CENTRIFUGACE: Z ČEHO SE SKLÁDÁ, TYPY, VÝZNAM, PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Odstřeďování je metoda, metoda nebo postup, mechanicky nebo fyzicky oddělování molekul nebo částic s různou hustotou, a jsou také přítomny v kapalném médiu. Jeho základním kamenem je použití odstředivé síly, aplikované zařízením zvaným odstředivka.

Odstředěním mohou být složky tekutého vzorku separovány a analyzovány. Mezi tyto složky patří různé třídy molekul nebo částic. Jako částice se odkazuje na různé buněčné fragmenty, na organely buněk, mezi jinými na různé typy buněk.

Odstředivka. Zdroj: Matt Janicki přes Flickr

Theodor Svedger je považován za jednoho z předních průkopníků ve výzkumu odstřeďování. Nobelova cena v roce 1926 určila, že molekuly nebo částice s vlastní velikostí mají různé sedimentační koeficienty S. „S“ pochází ze Svedgeru na počest jeho práce.

Částice tedy mají charakteristické rychlosti sedimentace. To znamená, že ne všichni se chovají stejným způsobem při působení odstředivé síly vyjádřené v otáčkách za minutu (ot / min) nebo v závislosti na poloměru rotoru (relativní odstředivá síla, g).

Mezi faktory, které určují S a jeho rychlost, patří například vlastnosti molekul nebo částic; vlastnosti média; technika nebo metoda odstřeďování; a typ použité odstředivky mimo jiné.

Odstředění je klasifikováno podle jeho užitečnosti. V přípravném případě, pokud je omezeno na oddělení složek vzorku; a v analytice, když se také snaží analyzovat oddělenou molekulu nebo částici. Na druhou stranu ji lze také klasifikovat na základě podmínek procesu.

Centrifugace v jejích různých typech byla nezbytná pro rozvoj vědeckých poznatků. Používá se ve výzkumných centrech a usnadňuje mimo jiné pochopení komplexních biochemických a biologických procesů.

Z čeho se skládá? (proces)

Základy centrifugace

Odstřeďovací proces je založen na skutečnosti, že molekuly nebo částice, které tvoří vzorek v roztoku, se budou otáčet při rotaci v zařízení zvaném odstředivka. To způsobuje oddělení částic od prostředí, které je obklopuje, když se usazují různými rychlostmi.

Tento proces je konkrétně založen na teorii sedimentace. Podle toho se částice, které mají vyšší hustotu, usadí, zatímco zbytek látek nebo složek životního prostředí zůstane suspendován.

Proč? Protože molekuly nebo částice mají své vlastní velikosti, tvary, hmotnosti, objemy a hustoty. Ne všichni z nich tedy sedimentují stejným způsobem, což se promítá do jiného sedimentačního koeficientu S; a následně při různé rychlosti sedimentace.

Tyto vlastnosti jsou takové, které umožňují separaci molekul nebo částic odstředivou silou při dané rychlosti odstřeďování.

Odstředivá síla

Odstředivá síla bude ovlivněna několika faktory, které určují sedimentaci: ty, které jsou vlastní molekulám nebo částicím; k charakteristikám prostředí, ve kterém se nacházejí; a faktory související s odstředivkami, kde se provádí odstřeďovací postup.

Ve vztahu k molekulám nebo částicem ovlivňují faktory hmotnost, měrný objem a flotační faktor sedimentace.

Pokud jde o prostředí, které je obklopuje, je důležitá hmotnost vytlačeného rozpouštědla, hustota média, odolnost vůči postupu a koeficient tření.

Co se týče odstředivky, nejdůležitějšími faktory ovlivňujícími sedimentační proces jsou typ rotoru, úhlová rychlost, odstředivá síla a následně odstředivá rychlost.

Druhy odstředivek

Existuje několik druhů odstředivek, kterými může být vzorek vystaven různým rychlostem odstřeďování.

V závislosti na maximální rychlosti, kterou dosáhnou, vyjádřenou v odstředivém zrychlení (relativní odstředivá síla g), lze je jednoduše klasifikovat jako odstředivky, které mají maximální rychlost přibližně 3 000 g.

V tzv. Supercentrifugech lze dosáhnout většího rozsahu rychlostí téměř 25 000 g. A v ultracentrifugech je rychlost mnohem vyšší a dosahuje 100 000 g.

Podle jiných kritérií existují stolní mikrocentrifugy nebo odstředivky, které jsou speciální pro provádění procesu odstřeďování s malým objemem vzorku, dosahující rozmezí 12 000 až 15 000 g.

Existují vysokokapacitní odstředivky, které umožňují odstřeďování větších, vysokorychlostních vzorků, jako jsou ultracentrifugy.

Obecně je třeba regulovat několik faktorů, které chrání rotor a vzorek před přehřátím. Za tímto účelem byly mimo jiné vytvořeny ultracentrifugy se zvláštními podmínkami vakua nebo chlazení.

Typy rotorů

Jedním z určujících prvků je typ rotoru, zařízení, které se otáčí a kde jsou umístěny trubky. Existují různé typy rotorů. Mezi hlavní patří otočné rotory, rotory s pevným úhlem a vertikální rotory.

U naklápěcích rotorů získají trubky při umísťování trubek do zařízení tohoto typu rotoru a při otáčení uspořádání kolmé k ose otáčení.

U rotorů s pevným úhlem budou vzorky umístěny uvnitř pevné struktury; jak je vidět na obrázku a v mnoha odstředivkách.

A ve svislých rotorech v některých ultracentrifugách se trubky budou otáčet rovnoběžně s osou rotace.

Druhy odstřeďování

Druhy odstřeďování se liší podle účelu jejich aplikace a podmínek, ve kterých se proces provádí. Tyto podmínky se mohou lišit v závislosti na typu vzorku a povaze toho, co se má oddělit a / nebo analyzovat.

První kritérium klasifikace je založeno na účelu nebo účelu jeho provedení: preparativní centrifugace a analytická centrifugace.

Preparativní centrifugace

Toto jméno dostává, když se centrifugace používá hlavně k izolaci nebo oddělení molekul, částic, buněčných fragmentů nebo buněk pro jejich pozdější použití nebo analýzu. Množství vzorku, které se obvykle používá pro tento účel, je relativně velké.

Analytická centrifugace

Analytické odstředění se provádí za účelem měření nebo analýzy fyzikálních vlastností, jako je sedimentační koeficient a molekulová hmotnost usazených částic.

Centrifugace na základě tohoto cíle může být prováděna použitím různých standardizovaných podmínek; jako je tomu například u jedné z analytických ultracentrifugačních technik, které umožňují analyzovat separované molekuly nebo částice, a to i při sedimentaci.

V některých specifických případech může být vyžadováno použití zkumavek z křemenných odstředivek. Umožňují tak průchod viditelného a ultrafialového světla, protože během centrifugačního procesu jsou molekuly pozorovány a analyzovány optickým systémem.

Přesně, existují další klasifikační kritéria v závislosti na charakteristikách nebo podmínkách, za kterých se odstřeďovací proces provádí. Jedná se o: diferenciální odstřeďování, odstřeďování v pásmech nebo pásmech a odstředivé odstředění isopyknické nebo sedimentační rovnováhy.

Diferenční centrifugace

Tento typ odstřeďování spočívá v tom, že se vzorek podrobí odstřeďování, obvykle pomocí úhlového rotoru, po určitou dobu a rychlost.

Je založen na separaci částic kvůli jejich rozdílům v sedimentační rychlosti, která přímo souvisí s jejich velikostí. Ty, které jsou větší a větší S, se usazují na dně zkumavky; zatímco ty, které jsou menší, zůstanou pozastaveny.

Při tomto typu odstředění je životně důležité oddělení sraženiny. Suspendované částice musí být dekantovány nebo odstraněny z tuby tak, aby sediment nebo peleta mohla být suspendována v jiném rozpouštědle pro následné čištění; to znamená, že se znovu odstředí.

Tento typ techniky není vhodný pro separaci molekul. Místo toho může být použit k oddělení například buněčných organel, buněk, mezi jinými částicemi.

Odstřeďování zón nebo pásů

Odstředivá zóna nebo pás provádí separaci složek vzorku na základě rozdílu S při průchodu médiem s předem vytvořeným gradientem hustoty; jako například Ficoll nebo sacharóza.

Vzorek se umístí na vrchol gradientu zkumavky. Dále pokračuje ve vysoké rychlosti odstřeďování a separace probíhá v různých pásech uspořádaných podél středu (jako by to byla želatina s více vrstvami).

Částice s nižší hodnotou S zůstávají na začátku média, zatímco ty, které jsou větší nebo mají vyšší S, jdou směrem ke dnu zkumavky.

Tímto postupem lze oddělit složky nalezené v různých sedimentačních pásmech. Je důležité dobře řídit čas, aby se zabránilo tomu, že se všechny molekuly nebo částice vzorku usadí na dně zkumavky.

Isopycnická centrifugace a jiné typy

- Existuje mnoho dalších typů odstřeďování, jako je isopycnic. To se specializuje na oddělování makromolekul, i když jsou stejného typu. DNA se velmi dobře hodí do tohoto typu makromolekul, protože představuje změny v sekvencích a množství jeho dusíkatých bází; a proto sedimentuje při různých rychlostech.

-Je zde také ultracentrifugace, kterou se studují sedimentační vlastnosti biomolekul, což je proces, který lze sledovat například pomocí ultrafialového světla.

Bylo to užitečné při porozumění subcelulárních struktur nebo organel. Rovněž umožnil pokrok v molekulární biologii a ve vývoji polymerů.

Aplikace

Existuje mnoho oblastí každodenního života, ve kterých se používají různé typy odstřeďování. Používají se mimo jiné ve zdravotnictví, v bioanalytických laboratořích, ve farmaceutickém průmyslu. Jeho význam však lze shrnout dvěma slovy: odděleně a charakterizovat.

Oddělí částice

V chemii se ukázaly různé odstředivé techniky z mnoha důvodů velmi důležité.

Umožňuje oddělit dvě mísitelné molekuly nebo částice. Pomáhá odstraňovat nežádoucí nečistoty, látky nebo částice ve vzorku; například vzorek, kde chcete pouze konzervovat proteiny.

V biologickém vzorku, jako je krev, může být plazma oddělena od buněčné složky odstředěním. To přispívá k provádění různých typů biochemických nebo imunologických testů na plazmě nebo séru, jakož i při rutinních nebo speciálních studiích.

Rovnoměrná centrifugace umožňuje oddělení různých typů buněk. Například ze vzorku krve mohou být červené krvinky odděleny od leukocytů nebo bílých krvinek a také od krevních destiček.

Stejnou užitečnost lze získat odstředěním v kterékoli z biologických tekutin: moči, mozkomíšním moku, plodové vodě. Tímto způsobem je možné provádět širokou škálu analýz.

Jako charakterizační technika

Rovněž umožnilo studovat nebo analyzovat charakteristiky nebo hydrodynamické vlastnosti mnoha molekul; hlavně komplexních molekul nebo makromolekul.

Stejně jako mnoho makromolekul, jako jsou nukleové kyseliny. Mezi mnoha dalšími aplikacemi dokonce usnadnila charakterizaci podrobností o podtypech stejné molekuly, jako je RNA.

Příklady odstředění

- Díky různým technikám odstřeďování bylo dosaženo pokroku v přesné znalosti komplexních biologických procesů, jako jsou infekční a metabolické procesy.

- Přes centrifugaci bylo objasněno mnoho ultrastrukturálních a funkčních aspektů molekul a biomolekul. Mezi takovými biomolekuly jsou proteiny inzulín a hemoglobin; a na druhé straně nukleové kyseliny (DNA a RNA).

- S podporou odstředění byly rozšířeny znalosti a porozumění mnoha procesům, které udržují život. Jedním z nich je Krebsův cyklus.

V tomto stejném poli užitečnosti to ovlivnilo znalost molekul, které tvoří dýchací řetězec. Poskytnutí světla porozumění komplexnímu procesu oxidační fosforylace nebo opravdové buněčné dýchání, mimo jiné mnoho procesů.

- Konečně přispělo ke studiu různých procesů, jako je infekční onemocnění, tím, že umožnilo analýzu cesty, po které následuje DNA injikovaná fágem (bakteriální virus) a proteiny, které může hostitelská buňka syntetizovat.

Reference

1. Parul Kumar. (sf). Odstředivka: Úvod, typy, použití a další podrobnosti (s diagramem). Převzato z: biologydiscussion.com
2. Kapitola 3 Odstředění.. Obnoveno z: phys.sinica.edu.tw
3. Základy biochemie a aplikované molekulární biologie. (Bakalář biologie) Téma 2: odstřeďování.. Převzato z: ehu.eus
4. Mathews, CK a Van Holde, KE (1998). Biochemistry, 2. vyd. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Odstředění. Převzato z: en.wikipedia.org