ЦЕНТРОФУГИРАНЕ: ОТ КАКВО СЕ СЪСТОИ, ВИДОВЕ, ЗНАЧЕНИЕ, ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

В центрофугирането е техника, метод или процедура, механично или физично разделяне на молекули или частици с различни плътности и също са в течна среда. Крайъгълният му камък е прилагането на центробежна сила, прилагана от оборудване, наречено центрофуга.

Чрез центрофугиране компонентите на течна проба могат да бъдат разделени и анализирани. Сред тези компоненти са различните класове молекули или частици. Като частици се прави позоваване на различни клетъчни фрагменти, органели на клетки, дори на различни видове клетки, между другото.

Центрофуга. Източник: Мат Яницки чрез Flickr

Теодор Шведгер се счита за един от водещите пионери в изследванията за центрофугиране. Нобеловата награда през 1926 г. определя, че молекулите или частиците със собствени размери имат различни коефициенти на утаяване S. "S" идва от Svedger, в чест на неговата работа.

Следователно частиците имат характерни скорости на утаяване. Това означава, че не всички от тях се държат по един и същи начин под действието на центробежна сила, изразена в обороти в минута (rpm), или като функция на радиуса на ротора (относителна центробежна сила, g).

Сред факторите, които определят S и неговата скорост, са например характеристиките на молекулите или частиците; свойствата на средата; техниката или методът на центрофугиране; и вида на използваната центрофуга, наред с други аспекти.

Центрофугирането се класифицира според неговата полезност. В подготвителен, когато е ограничен до разделянето на компонентите на пробата; и в аналитиката, когато тя също така се стреми да анализира отделената молекула или частица. От друга страна, той също може да бъде класифициран въз основа на условията на процеса.

Центрофугирането в различните му видове е от съществено значение за развитието на научните знания. Използвана в изследователски центрове, тя улесни разбирането на сложните биохимични и биологични процеси, наред с много други.

От какво се състои тя? (Процес)

Основа на центрофугиране

Процесът на центрофугиране се основава на факта, че молекулите или частиците, които съставят проба в разтвор, ще се въртят при въртене в устройство, наречено центрофуга. Това причинява отделянето на частиците от околната среда, която ги заобикаля, докато те се заселват с различна скорост.

Процесът се базира конкретно на теорията за утаяването. Според това частиците, които имат по-висока плътност, ще се утаят, а останалите вещества или компоненти от околната среда ще останат суспендирани.

Защо? Тъй като молекулите или частиците имат свои собствени размери, форми, маси, обеми и плътности. Следователно, не всички от тях успяват да утаяват по един и същи начин, което се превръща в различен коефициент на утаяване S; и следователно с различна скорост на утаяване.

Тези свойства са тези, които позволяват молекули или частици да бъдат разделени чрез центробежна сила при дадена скорост на центрофугиране.

Центробежна сила

Центробежната сила ще бъде повлияна от няколко фактора, които ще определят утаяването: тези, присъщи на молекулите или частиците; към характеристиките на средата, в която се намират; и фактори, свързани с центрофугите, където се извършва процедурата на центрофугиране.

По отношение на молекулите или частиците масата, специфичният обем и коефициентът на флотация на същите влияят върху факторите на утаяване.

По отношение на околната среда, която ги заобикаля, важни са масата на изместения разтворител, плътността на средата, устойчивостта на прогресиране и коефициентът на триене.

По отношение на центрофугата, най-важните фактори, влияещи върху процеса на утаяване, са видът на ротора, ъгловата скорост, центробежната сила и съответно центробежната скорост.

Видове центрофуги

Има няколко вида центрофуги, чрез които пробата може да бъде подложена на различни скорости на центрофугиране.

В зависимост от максималната скорост, която достигат, изразена в центробежно ускорение (относителна центробежна сила g), те могат да бъдат просто класифицирани като центрофуги с максимална скорост от около 3000 g.

Докато в така наречените суперцентрифуги, по-голям диапазон от скорости може да бъде достигнат близо до 25 000 g. А при ултрацентрифуги скоростта е много по-висока, достигайки 100 000 g.

Според други критерии има настолни микроцентрифуги или центрофуги, които са специални за извършване на процеса на центрофугиране с малък обем на пробата, достигайки диапазон от 12 000 до 15 000 g.

Има центрофуги с голям капацитет, които позволяват центрофугиране на по-големи, високоскоростни обемен проби, като ултрацентрифуги.

Като цяло трябва да се контролират няколко фактора, за да се предпази роторът и пробата от прегряване. За това са създадени ултрацентрифуги със специални условия за вакуум или хладилник, наред с други.

Видове ротори

Един от определящите елементи е видът на ротора, устройство, което се върти и където се поставят тръбите. Има различни видове ротори. Сред основните са роторите с люлка, роторите с фиксиран ъгъл и вертикалните ротори.

При накланящи се ротори, когато поставяте тръбите в устройствата от този тип ротор и при въртене, тръбите ще придобият разположение, перпендикулярно на оста на въртене.

При ротори с фиксиран ъгъл пробите ще бъдат разположени вътре в солидна конструкция; както се вижда от изображението и в много центрофуги.

А във вертикалните ротори в някои ултрацентрифуги тръбите ще се въртят успоредно на оста на въртене.

Видове центрофугиране

Видовете центрофугиране варират в зависимост от целта на тяхното приложение и условията, при които се извършва процесът. Тези условия могат да бъдат различни в зависимост от вида на пробата и естеството на това, което трябва да бъде отделено и / или анализирано.

Има първи критерий за класификация, основан на целта или целта на неговото изпълнение: подготвително центрофугиране и аналитично центрофугиране.

Препаративно центрофугиране

Той получава това име, когато центрофугирането се използва главно за изолиране или отделяне на молекули, частици, клетъчни фрагменти или клетки, за по-късната им употреба или анализ. Количеството проба, което обикновено се използва за тази цел, е сравнително голямо.

Аналитично центрофугиране

Аналитичното центрофугиране се извършва с цел измерване или анализ на физичните свойства, като коефициента на утаяване и молекулната маса на утаените частици.

Центрофугирането въз основа на тази цел може да се извърши чрез прилагане на различни стандартизирани условия; какъвто е случаят например с една от аналитичните техники за ултрацентрифугиране, която позволява да се анализират молекулите или частиците, които са разделени, дори когато се извършва утаяване.

В някои конкретни случаи може да се наложи използването на кварцови центрофужни тръби. По този начин те позволяват преминаването на видима и ултравиолетова светлина, тъй като по време на процеса на центрофугиране молекулите се наблюдават и анализират с оптична система.

Точно има и други критерии за класификация в зависимост от характеристиките или условията, при които се извършва процесът на центрофугиране. Това са: диференциално центрофугиране, зонално или лентово центрофугиране и изопикнично или седиментационно равновесно центрофугиране.

Диференциално центрофугиране

Този тип центрофугиране се състои в подлагане на проба на центрофугиране, обикновено с ъглов ротор, за определено време и скорост.

Тя се основава на разделянето на частиците поради разликата им в скоростта на утаяване, което е пряко свързано с техните размери. Тези, които са по-големи и по-големи S, се установяват на дъното на тръбата; докато тези, които са по-малки, ще останат спрени.

Суспендираното отделяне на утайката е жизненоважно при този вид центрофугиране. Суспендираните частици трябва да бъдат декантирани или отстранени от епруветката, така че утайката или утайката да бъдат суспендирани в друг разтворител за последващо пречистване; тоест отново се центрофугира.

Този тип техника не е полезна за отделяне на молекулите. Вместо това може да се използва за отделяне например на клетъчни органели, клетки, между други частици.

Центрофугиране на зони или зони

Зоновото или лентовото центрофугиране извършва разделянето на компонентите на пробата въз основа на разликата на S при преминаване през среда с предварително формиран градиент на плътност; като Фикол, или захароза, например.

Пробата се поставя върху градиента на епруветката. След това се пристъпва към центрофугиране с висока скорост и разделянето става в различни ленти, подредени по средата (сякаш е желатин с множество слоеве).

Частиците с по-ниска стойност на S остават в началото на средата, докато тези, които са по-големи или имат по-висока S, отиват към дъното на тръбата.

С тази процедура компонентите, намиращи се в различните ленти на утаяване, могат да бъдат разделени. Важно е да се контролира времето добре, за да се избегне, че всички молекули или частици от пробата се установяват на дъното на епруветката.

Изопикнично центрофугиране и други видове

-Има много други видове центрофугиране, като изопикнично. Това е специализирано в отделяне на макромолекули, дори ако те са от един и същи тип. ДНК се вписва много добре в този тип макромолекули, тъй като представя вариации в последователностите и количеството на азотните му основи; и следователно утайка с различна скорост.

-Има и ултрацентрифугиране, чрез което се изучават седиментационните характеристики на биомолекулите, процес, който може да бъде наблюдаван, като се използва например ултравиолетова светлина.

Той е бил полезен за разбиране на субклетъчни структури или органели. Той също така даде възможност за напредък в молекулярната биология и в разработването на полимери.

Приложения

Има безброй области от ежедневието, в които се използват различните видове центрофугиране. Те се използват за здравната услуга, в биоаналитичните лаборатории, във фармацевтичната индустрия, наред с други области. Значението му обаче може да се обобщи с две думи: отделете и характеризирайте.

Отделя частици

В химията различните техники за центрофугиране се оказаха изключително важни по много причини.

Той позволява да се разделят две смесими молекули или частици. Помага за отстраняване на нежелани примеси, вещества или частици в пробата; например проба, в която искате да запазите само протеини.

В биологична проба, като кръв, плазмата може да бъде отделена от клетъчния компонент чрез центрофугиране. Това допринася за извършването на различни видове биохимични или имунологични тестове върху плазма или серум, както и за рутинни или специални изследвания.

Дори центрофугирането позволява отделянето на различните видове клетки. От кръвна проба, например, червените кръвни клетки могат да бъдат отделени от левкоцити или бели кръвни клетки, а също и от тромбоцити.

Същата полезност може да бъде получена с центрофугиране във всеки от биологичните течности: урина, цереброспинална течност, околоплодна течност, и много други. По този начин може да се направи голямо разнообразие от анализи.

Като техника за характеризиране

Освен това направи възможно изследването или анализа на характеристиките или хидродинамичните свойства на много молекули; главно от сложни молекули или макромолекули.

Както и множество макромолекули като нуклеинови киселини. Той дори улесни характеризирането на подробности за подтиповете на същата молекула като РНК, сред много други приложения.

Примери за центрофугиране

-Благодаря на различните техники за центрофугиране, беше постигнат напредък в точните познания на сложните биологични процеси като инфекциозни заболявания и метаболизъм, наред с други.

-През центрофугирането бяха изяснени много ултраструктурни и функционални аспекти на молекулите и биомолекулите. Сред такива биомолекули, протеините инсулин и хемоглобин; и от друга страна, нуклеинови киселини (ДНК и РНК).

-С подкрепата на центрофугирането се разшири познанието и разбирането на много от процесите, които поддържат живота. Един от тях е цикълът на Кребс.

В същата тази област на полезност той е повлиял на познаването на молекулите, съставляващи дихателната верига. По този начин, давайки светлина за разбирането на сложния процес на окислително фосфорилиране или истинско клетъчно дишане, сред много други процеси.

-Накрая, той допринесе за изучаването на различни процеси като инфекциозно заболяване, като позволи анализ на маршрута, последван от ДНК, инжектирана от фаг (бактериален вирус), и протеините, които клетката гостоприемник може да синтезира.

Препратки

1. Парул Кумар. (SF). Центрофуга: Въведение, типове, употреби и други детайли (с диаграма). Взета от: biologydiscussion.com
2. Глава 3 Центрофугиране., Възстановено от: phys.sinica.edu.tw
3. Основи на биохимията и приложната молекулярна биология. (Бакалавър по биология) Тема 2: центрофугиране., Взета от: ehu.eus
4. Mathews, CK и Van Holde, KE (1998). Биохимия, 2-ро изд. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Центрофугиране. Взета от: en.wikipedia.org