Odstredenie v tom, čo sa skladá, typy, význam, príklady



odstreďovanie je technika, spôsob alebo postup, ktorý mechanicky alebo fyzikálne oddeľuje molekuly alebo častice s rôznymi hustotami a ktoré sú tiež prítomné v kvapalnom médiu. Jej základným kameňom je aplikácia odstredivej sily, ktorú uplatňuje tím nazývaný odstredivé.

Odstredením sa môžu zložky kvapalnej vzorky oddeliť a analyzovať. Medzi tieto zložky patria rôzne triedy molekúl alebo častíc. Ako častice sa okrem iných označujú rôzne bunkové fragmenty, a to na organely buniek, dokonca na niekoľko typov buniek..

Theodor Svedger je považovaný za jedného z hlavných priekopníkov výskumu v centrifugácii. Nobelova cena v roku 1926 určila, že molekuly alebo častice s vlastnou veľkosťou majú rozdielne koeficienty sedimentácie S. "S" pochádza zo Svedgera, na počesť jeho diel.

Častice preto majú charakteristické rýchlosti sedimentácie. To znamená, že nie všetci sa správajú rovnakým spôsobom pri pôsobení odstredivej sily vyjadrenej v otáčkach za minútu (rpm) alebo ako funkcia polomeru rotora (relatívna odstredivá sila)., g).

Medzi faktormi, ktoré určujú S a jeho rýchlosť, sú napríklad charakteristiky molekúl alebo častíc; vlastnosti média; techniku ​​alebo spôsob odstreďovania; a typ použitej odstredivky.

Odstreďovanie sa klasifikuje podľa použitia. V preparatívnom prípade, ak je obmedzená na separáciu zložiek vzorky; a v analytike, keď sa tiež snaží analyzovať oddelenú molekulu alebo časticu. Na druhej strane sa môže klasifikovať aj podľa podmienok procesu.

Odstredenie v jeho rôznych typoch bolo nevyhnutné pre rozvoj vedeckých poznatkov. Používa sa vo výskumných centrách a uľahčila pochopenie zložitých biochemických a biologických procesov, medzi inými.

index

  • 1 Čo je to? (Proces)
    • 1.1 Základ odstreďovania
    • 1.2 Odstredivá sila
  • 2 Typy odstrediviek
    • 2.1 Typy rotorov
  • 3 Typy centrifugácie
    • 3.1 Preparatívna centrifugácia
    • 3.2 Analytické odstredenie
    • 3.3 Diferenciálna centrifugácia
    • 3.4 Odstreďovanie zón alebo pásov
    • 3.5 Izopyknické odstreďovanie a iné typy
  • 4 Aplikácie
    • 4.1 Oddelené častice
    • 4.2 Ako charakterizačná technika
  • 5 Príklady centrifugácie
  • 6 Referencie

Z čoho sa skladá? (Proces)

Základ centrifugácie

Proces centrifugácie je založený na skutočnosti, že molekuly alebo častice, ktoré tvoria vzorku v roztoku, sa otáčajú, keď sa otáčajú v zariadení nazývanom odstredivka. To spôsobuje separáciu častíc z okolitého média pri sedimentácii rôznymi rýchlosťami.

Tento proces je založený na teórii sedimentácie. Podľa toho sa častice, ktoré majú väčšiu hustotu, usadzujú, zatiaľ čo zvyšok látok alebo zložiek média zostane suspendovaný.

Prečo? Pretože molekuly alebo častice majú svoje vlastné veľkosti, tvary, hmotnosti, objemy a hustoty. Preto nie všetky z nich sa usadia rovnakým spôsobom, čo sa premieta do odlišného sedimentačného koeficientu S; a teda pri inej rýchlosti sedimentácie.

Tieto vlastnosti umožňujú oddeliť molekuly alebo častice odstredivou silou pri určitej rýchlosti odstreďovania.

Odstredivá sila

Odstredivá sila bude ovplyvnená niekoľkými faktormi, ktoré určujú sedimentáciu: tie, ktoré sú vlastné molekulám alebo časticiam; charakteristika prostredia, v ktorom sa nachádzajú; a faktory súvisiace s odstredivkami, pri ktorých sa uskutočňuje postup odstreďovania.

Vo vzťahu k molekulám alebo časticiam sú hmotnosť, špecifický objem a faktor flotácie rovnakými faktormi, ktoré ovplyvňujú sedimentáciu..

Čo sa týka okolitého prostredia, dôležitá je hmotnosť vytesneného rozpúšťadla, hustota média, odpor proti posunu a koeficient trenia..

Čo sa týka odstredivky, najdôležitejšími faktormi, ktoré ovplyvňujú sedimentačný proces, sú typ rotora, uhlová rýchlosť, odstredivá sila a následne odstredivá rýchlosť..

Typy odstrediviek

Existuje niekoľko typov odstrediviek, ktorými môže byť vzorka podrobená rôznym odstredivým rýchlostiam.

V závislosti od maximálnej rýchlosti, ktorú dosahujú, vyjadrené v odstredivom zrýchlení (Relatívna odstredivá sila g), môžu byť klasifikované jednoducho ako odstredivky, ktoré majú maximálnu rýchlosť približne 3000 g.

Kým v tzv supercentrifugadoras, Je možné dosiahnuť väčší rozsah otáčok v blízkosti 25 000 g. A v ultraodstředivky, rýchlosť je oveľa väčšia a dosahuje 100 000 g.

Podľa iných kritérií existujú Mikrocentrifúgy  alebo stolové odstredivky, ktoré sú špeciálne na vykonávanie procesu odstreďovania pri malom objeme vzorky, dosahujú rozsah od 12 000 do 15 000 g..

Existujú vysokokapacitné odstredivky, ktoré umožňujú odstredenie väčších a vyšších rýchlostných vzoriek, ako sú ultracentrifugy..

Vo všeobecnosti sa musí kontrolovať niekoľko faktorov na ochranu rotora a vzorky pred prehriatím. Na tento účel sa okrem iného vytvorili ultracentrifugy so špeciálnymi podmienkami vákua alebo chladenia.

Typy rotorov

Jedným z určujúcich prvkov je typ rotora, zariadenie, ktoré sa otáča a kde sú rúrky umiestnené. Existujú rôzne typy rotorov. Medzi hlavné patria naklápacie rotory, rotory s pevným uhlom a vertikálne rotory.

Pri naklápacích rotoroch pri umiestňovaní rúrok do zariadení tohto typu rotora a pri otáčaní rúry získajú usporiadanie kolmé na os otáčania..

V rotoroch s pevným uhlom budú vzorky umiestnené vo vnútri pevnej štruktúry; ako je vidieť na obrázku av mnohých odstredivkách.

A vo vertikálnych rotoroch v niektorých ultracentrifugách sa rúry otáčajú rovnobežne s osou otáčania.

Druhy odstredenia

Druhy odstreďovania sa menia podľa účelu použitia a podmienok, za ktorých sa tento proces uskutočňuje. Tieto podmienky sa môžu líšiť v závislosti od typu vzorky a povahy toho, čo chcete oddeliť a / alebo analyzovať.

Existuje prvé kritérium klasifikácie založené na cieli alebo účele jeho realizácie: preparatívna centrifugácia a analytická centrifugácia.

Preparatívna centrifugácia

Tento názov dostáva, keď sa odstredenie používa hlavne na izoláciu alebo separáciu molekúl, častíc, fragmentov buniek alebo buniek na neskoršie použitie alebo analýzu. Množstvo vzorky, ktorá sa všeobecne používa na tento účel, je relatívne veľké.

Analytická centrifugácia

Analytická centrifugácia sa vykonáva za účelom merania alebo analýzy fyzikálnych vlastností, ako je sedimentačný koeficient a molekulová hmotnosť sedimentovaných častíc..

Odstredenie na základe tohto cieľa sa môže uskutočniť použitím rôznych štandardizovaných podmienok; ako je to napríklad v prípade jednej z techník analytickej ultra-centrifugácie, ktorá umožňuje analyzovať molekuly alebo častice, ktoré sú oddelené, dokonca aj keď prebieha sedimentácia..

V niektorých špecifických prípadoch sa môže vyžadovať použitie kremenných odstredivkových skúmaviek. Tak umožňujú priechod viditeľného a ultrafialového svetla, pretože počas procesu centrifugácie sú molekuly pozorované a analyzované optickým systémom..

Presné, existujú aj iné klasifikačné kritériá v závislosti od charakteristík alebo podmienok, v ktorých sa vykonáva proces odstreďovania. Sú to: diferenciálna centrifugácia, zonálna alebo pásová centrifugácia a izopyknická alebo rovnovážna sedimentačná centrifugácia.

Diferenciálna centrifugácia

Tento typ odstreďovania spočíva v tom, že sa vzorka podrobí centrifugácii, obvykle s uhlovým rotorom, po stanovenú dobu a rýchlosť.

Je založený na separácii častíc ich rozdielom v sedimentačnej rýchlosti, ktorá priamo súvisí s ich veľkosťami. Tie s väčšou veľkosťou a väčšou S, sedimentujú na dne skúmavky; zatiaľ čo tie, ktoré sú menšie, zostanú pozastavené.

Suspendovaná separácia zrazeniny je pri tomto type odstredenia životne dôležitá. Suspendované častice musia byť dekantované alebo odstránené z skúmavky, takže peleta alebo peleta môže byť suspendovaná v inom rozpúšťadle na ďalšie čistenie; to znamená, že sa znovu odstredí.

Tento typ techniky nie je vhodný na separáciu molekúl. Namiesto toho sa môže použiť na separáciu napríklad bunkových organel z buniek, okrem iných častíc.

Zonálna alebo pásová centrifugácia

Zónová alebo pásová centrifugácia vykonáva separáciu zložiek vzorky na základe rozdielu S pri prechode médiom s vopred vytvoreným gradientom hustoty; ako napríklad Ficoll, alebo sacharóza.

Vzorka sa umiestni na vrchol gradientu skúmavky. Ďalej pokračuje odstredením pri vysokej rýchlosti a separácia prebieha v rôznych pásmach usporiadaných pozdĺž média (ako by to bola želatína s viacerými vrstvami).

Častice s nižšou hodnotou S sú na začiatku média, zatiaľ čo častice, ktoré sú väčšie alebo majú vyššiu hodnotu S, smerujú ku dnu trubice..

Týmto postupom sa môžu oddeliť zložky nachádzajúce sa v rôznych sedimentačných pásoch. Je dôležité dobre kontrolovať čas, aby sa zabránilo tomu, aby sa všetky molekuly alebo častice vo vzorke usadili na dne skúmavky.

Izopyknické odstredenie a iné typy

-Existuje mnoho ďalších typov odstreďovania, ako je napríklad izopyknický. To sa špecializuje na separáciu makromolekúl, aj keď sú rovnakého typu. DNA veľmi dobre zapadá do tohto typu makromolekúl, pretože predstavuje zmeny v sekvenciách a množstve dusíkatých báz; a preto sedimentujú pri rôznych rýchlostiach.

-Je tu tiež ultracentrifugácia, prostredníctvom ktorej sa študujú sedimentačné charakteristiky biomolekúl, proces, ktorý je možné monitorovať pomocou ultrafialového svetla, napr..

Bol užitočný pri poznávaní subcelulárnych štruktúr alebo organel. To tiež umožnilo pokrok v molekulárnej biológii a vývoji polymérov.

aplikácie

Existuje množstvo oblastí dennej práce, v ktorých sa používajú rôzne typy odstreďovania. Slúžia pre zdravotníctvo, v bioanalytických laboratóriách, vo farmaceutickom priemysle, okrem iných oblastí. Jeho význam však možno zhrnúť dvoma slovami: oddelene a charakterizovať. 

Oddeľuje častice

V chémii boli rôzne centrifugačné techniky mimoriadne dôležité z mnohých dôvodov.

Umožňuje separáciu dvoch molekúl alebo miešateľných častíc. Pomáha odstraňovať nečistoty, látky alebo nežiaduce častice vo vzorke; napríklad vzorka, v ktorej sa požaduje konzervovanie len proteínov.

V biologickej vzorke, ako je krv, sa plazma môže oddeliť od bunkovej zložky centrifugáciou. To prispieva k realizácii rôznych typov biochemických alebo imunologických testov v plazme alebo sére, ako aj pri rutinných alebo špeciálnych štúdiách..

Dokonca odstredenie umožňuje oddeliť rôzne typy buniek. Z vzorky krvi sa napríklad môžu oddeliť červené krvinky od leukocytov alebo bielych krviniek a tiež z krvných doštičiek.

Rovnaká využiteľnosť sa môže dosiahnuť odstredením v ktorejkoľvek biologickej tekutine: moči, mozgovomiechovej tekutine, plodovej vode, medzi mnohými ďalšími. Týmto spôsobom je možné vykonať veľké množstvo analýz.

Ako charakterizačná technika

To tiež umožnilo štúdium alebo analýzu vlastností alebo hydrodynamických vlastností mnohých molekúl; hlavne komplexných molekúl alebo makromolekúl.

Rovnako ako mnohé makromolekuly, ako sú nukleové kyseliny. To dokonca uľahčilo charakterizáciu detailov subtypov rovnakej molekuly ako RNA, medzi mnohými ďalšími aplikáciami.

Príklady centrifugácie

-Vďaka rôznym odstredivým technikám sa okrem iného dosiahli pokroky v presných znalostiach komplexných biologických procesov, ako je infekcia a metabolizmus..

-Prostredníctvom centrifugácie sa objasnilo mnoho ultraštrukturálnych a funkčných aspektov molekúl a biomolekúl. Medzi týmito biomolekulami môžu byť uvedené proteíny inzulín a hemoglobín; a na druhej strane nukleové kyseliny (DNA a RNA).

-S podporou odstredenia sa rozšírilo poznanie a pochopenie mnohých procesov, ktoré udržujú život. Jedným z nich je Krebsov cyklus.

V tej istej oblasti použitia ovplyvnila znalosť molekúl, ktoré tvoria dýchací reťazec. Tak, dávajúc svetlo pochopeniu komplexného procesu oxidačnej fosforylácie, alebo pravého bunkového dýchania, medzi mnohými inými procesmi.

-Nakoniec prispel k štúdiu rôznych procesov, ako je infekčné, umožnením analýzy cesty, po ktorej nasledovala DNA injektovaná fágom (bakteriálny vírus) a proteínmi, ktoré hostiteľská bunka môže syntetizovať..

referencie

  1. Parul Kumar (N. D.). Odstredivka: Úvod, Typy, Použitie a Iné Detaily (S Diagramom). Prevzaté z: biologydiscussion.com
  2. Kapitola 3 Odstredenie. [PDF]. Zdroj: fyz.sinica.edu.tw
  3. Základy biochémie a aplikovanej molekulárnej biológie. (Stupeň biologie) Téma 2: centrifugácia. [PDF]. Prevzaté z: ehu.eus
  4. Mathews, C. K. a Van Holde, K. E. (1998). Biochemistry, 2. ed. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Wikipedia. (2018). Odstreďovanie. Prevzaté z: en.wikipedia.org