Centrifugēšana tā sastāvā, veidi, nozīme, piemēri

The centrifugēšana ir metode, metode vai procedūra, kas mehāniski vai fiziski atdala molekulas vai daļiņas ar dažādiem blīvumiem un kas arī atrodas šķidrā vidē. Tās stūrakmens ir centrbēdzes spēka pielietošana, ko piemēro komanda, ko sauc par centrbēdzi.

Centrifugējot šķidruma parauga sastāvdaļas var atdalīt un analizēt. Šo komponentu vidū ir dažādas molekulu vai daļiņu klases. Kā daļiņas, dažādi šūnu fragmenti ir minēti uz šūnu organelēm, pat vairākiem šūnu tipiem..

Teodors Sveders tiek uzskatīts par vienu no galvenajiem centrifugēšanas pētniecības pionieriem. Nobela prēmija 1926. gadā noteica, ka molekulām vai daļiņām ar saviem izmēriem ir atšķirīgi sedimentācijas koeficienti S. „S” nāk no Svedgera, par godu viņa darbiem.

Tāpēc daļiņām piemīt raksturīgas sedimentācijas ātrums. Tas nozīmē, ka ne visi vienādi izturas centrbēdzes spēka iedarbībā, kas izteikta apgriezieniem minūtē (apgr./min), vai kā rotora rādiusa funkcija (relatīvais centrbēdzes spēks)., g).

Starp faktoriem, kas nosaka S un tā ātrumu, ir, piemēram, molekulu vai daļiņu īpašības; barotnes īpašības; centrifugēšanas metode vai metode; un cita veida centrifūgas veidu.

Centrifugēšanu klasificē pēc tā lietderības. Preparatīvā veidā, ja tas attiecas tikai uz parauga sastāvdaļu atdalīšanu; un analītikā, kad tā arī mēģina analizēt atdalīto molekulu vai daļiņu. No otras puses, to var klasificēt arī atbilstoši procesa nosacījumiem.

Centrifugēšana dažādos veidos ir bijusi būtiska zinātnes atziņu attīstībai. Izmantots pētniecības centros, tas ir veicinājis daudzu citu sarežģītu bioķīmisko un bioloģisko procesu izpratni.

Indekss

• 1 Kas tas ir? (process)
  • 1.1. Centrifugēšanas pamats
  • 1.2 Centrbēdzes spēks
• 2 Centrifūgu veidi
  • 2.1 Rotoru veidi
• 3 Centrifugēšanas veidi
  • 3.1. Sagatavošanas centrifugēšana
  • 3.2. Analītiskā centrifugēšana
  • 3.3. Diferenciālā centrifugēšana
  • 3.4 Zona vai sloksnes centrifugēšana
  • 3.5. Izopycnic centrifugēšana un citi veidi
• 4 Pieteikumi
  • 4.1. Atsevišķas daļiņas
  • 4.2. Kā raksturošanas metode
• 5 Centrifugēšanas piemēri
• 6 Atsauces

Ko tas veido? (process)

Centrifugēšanas pamats

Centrifugēšanas process pamatojas uz to, ka molekulas vai daļiņas, kas veido paraugu šķīdumā, rotē, pagriežot ierīci, ko sauc par centrifūgu. Tas izraisa daļiņu atdalīšanu no apkārtējās vides, kad nogulsnējas dažādos ātrumos.

Šis process ir balstīts uz sedimentācijas teoriju. Saskaņā ar to daļiņas, kuru blīvums ir lielāks, nokritīsies, bet pārējās vielas vielas vai sastāvdaļas paliks apturētas.

Kāpēc? Tā kā molekulām vai daļiņām ir savi izmēri, formas, masas, tilpums un blīvums. Līdz ar to ne visi no tiem spēj nogulsnēties tādā pašā veidā, kas pārvēršas citā sedimentācijas koeficientā S; un tāpēc ar atšķirīgu sedimentācijas ātrumu.

Šīs īpašības ļauj atdalīt molekulas vai daļiņas ar centrbēdzes spēku, izmantojot noteiktu centrifugēšanas ātrumu.

Centrbēdzes spēks

Centrbēdzes spēku ietekmēs vairāki faktori, kas noteiks sedimentāciju: tie, kas raksturīgi molekulām vai daļiņām; tās vides īpašībām, kurā tās ir atrodamas; un faktori, kas saistīti ar centrifūgām, kurās veic centrifugēšanas procedūru.

Saistībā ar molekulām vai daļiņām masa, īpatnējais tilpums un flotācijas faktors ir faktori, kas ietekmē sedimentāciju..

Attiecībā uz apkārtējo vidi svarīga ir pārvietotā šķīdinātāja masa, barotnes blīvums, izturība pret avāriju un berzes koeficients..

Kas attiecas uz centrifūgu, vissvarīgākie faktori, kas ietekmē sedimentācijas procesu, ir rotora tips, leņķiskais ātrums, centrbēdzes spēks un līdz ar to arī centrbēdzes ātrums..

Centrifūgu veidi

Ir vairāki centrifūgas veidi, ar kuriem paraugu var pakļaut dažādiem centrifugēšanas ātrumiem.

Atkarībā no maksimālā apgriezienu skaita, kas izteikts ar centrbēdzes paātrinājumu (relatīvais centrbēdzes spēks) g), var klasificēt vienkārši kā centrifūgas, kuru maksimālais ātrums ir aptuveni 3000 g.

Kaut arī tā saucamajā supercentrifūgas, Var sasniegt lielāku ātruma diapazonu pie 25 000 g. Un ultracentrifūgas, ātrums ir daudz lielāks, sasniedzot 100 000 g.

Saskaņā ar citiem kritērijiem ir mikrocentrifūgas  vai galda centrifūgas, kas ir īpašas centrifugēšanas procesa veikšanai nelielā parauga tilpumā, sasniedz 12 000 līdz 15 000 g.

Pastāv lieljaudas centrifūgas, kas ļauj centrifugēt lielākus un ātrākus paraugus, piemēram, ultracentrifūgus..

Kopumā jākontrolē vairāki faktori, lai aizsargātu rotoru un paraugu no pārkaršanas. Šim nolūkam cita starpā ir izveidoti ultracentrifūgi ar īpašiem vakuuma vai saldēšanas apstākļiem.

Rotoru veidi

Viens no noteicošajiem elementiem ir rotora tips, rotējošā ierīce un caurules novietojums. Ir dažādi rotoru veidi. Starp galvenajiem ir slīpie rotori, fiksēta leņķa rotori un vertikālie rotori.

Pagriežamajos rotoros, ievietojot caurules šāda veida rotora ierīcēs un pagriežot, caurules iegūs izkārtojumu, kas ir perpendikulārs rotācijas asij..

Fiksētā leņķa rotoros paraugi atradīsies cietā struktūrā; kā redzams attēlā un daudzos centrifūgos.

Un vertikālajos rotoros dažos ultracentrifūgos caurules pagriežas paralēli rotācijas asij.

Centrifugēšanas veidi

Centrifugēšanas veidi atšķiras atkarībā no tā izmantošanas mērķa un apstākļiem, kādos process tiek veikts. Šie apstākļi var atšķirties atkarībā no parauga veida un to, ko vēlaties atdalīt un / vai analizēt.

Ir pirmais klasifikācijas kritērijs, kas balstīts uz tās realizācijas mērķi vai mērķi: preparatīvais centrifugēšana un analītiskā centrifugēšana.

Sagatavošanas centrifugēšana

Tas saņem šo nosaukumu, kad centrifugēšanu galvenokārt izmanto, lai izolētu vai atdalītu molekulas, daļiņas, šūnu fragmentus vai šūnas, lai vēlāk izmantotu vai analizētu. Parasti šim nolūkam izmantotais parauga daudzums ir salīdzinoši liels.

Analītiskā centrifugēšana

Analītisko centrifugēšanu veic, lai mērītu vai analizētu fizikālās īpašības, piemēram, sedimentācijas koeficientu un sedimentēto daļiņu molekulmasu..

Centrifugēšanu, pamatojoties uz šo mērķi, var veikt, izmantojot dažādus standartizētus nosacījumus; kā tas ir, piemēram, vienā no ultrasentrifugēšanas analītisko paņēmienu metodēm, kas ļauj analizēt atdalītās molekulas vai daļiņas, pat ja sedimentācija notiek.

Dažos īpašos gadījumos var būt nepieciešams izmantot kvarca centrifūgas mēģenes. Līdz ar to tie nodrošina redzamas un ultravioletās gaismas caurlaidību, jo centrifugēšanas procesā molekulas tiek novērotas un analizētas ar optisko sistēmu..

Precīzāk, ir arī citi klasifikācijas kritēriji atkarībā no raksturlielumiem vai apstākļiem, kādos centrifugēšanas process tiek veikts. Tie ir: diferenciālā centrifugēšana, zonu vai joslu centrifugēšana un izopikliska vai līdzsvarota sedimentācijas centrifugēšana.

Diferenciālā centrifugēšana

Šāda veida centrifugēšana nosaka parauga centrifugēšanu, parasti ar leņķisko rotoru, noteiktu laiku un ātrumu..

Tas balstās uz daļiņu atdalīšanu ar to atšķirībām sedimentācijas ātrumā, kas ir tieši saistīts ar to izmēriem. Tie, kuriem ir lielāks izmērs un lielāks S, sedimenti caurules apakšā; kamēr tie, kas ir mazāki, paliks apturēti.

Šāda veida centrifugēšanai ir būtiska nogulumu atdalīšana. Suspensijas daļiņas jānoņem vai jānoņem no caurules, lai granulas vai granulas varētu suspendēt citā šķīdinātājā turpmākai attīrīšanai; tas ir, tas tiek centrifugēts vēlreiz.

Šāda veida tehnika nav noderīga molekulu atdalīšanai. Tā vietā to var izmantot, lai veiktu, piemēram, šūnu orgānu atdalīšanu no šūnām, starp citām daļiņām.

Zonālā vai joslas centrifugēšana

Zonu vai joslu centrifugēšana veic parauga komponentu atdalīšanu, pamatojoties uz S atšķirību, šķērsojot barotni ar iepriekš veidotu blīvuma gradientu; piemēram, Ficoll vai saharoze.

Paraugu novieto virs mēģenes gradienta. Pēc tam tas turpina centrifugēt ar lielu ātrumu un atdalīšanās notiek dažādās joslās, kas sakārtotas vidē (kā tas būtu želatīns ar vairākiem slāņiem).

Daļiņas ar zemāku S vērtību atrodas barotnes sākumā, bet tās, kas ir lielākas vai augstākas par S, ir vērstas uz caurules apakšējo daļu..

Ar šo procedūru var atdalīt komponentus, kas atrodami dažādās nosēdumu joslās. Ir svarīgi kontrolēt laiku, lai novērstu, ka paraugā esošās molekulas vai daļiņas nokļūst caurules apakšā.

Izopycnic centrifugēšana un citi veidi

-Ir daudzi citi centrifugēšanas veidi, piemēram, izopycnic. Tas specializējas makromolekulu atdalīšanā, pat ja tie ir vienāda tipa. DNS labi iederas šāda veida makromolekulās, jo tā satur dažādus slāpekļa bāzu secības un daudzumus; un tādēļ nogulsnes ar dažādiem ātrumiem.

-Ir arī ultracentrifugācija, ar kuras palīdzību tiek pētītas biomolekulu sedimentācijas īpašības, procesu, ko var kontrolēt, piemēram, ar ultravioletās gaismas palīdzību..

Tas ir bijis noderīgs, zinot subcellulāras struktūras vai organellus. Tā ir arī ļāvusi attīstīties molekulārajā bioloģijā un attīstīt polimērus.

Programmas

Pastāv neskaitāmas ikdienas darba jomas, kurās tiek izmantoti dažādi centrifugēšanas veidi. Tās kalpo veselības aprūpes dienestam, bioanalīzes laboratorijās, farmācijas nozarē, cita starpā. Tomēr tās nozīmi var apkopot divos vārdos: atsevišķi un raksturot. 

Atdala daļiņas

Ķīmijā dažādie centrifugēšanas paņēmieni ir bijuši ļoti svarīgi daudzu iemeslu dēļ.

Tas ļauj atdalīt divas molekulas vai sajaucamas daļiņas. Palīdz novērst piemaisījumus, vielas vai nevēlamas daļiņas paraugā; piemēram, paraugs, kurā vēlams saglabāt tikai proteīnus.

Bioloģiskajā paraugā, piemēram, asinīs, plazmu var atdalīt no šūnu komponenta, centrifugējot. Tas veicina dažādu veidu bioķīmisko vai imunoloģisko testu veikšanu plazmā vai serumā, kā arī parastos vai īpašos pētījumos..

Pat centrifugēšana ļauj atdalīt dažādus šūnu tipus. Piemēram, no asins paraugiem sarkanās asins šūnas var atdalīt no leikocītiem vai balto asins šūnu, kā arī no trombocītiem..

Tādu pašu lietderību var iegūt, centrifugējot jebkuru no bioloģiskajiem šķidrumiem: urīnu, cerebrospinālo šķidrumu, amnija šķidrumu, daudziem citiem. Šādā veidā var veikt daudzveidīgu analīzi.

Kā raksturošanas metode

Tā ir arī ļāvusi pētīt vai analizēt daudzu molekulu īpašības vai hidrodinamiskās īpašības; galvenokārt no kompleksām molekulām vai makromolekulām.

Kā arī daudzas makromolekulas, piemēram, nukleīnskābes. Tā ir pat veicinājusi to pašu molekulu apakštipu detaļu raksturojumu kā RNS, daudzās citās lietojumprogrammās.

Centrifugēšanas piemēri

-Pateicoties dažādiem centrifugēšanas paņēmieniem, ir gūti panākumi, precīzi pārzinot sarežģītus bioloģiskos procesus, piemēram, infekcijas un vielmaiņu..

-Centrifugējot ir izskaidroti daudzi molekulu un biomolekulu ultrastruktūras un funkcionālie aspekti. Starp tādām biomolekulām var minēt proteīnus insulīnu un hemoglobīnu; un, no otras puses, nukleīnskābes (DNS un RNS)..

-Ar centrifugēšanas atbalstu ir paplašinājusi zināšanas un izpratni par daudziem procesiem, kas uztur dzīvību. Viens no tiem ir Krebsa cikls.

Šajā pašā lietošanas jomā ir ietekmētas zināšanas par molekulām, kas veido elpošanas ķēdi. Tādējādi, daudzu citu procesu vidū dodot priekšstatu par sarežģītā oksidatīvā fosforilācijas procesa vai patiesas šūnu elpošanas izpratni.

-Visbeidzot, tas ir veicinājis dažādu procesu, piemēram, infekcijas, izpēti, ļaujot analizēt ceļu, kam seko DNS, ko injicē fāga (baktēriju vīruss), un proteīnus, ko saimniekšūna var sintezēt..

Atsauces

1. Parul Kumar (s.f.). Centrifūga: Ievads, veidi, pielietojumi un cita informācija (ar diagrammu). Ņemts no: biologydiscussion.com
2. 3. nodaļa Centrifugēšana. [PDF] Saturs iegūts no: phys.sinica.edu.tw
3. Bioķīmijas un lietišķās molekulārās bioloģijas pamati. (Bioloģijas grāds) 2. tēma: centrifugēšana. [PDF] Paņemts no: ehu.eus
4. Mathews, C. K. un Van Holde, K. E. (1998). Biochemistry, 2nd ed. McGraw-Hill Interamericana.
5. Vikipēdija. (2018). Centrifugēšana Uzņemts no: en.wikipedia.org