimentationsbånd, adskilles. Det er vigtigt at kontrollere tiden godt for at undgå, at alle molekyler eller partikler i prøven sætter sig i bunden af røret.

Isopycnic centrifugering og andre typer

-Der er mange andre typer centrifugering, såsom isopycnic. Dette er specialiseret i at adskille makromolekyler, selvom de er af samme type. DNA passer meget godt i denne type makromolekyler, da det viser variationer i sekvenserne og mængden af dets nitrogenholdige baser; og derfor sediment i forskellige hastigheder.

-Der er også ultracentrifugering, hvorigennem sedimenteringsegenskaberne af biomolekyler studeres, en proces, der kan overvåges ved hjælp af for eksempel ultraviolet lys.

Det har været nyttigt til forståelse af subcellulære strukturer eller organeller. Det har også muliggjort fremskridt inden for molekylærbiologi og udvikling af polymerer.

Applikationer

Der er utallige områder i det daglige liv, hvor de forskellige typer centrifugering bruges. De bruges til sundhedsvæsenet, i bioanalytiske laboratorier, i medicinalindustrien, blandt andre områder. Imidlertid kan dens betydning opsummeres i to ord: adskille og karakteriser.

Adskiller partikler

I kemi har forskellige centrifugeringsteknikker vist sig ekstremt vigtige af mange grunde.

Det gør det muligt at adskille to blandbare molekyler eller partikler. Hjælper med at fjerne uønskede urenheder, stoffer eller partikler i en prøve; for eksempel en prøve, hvor du kun vil bevare proteiner.

I en biologisk prøve, såsom blod, kan plasmaet separeres fra den cellulære komponent ved centrifugering. Dette bidrager til udførelsen af forskellige typer biokemiske eller immunologiske tests på plasma eller serum såvel som til rutinemæssige eller specielle studier.

Selv centrifugering gør det muligt at adskille de forskellige typer celler. Fra en blodprøve kan for eksempel røde blodlegemer adskilles fra leukocytter eller hvide blodlegemer og også fra blodplader.

Den samme anvendelighed kan opnås ved centrifugering i en hvilken som helst af de biologiske væsker: urin, cerebrospinalvæske, fostervand, blandt mange andre. På denne måde kan der udføres en lang række analyser.

Som en karakteriseringsteknik

Det har også gjort det muligt at studere eller analysere egenskaber eller hydrodynamiske egenskaber ved mange molekyler; hovedsageligt af komplekse molekyler eller makromolekyler.

Samt adskillige makromolekyler, såsom nukleinsyrer. Det har endda gjort det lettere at karakterisere detaljer om undertyperne af det samme molekyle, såsom RNA, blandt mange andre anvendelser.

Eksempler på centrifugering

-Tack til de forskellige centrifugeringsteknikker er der gjort fremskridt med den nøjagtige viden om komplekse biologiske processer såsom infektiøs sygdom og metabolisme blandt andre.

-Gennem centrifugering, mange ultrastrukturelle og funktionelle aspekter af molekyler og biomolekyler er blevet belyst. Blandt sådanne biomolekyler er proteinerne insulin og hæmoglobin; og på den anden side nukleinsyrer (DNA og RNA).

-Med støtte fra centrifugering er viden og forståelse af mange af de processer, der opretholder liv, blevet udvidet. En af dem er Krebs-cyklussen.

I det samme anvendelsesområde har det påvirket kendskabet til molekylerne, der udgør respiratorisk kæde. Således giver lys lys for forståelsen af den komplekse proces med oxidativ phosphorylering eller ægte cellulær respiration blandt mange andre processer.

Endelig har det bidraget til undersøgelsen af forskellige processer såsom infektiøs sygdom ved at tillade analyse af ruten efterfulgt af DNA indsprøjtet af en fag (bakterievirus) og de proteiner, som værtscellen kan syntetisere.

Referencer

Parul Kumar. (Sf). Centrifuge: Introduktion, typer, anvendelser og andre detaljer (med diagram). Taget fra: biologydiscussion.com
Kapitel 3 Centrifugering.. Gendannes fra: phys.sinica.edu.tw
Fundamentals of Biochemistry and Applied Molecular Biology. (Bachelor i biologi) Emne 2: centrifugering.. Taget fra: ehu.eus
Mathews, CK og Van Holde, KE (1998). Biokemi, 2. udg. McGraw-Hill Interamericana.
Wikipedia. (2018). Centrifugering. Taget fra: en.wikipedia.org

CENTRIFUGERING: HVAD DET BESTÅR AF, TYPER, BETYDNING, EKSEMPLER - KEMI - 2025