CENTRIFUGÁLÁS: MIBŐL ÁLL, TÍPUSAI, FONTOSSÁGA, PÉLDÁK - KÉMIA - 2026

A centrifugálás technika, módszer vagy eljárás, amelynek során mechanikailag vagy fizikailag elválasztják a különböző sűrűségű molekulákat vagy részecskéket, és folyékony közegben vannak jelen. Sarokköve a centrifugális erő alkalmazása, amelyet egy centrifugának nevezett berendezés alkalmaz.

Centrifugálással a folyékony minta alkotóelemei elválaszthatók és elemezhetők. Ezen összetevők között megtalálhatók a különböző molekulák vagy részecskék osztályai. Részecskékként különféle sejtfragmensekre, a sejtek organelláira, többek között különféle sejttípusokra is hivatkozunk.

Centrifugában. Forrás: Matt Janicki a Flickr-en keresztül

Theodor Svedgert a centrifugálási kutatás egyik vezető úttörőjének tekintik. Az 1926-os Nobel-díj megállapította, hogy a méretüknek megfelelő molekuláknak vagy részecskéknek különböző ülepedési koefficienseik vannak. Az "S" Svedger-től származik, munkája tiszteletére.

Ezért a részecskék jellegzetes ülepedési sebességgel rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy nem mindegyik viselkedik ugyanolyan módon egy percenkénti fordulatban (rpm) kifejezett centrifugális erő hatására, vagy a forgórész sugara függvényében (relatív centrifugális erő, g).

Az S-t és annak sebességét meghatározó tényezők között szerepel például a molekulák vagy részecskék jellemzői; a közeg tulajdonságai; a centrifugálás technikája vagy módja; és a felhasznált centrifuga típusa, többek között a típus.

A centrifugálást hasznossága szerint osztályozzuk. Preparatív formában, amikor a minta alkotóelemeinek szétválasztására korlátozódik; és az analitikában, amikor az elválasztott molekula vagy részecske elemzésére is törekszik. Másrészt, a folyamat körülményei alapján is besorolható.

A különféle típusú centrifugálás elengedhetetlen a tudományos ismeretek fejlődéséhez. A kutatóközpontokban felhasználva elősegítette többek között a komplex biokémiai és biológiai folyamatok megértését.

Miből áll? (folyamat)

A centrifugálás alapja

A centrifugálási folyamat azon a tényen alapul, hogy az oldatban szereplő mintát alkotó molekulák vagy részecskék forognak, amikor egy centrifugának nevezett eszközben forognak. Ez okozza a részecskék elválasztását a körülvevő környezettől, mivel eltérő sebességgel állnak le.

A folyamat kifejezetten az ülepedés elméletén alapszik. Ennek értelmében a nagyobb sűrűségű részecskék leülepednek, míg a környezet többi része vagy összetevője szuszpendált marad.

Miért? Mivel a molekuláknak vagy részecskéknek megvan a maga mérete, alakja, tömege, térfogata és sűrűsége. Ezért nem mindegyiknek sikerül azonos módon ülepedni, ami más S ülepedési együtthatóvá változik; és következésképpen más ülepedési sebességgel.

Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik a molekulák vagy részecskék centrifugális erő elválasztását egy adott centrifugálási sebességnél.

Centrifugális erő

A centrifugális erőt számos olyan tényező befolyásolja, amelyek meghatározzák az ülepedést: a molekulák vagy részecskék velejárója; annak a környezetnek a jellemzőihez, amelyben megtalálják őket; és a centrifugálással kapcsolatos tényezők, ahol a centrifugálási eljárást végrehajtják.

A molekulákhoz vagy részecskékhez viszonyítva ugyanazok a tömeg, a fajlagos térfogat és a flotációs tényező befolyásolják az ülepedést.

Az őket körülvevő környezetet tekintve a kiszorított oldószer tömege, a közeg sűrűsége, az előrehaladási ellenállás és a súrlódási együttható fontos.

A centrifuga szempontjából az ülepedési folyamatot befolyásoló legfontosabb tényezők a forgórész típusa, a szögsebesség, a centrifugális erő és ennek következtében a centrifugális sebesség.

A centrifugák típusai

Különböző típusú centrifugák vannak, amelyekkel a mintát különböző centrifugálási sebességnek vethetik alá.

Attól függően, hogy mekkora maximális sebességet kapnak, centrifugális gyorsulással kifejezve (relatív centrifugális erő g), azokat egyszerűen centrifugáknak lehet besorolni, maximális sebességük körülbelül 3000 g.

Míg az úgynevezett szupercentrifugákban nagyobb sebességtartomány érhető el 25 000 g közelében. És az ultracentrifugákban a sebesség sokkal nagyobb, elérve a 100 000 g-ot.

Más kritériumok szerint vannak olyan asztali mikrocentrifugák vagy centrifugák, amelyek speciálisak a centrifugálási eljárás elvégzéséhez kis mintamennyiséggel, 12 000-15 000 g tartományba esve.

Vannak nagy kapacitású centrifugák, amelyek lehetővé teszik a nagyobb, nagy sebességű minták, például az ultracentrifugák centrifugálását.

Általában több tényezőt kell ellenőrizni, hogy megvédjük a forgórészt és a mintát a túlmelegedéstől. Ehhez ultracentrifugákat hoztak létre, többek között speciális vákuum- vagy hűtési körülmények között.

Rotor típusok

Az egyik meghatározó elem a rotor típusa, egy eszköz, amely forog, és ahol a csövek vannak elhelyezve. Különböző típusú rotorok vannak. A legfontosabbak között vannak a lengőkar-forgórészek, a rögzített szögű forgórészek és a függőleges forgórészek.

Dönthető forgórészeknél, amikor a csöveket az ilyen típusú rotorberendezésekbe helyezik és forognak, a csövek a forgástengelyre merőleges elrendezést kapnak.

Rögzített szögű rotorokban a mintákat szilárd szerkezetben kell elhelyezni; amint az a képen látható és sok centrifugában.

És néhány függőleges forgórészben néhány ultracentrifugában a csövek párhuzamosan forognak a forgástengellyel.

A centrifugálás típusai

A centrifugálás típusai alkalmazásuk céljától és a folyamat végrehajtásának körülményeitől függően változnak. Ezek a feltételek a minta típusától és a szétválasztandó és / vagy elemzendő jellegétől függően eltérőek lehetnek.

Van egy első osztályozási kritérium, amely teljesítményének célja vagy célja alapján készül: preparatív centrifugálás és analitikus centrifugálás.

Preparatív centrifugálás

Ezt a nevet kapja, amikor a centrifugálást elsősorban molekulák, részecskék, sejtfragmensek vagy sejtek izolálására vagy elválasztására használják későbbi felhasználásukra vagy elemzésre. Az erre a célra általában használt mintamennyiség viszonylag nagy.

Analitikus centrifugálás

Az analitikus centrifugálást a fizikai tulajdonságok, például az ülepedési együttható és a leülepedett részecskék molekulatömegének mérésére vagy elemzésére végezzük.

Az ezen a célon alapuló centrifugálás különféle szabványosított feltételek alkalmazásával hajtható végre; mint például az egyik analitikus ultracentrifugálási módszer, amely lehetővé teszi az elválasztott molekulák vagy részecskék elemzését, még akkor is, ha az ülepedés megtörténik.

Bizonyos különleges esetekben kvarccentrifugacsövek alkalmazására lehet szükség. Így lehetővé teszik a látható és az ultraibolya fény átjutását, mivel a centrifugálási folyamat során a molekulákat megfigyelik és elemzik optikai rendszerrel.

Pontosan más osztályozási kritériumok vannak a centrifugálási folyamat jellemzőitől vagy körülményeitől függően. Ezek a következők: differenciális centrifugálás, zónás vagy sávos centrifugálás és izopiciklikus vagy ülepedési egyensúlyi centrifugálás.

Diferenciális centrifugálás

Az ilyen típusú centrifugálás abból áll, hogy a mintát egy meghatározott időre és sebességre centrifugálják, általában egy szögrotorral.

A részecskék elválasztásán alapszik, mivel a szedimentációs sebesség különbséget mutat, amely közvetlenül összefügg a méretükkel. A nagyobb és nagyobb S a cső alján helyezkedik el; míg a kisebbek felfüggesztésre kerülnek.

A csapadék szuszpendált elválasztása elengedhetetlen az ilyen típusú centrifugálás során. A szuszpendált részecskéket dekantálják vagy eltávolítják a csőből, hogy az üledéket vagy üledéket egy másik oldószerben szuszpendálhassák a későbbi tisztításhoz; vagyis újra centrifugálják.

Az ilyen típusú módszer nem használható a molekulák elválasztására. Ehelyett fel lehet használni például a celluláris organellák és a sejtek szétválasztására más részecskék között.

Zóna vagy sáv centrifugálása

A zónás vagy sávos centrifugálás elvégzi a minta komponenseinek szétválasztását az S különbség alapján, amikor egy előre kialakított sűrűséggradienssel rendelkező közegen áthaladnak; mint például a Ficoll vagy a szacharóz.

A mintát a kémcső gradiensének tetejére helyezzük. Ezután nagy sebességgel centrifugálják, és az elválasztás a középső rész mentén elrendezett különböző sávokban zajlik (mintha több rétegű zselatin lenne).

Az alacsonyabb S értékű részecskék a közeg elején maradnak, míg azok, amelyek nagyobb vagy nagyobb S-vel, a cső alja felé mennek.

Ezzel az eljárással a különböző ülepedési sávokban található komponensek elválaszthatók. Fontos az idő megfelelő ellenőrzése, hogy elkerüljük, hogy a minta összes molekulája vagy részecske leülepedjen a cső aljára.

Izopicnic centrifugálás és egyéb típusok

- Sok más típusú centrifugálás is létezik, mint például az izopicnic. Ez a makromolekulák elválasztására szakosodott, még akkor is, ha azonos típusúak. A DNS nagyon jól illeszkedik az ilyen típusú makromolekulákhoz, mivel nitrogénbázisok szekvenciáinak és mennyiségének változásait mutatja be; és ezért az üledék különböző sebességgel.

- Van még ultracentrifugálás, amelyen keresztül tanulmányozzák a biomolekulák ülepedési tulajdonságait. Ezt a folyamatot például ultraibolya fény segítségével lehet megfigyelni.

Hasznos volt a szubcelluláris struktúrák vagy az organellák megértésében. Ez lehetővé tette a haladást a molekuláris biológiában és a polimerek fejlesztésében.

Alkalmazások

A napi élet számtalan területe van, ahol a különböző típusú centrifugálást alkalmazzák. Egészségügyi szolgálatban, bioanalitikai laboratóriumokban, a gyógyszeriparban használják őket, többek között. Jelentőségét azonban két szót lehet összefoglalni: elkülöníteni és jellemezni.

Elkülöníti a részecskéket

A kémiában a különféle centrifugálási technikák számos okból rendkívül fontosnak bizonyultak.

Ez lehetővé teszi két elegyedő molekula vagy részecske elválasztását. Segít eltávolítani a mintából a nem kívánt szennyeződéseket, anyagokat vagy részecskéket; például egy mintát, amelyben csak a fehérjéket kívánja megőrizni.

Egy biológiai mintában, például vérben, a plazma centrifugálással választható el a celluláris komponensről. Ez hozzájárul a plazmán vagy szérumon végzett különféle biokémiai vagy immunológiai tesztek elvégzéséhez, valamint a rutin vagy speciális vizsgálatok elvégzéséhez.

Még a centrifugálás lehetővé teszi a különféle sejttípusok elválasztását. Vérmintából például a vörösvértestek elválaszthatók a leukocitáktól vagy fehérvérsejtektől, valamint a vérlemezkektől.

Ugyanez a hasznosság érhető el bármely biológiai folyadékban végzett centrifugálással: többek között a vizeletben, agyi gerincvelő folyadékban, amniotikus folyadékban. Ilyen módon sokféle elemzést lehet elvégezni.

Mint jellemzési technika

Ez lehetővé tette számos molekula tulajdonságainak vagy hidrodinamikai tulajdonságainak tanulmányozását vagy elemzését; elsősorban komplex molekulákból vagy makromolekulákból.

Csakúgy, mint számos makromolekula, például nukleinsavak. Sőt, sok más alkalmazás között megkönnyítette ugyanazon molekula altípusainak jellemzését, mint például az RNS.

Példák centrifugálásra

- A különféle centrifugálási technikáknak köszönhetően előrelépés történt a komplex biológiai folyamatok, például a fertőző és metabolikus folyamatok pontos ismeretében.

-A centrifugálás útján a molekulák és biomolekulák sok ultrastrukturális és funkcionális aspektusát megvilágították. Az ilyen biomolekulák között az inzulin és a hemoglobin fehérjék; és másrészt, nukleinsavak (DNS és RNS).

-A centrifugálás támogatásával kibővült az életfenntartó folyamatok sokféle ismerete és megértése. Az egyik a Krebs-ciklus.

Ugyanebben a hasznosítási területen befolyásolta a légzési láncot alkotó molekulák ismeretét. Így sok más eljárás között fényt adhatunk az oxidatív foszforiláció komplex folyamatának vagy az igaz sejtes légzésnek a megértésére.

-Végül, hozzájárult a különféle folyamatok, például a fertőző betegségek tanulmányozásához azáltal, hogy lehetővé teszi a fág (baktériumvírus) által beinjektált DNS és a gazdasejt által szintetizálni képes fehérjék által követett út elemzését.

Irodalom

1. Parul Kumar. (Sf). Centrifuga: Bevezetés, típusok, felhasználások és egyéb részletek (ábrával). Forrás: biologydiscussion.com
2. 3. fejezet Centrifugálás.. Helyreállítva: phys.sinica.edu.tw
3. A biokémia és az alkalmazott molekuláris biológia alapelvei. (Biológiai Bachelor) 2. téma: centrifugálás.. Készült: ehu.eus
4. Mathews, CK és Van Holde, KE (1998). Biokémia, 2. kiadás McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Centrifugálás. Forrás: en.wikipedia.org