CENTRIFUGACIJA: OD ČEGA SE SASTOJI, VRSTE, VAŽNOST, PRIMJERI - KEMIJA - 2026

Centrifugiranja je tehnika, postupak ili postupak, mehanički ili fizičkim odvajanjem molekula ili čestica s različitim gustoćama i također su prisutni u tekućem mediju. Kamen temeljac je primjena centrifugalne sile, koju primjenjuje oprema nazvana centrifuga.

Centrifugiranjem se komponente uzorka tekućine mogu razdvojiti i analizirati. Među tim komponentama su različite klase molekula ili čestica. Čestice se između ostalog odnose na različite fragmente stanica, organele stanica, čak i razne vrste stanica.

Centrifuga. Izvor: Matt Janicki putem Flickr-a

Theodor Svedger smatra se jednim od vodećih pionira u istraživanju centrifugiranja. Nobelova nagrada 1926. utvrdila je da molekule ili čestice sa vlastitim veličinama imaju različite koeficijente sedimentacije S. "S" dolazi od Svedgera, u čast njegovog rada.

Čestice stoga imaju karakteristične brzine taloženja. To znači da se ne ponašaju na isti način pod djelovanjem centrifugalne sile izražene u okretajima u minuti (rpm), ili kao funkcija polumjera rotora (relativna centrifugalna sila, g).

Među čimbenicima koji određuju S i njegovu brzinu su, na primjer, karakteristike molekula ili čestica; svojstva medija; tehnika ili metoda centrifugiranja; i vrstu korištene centrifuge, između ostalih aspekata.

Centrifugiranje je razvrstano prema korisnosti. U preparativnom, kad je ograničeno na odvajanje sastojaka uzorka; i u analitici, kada također želi analizirati odvojenu molekulu ili česticu. S druge strane, može se klasificirati i na temelju procesa procesa.

Centrifugacija u različitim njezinim vrstama bila je presudna za unapređivanje znanstvenih saznanja. Korišteno u istraživačkim centrima, između ostalog je olakšalo razumijevanje složenih biokemijskih i bioloških procesa.

Od čega se sastoji? (postupak)

Osnove centrifugiranja

Proces centrifugiranja temelji se na činjenici da će se molekule ili čestice koje čine uzorak u otopini rotirati prilikom rotacije u uređaju koji se naziva centrifuga. To uzrokuje odvajanje čestica od okoline koja ih okružuje dok se talože različitim brzinama.

Proces se posebno temelji na teoriji sedimentacije. Prema ovome, čestice koje imaju veću gustoću taložit će se, dok će ostale tvari ili komponente okoliša ostati suspendirane.

Zašto? Jer molekule ili čestice imaju svoje veličine, oblike, mase, volumene i gustoće. Stoga se ne uspijevaju istaložiti na isti način, što znači da je različit stupanj sedimentacije S; a time i različitom brzinom sedimentacije.

Ova svojstva su ona koja omogućuju odvajanje molekula ili čestica centrifugalnom silom pri zadanoj brzini centrifugiranja.

Centrifugalna sila

Na centrifugalnu silu utjecat će nekoliko čimbenika koji će odrediti sedimentaciju: oni svojstveni molekulama ili česticama; na karakteristike okoliša u kojem se nalaze; i čimbenike povezane s centrifugama u kojima se provodi postupak centrifugiranja.

U odnosu na molekule ili čestice, masa, specifični volumen i flotacijski faktor istih utječu na faktore sedimentacije.

S obzirom na okolinu koja ih okružuje, važni su masa raseljenog otapala, gustoća medija, otpornost na napredovanje i koeficijent trenja.

U pogledu centrifuge, najvažniji čimbenici koji utječu na proces taloženja su vrsta rotora, kutna brzina, centrifugalna sila i posljedično brzina centrifuge.

Vrste centrifuga

Postoji nekoliko vrsta centrifuga pomoću kojih se uzorak može podvrgnuti različitim brzinama centrifugiranja.

Ovisno o maksimalnoj brzini koju postignu, izraženoj centrifugalnom ubrzanjem (relativna centrifugalna sila g), mogu se jednostavno klasificirati kao centrifuge, čija je najveća brzina od približno 3000 g.

Dok se u takozvanim supercentrifugama može doseći veći raspon brzina blizu 25 000 g. A u ultracentrifugama brzina je mnogo veća, dostižući 100 000 g.

Prema drugim kriterijima, postoje stolne mikrocentrifuge ili centrifuge, koje su posebne za provođenje postupka centrifugiranja s malim volumenom uzorka, koji dosežu raspon od 12 000 do 15 000 g.

Dostupne su centrifuge velikog kapaciteta koje omogućuju centrifugiranje većih količina uzoraka velike brzine, poput ultracentriga.

Općenito, mora se kontrolirati nekoliko čimbenika radi zaštite rotora i uzorka od pregrijavanja. Za to su, među ostalim, stvorene ultracentrifuge s posebnim uvjetima vakuuma ili hlađenja.

Vrste rotora

Jedan od elemenata koji određuje je vrsta rotora, uređaj koji se okreće i gdje se postavljaju cijevi. Postoje različite vrste rotora. Među glavnim su rotor s okretnim oružjem, rotori s fiksnim kutom i okomiti rotori.

Kod nagibajućih rotora, prilikom postavljanja cijevi u uređaje ove vrste rotora i pri okretanju, cijevi će dobiti raspored okomito na os rotacije.

U rotorima s fiksnim uglom uzorci će biti smješteni unutar čvrste konstrukcije; kao što se vidi na slici i u mnogim centrifugama.

A kod vertikalnih rotora u nekim ultracentrifugama cijevi će se okretati paralelno s osi rotacije.

Vrste centrifugiranja

Vrste centrifugiranja razlikuju se ovisno o svrsi njihove primjene i uvjetima u kojima se postupak provodi. Ovi se uvjeti mogu razlikovati ovisno o vrsti uzorka i prirodi onoga što se odvaja i / ili analizira.

Postoji prvi kriterij za razvrstavanje koji se temelji na cilju ili svrsi njegovog izvođenja: pripremno centrifugiranje i analitičko centrifugiranje.

Pripremno centrifugiranje

To ime dobiva kada se centrifugiranje uglavnom koristi za izoliranje ili odvajanje molekula, čestica, fragmenata stanica ili stanica radi njihove kasnije upotrebe ili analize. Količina uzorka koja se obično koristi u tu svrhu je relativno velika.

Analitička centrifuga

Analitička centrifuga provodi se radi mjerenja ili analize fizičkih svojstava, kao što su koeficijent sedimentacije i molekularna masa taložljenih čestica.

Centrifugiranje na temelju ovog cilja može se provesti primjenom različitih standardiziranih uvjeta; kao što je to slučaj, na primjer, s jednom od analitičkih tehnika ultracentrifugiranja, koja omogućava analizu odvojenih molekula ili čestica, čak i ako se događa sedimentacija.

U nekim se specifičnim slučajevima može trebati upotreba kvarcnih cijevi za centrifugu. Dakle, omogućuju prolazak vidljive i ultraljubičastog svjetla, jer se tijekom postupka centrifugiranja molekule promatraju i analiziraju optičkim sustavom.

Točno, postoje i drugi kriteriji za razvrstavanje, ovisno o karakteristikama ili uvjetima u kojima se provodi postupak centrifugiranja. To su: diferencijalno centrifugiranje, centrifugiranje zonama ili zonama i izopikničko ili sedimentacijsko ravnotežno centrifugiranje.

Diferencijalno centrifugiranje

Ova vrsta centrifugiranja sastoji se od podvrgavanja uzorka centrifugiranju, obično s kutnim rotorom, za određeno vrijeme i brzinu.

Temelji se na odvajanju čestica zbog njihove razlike u brzini sedimentacije, što je izravno povezano s njihovim veličinama. Oni veći i veći S smještaju se na dnu cijevi; dok će oni koji su manji ostati obustavljeni.

Suspenzirano odvajanje taloga je od vitalne važnosti u ovoj vrsti centrifugiranja. Suspendirane čestice moraju se dekantirati ili ukloniti iz epruvete, tako da se sediment ili pelet mogu suspendirati u drugom otapalu za kasnije pročišćavanje; to jest, ponovno se centrifugira.

Ova vrsta tehnike nije korisna za odvajanje molekula. Umjesto toga, može se koristiti za odvajanje, na primjer, staničnih organela, stanica, između ostalih čestica.

Centrifugiranje zona ili pojasa

Zonsko ili vrpčno centrifugiranje izvodi razdvajanje komponenata uzorka na temelju razlike S pri prolasku kroz medij s unaprijed oblikovanim gradijentom gustoće; poput Ficoll-a ili na primjer saharoze.

Uzorak se postavlja na vrh gradijenta epruvete. Zatim se velikom brzinom centrifugira i razdvajanje se odvija u različitim pojasevima raspoređenima po sredini (kao da je u pitanju želatina s više slojeva).

Čestice s nižom vrijednošću S ostaju na početku medija, dok one veće ili s većom S, idu prema dnu epruvete.

Ovim postupkom se komponente koje se nalaze u različitim pojasevima sedimentacije mogu razdvojiti. Važno je dobro kontrolirati vrijeme kako bi se izbjeglo da se sve molekule ili čestice uzorka nađu na dnu epruvete.

Izopiknička centrifuga i druge vrste

- Postoje mnoge druge vrste centrifugiranja, poput izopiknicije. Ovo je specijalizirano za odvajanje makromolekula, čak i ako su iste vrste. DNA se vrlo dobro uklapa u ovu vrstu makromolekula, jer predstavlja varijacije u nizovima i količini dušičnih baza; i zato taloži različitom brzinom.

-Postoji i ultracentrifugacija kojom se proučavaju sedimentacijske karakteristike biomolekula, proces koji se može nadzirati, na primjer, pomoću ultraljubičastog svjetla.

Bilo je korisno u razumijevanju subcelularnih struktura ili organela. Također je omogućio napredak u molekularnoj biologiji i u razvoju polimera.

Prijave

Nebrojena su područja svakodnevnog života u kojima se koriste različite vrste centrifugiranja. Koriste se za zdravstvenu uslugu, u bioanalitičkim laboratorijama, u farmaceutskoj industriji, između ostalog. Međutim, njegovu važnost možemo sažeti u dvije riječi: odvojiti i karakterizirati.

Odvaja čestice

U kemiji su se različite tehnike centrifugiranja pokazale izuzetno važnima iz više razloga.

Omogućuje odvajanje dvije molekule ili čestice koje se mogu miješati. Pomaže uklanjanju neželjenih nečistoća, tvari ili čestica u uzorku; na primjer, uzorak u kojem želite sačuvati samo proteine.

U biološkom uzorku, poput krvi, plazma se može odvojiti od stanične komponente centrifugiranjem. To doprinosi izvođenju različitih vrsta biokemijskih ili imunoloških ispitivanja na plazmi ili serumu, kao i za rutinske ili posebne studije.

Čak i centrifugiranje omogućava odvajanje različitih vrsta stanica. Na primjer, iz uzorka krvi crvene krvne stanice mogu se odvojiti od leukocita ili bijelih krvnih zrnaca, a također i od trombocita.

Ista korisnost može se dobiti centrifugiranjem u bilo kojem od bioloških tekućina: urinu, cerebrospinalnoj tekućini, amnionskoj tekućini, između mnogih drugih. Na taj se način može provesti širok izbor analiza.

Kao tehnika karakterizacije

Također je omogućilo proučavanje ili analizu karakteristika ili hidrodinamičkih svojstava mnogih molekula; uglavnom od složenih molekula ili makromolekula.

Kao i brojne makromolekule poput nukleinskih kiselina. Čak je olakšalo karakterizaciju pojedinosti podtipova iste molekule poput RNA, među mnogim drugim aplikacijama.

Primjeri centrifugiranja

- Zahvaljujući različitim tehnikama centrifugiranja, postignut je napredak u točnom poznavanju složenih bioloških procesa, poput zaraznih bolesti i metabolizma, među ostalim.

-Kroz centrifugiranje razjašnjeni su mnogi ultrastrukturni i funkcionalni aspekti molekula i biomolekula. Među takvim biomolekulama su bjelančevine inzulin i hemoglobin; a s druge strane nukleinske kiseline (DNA i RNA).

-Podržavanjem centrifugiranja prošireno je znanje i razumijevanje mnogih procesa koji održavaju život. Jedan od njih je Krebsov ciklus.

U tom istom polju korisnosti utjecao je na znanje molekula koje čine dišni lanac. Stoga, daje svjetlo razumijevanju složenog procesa oksidativne fosforilacije ili istinskog staničnog disanja, među mnogim drugim procesima.

- Konačno, pridonio je proučavanju različitih procesa, poput zaraznih bolesti, omogućavajući analizu puta nakon čega slijedi DNK kojeg ubrizgava fag (virus bakterija) i proteini koje stanica domaćin može sintetizirati.

Reference

1. Parul Kumar. (SF). Centrifuga: uvod, vrste, upotrebe i ostali detalji (sa shemom). Preuzeto sa: biologydiscussion.com
2. Poglavlje 3 Centrifugiranje., Oporavak od: phys.sinica.edu.tw
3. Osnove biokemije i primijenjene molekularne biologije. (Bachelor of Biology) Tema 2: centrifugiranje., Preuzeto iz: ehu.eus
4. Mathews, CK i Van Holde, KE (1998). Biokemija, 2. izd. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018.). Centrifugiranje. Preuzeto sa: en.wikipedia.org