SENTRIFUGOINTI: MISTÄ SE KOOSTUU, TYYPIT, MERKITYS, ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Sentrifugointi on tekniikka, menetelmä tai menettely, mekaanisesti tai fysikaalisesti erottamalla molekyylejä tai hiukkasia, joilla on erilaiset tiheydet ja ovat myös läsnä nestemäisessä väliaineessa. Sen kulmakivi on keskipakoisvoiman kohdistaminen, jota käyttävät laitteet, joita kutsutaan sentrifugiksi.

Sentrifugoimalla juoksevan näytteen komponentit voidaan erottaa ja analysoida. Näiden komponenttien joukossa ovat erilaiset molekyylit tai partikkelit. Hiukkasina viitataan erilaisiin solupalasiin, muun muassa solujen organoleihin, jopa erityyppisiin soluihin.

Sentrifugia. Lähde: Matt Janicki Flickrin kautta

Theodor Svedgeriä pidetään yhtenä johtavista sentrifugointitutkimuksen pioneereista. Nobel-palkinnon vuonna 1926 määritteli, että molekyyleillä tai hiukkasilla, joilla on omat koot, on erilaiset sedimentaatiokertoimet S. "S" tulee Svedgeriltä hänen työnsa kunniaksi.

Hiukkasilla on siksi ominaiset saostumisnopeudet. Tämä tarkoittaa, että kaikki ne eivät käyttäytyy samalla tavalla keskipakoisvoiman vaikutuksena, joka ilmaistaan ​​kierroksina minuutissa (rpm), tai roottorin säteen funktiona (suhteellinen keskipakoisvoima, g).

S: ää ja sen nopeutta määrittäviin tekijöihin kuuluvat esimerkiksi molekyylien tai hiukkasten ominaisuudet; väliaineen ominaisuudet; sentrifugoinnin tekniikka tai menetelmä; ja käytetyn sentrifugin tyyppi muun muassa.

Sentrifugointi luokitellaan sen käyttökelpoisuuden perusteella. Preparatiivisesti, kun se rajoittuu näytteen komponenttien erottamiseen; ja analytiikassa, kun se pyrkii myös analysoimaan erotetun molekyylin tai hiukkasen. Toisaalta se voidaan luokitella myös prosessiolosuhteiden perusteella.

Sentrifugointi sen erityyppisissä tyypeissä on ollut välttämätöntä tieteellisen tiedon etenemiselle. Tutkimuskeskuksissa käytettynä se on helpottanut monien monimutkaisten biokemiallisten ja biologisten prosessien ymmärtämistä.

Mistä se koostuu? (prosessi)

Sentrifugoinnin perusteet

Sentrifugointiprosessi perustuu siihen tosiseikkaan, että liuoksessa olevan näytteen muodostavat molekyylit tai hiukkaset pyörivät pyöriessään sentrifugiksi kutsuttuun laitteeseen. Tämä aiheuttaa hiukkasten erottumisen niitä ympäröivästä ympäristöstä, koska ne laskeutuvat eri nopeuksilla.

Prosessi perustuu erityisesti sedimentaation teoriaan. Tämän mukaan hiukkaset, joilla on suurempi tiheys, laskeutuvat, kun taas muut ympäristön aineet tai komponentit pysyvät suspendoituneina.

Miksi? Koska molekyyleillä tai hiukkasilla on omat koot, muodot, massat, tilavuudet ja tiheydet. Siksi kaikki ne eivät onnistu sedimentoitumaan samalla tavalla, mikä muuttuu erilaiseksi sedimentaatiokertoimeksi S; ja siten erilaisella sedimentaatiovauhdilla.

Nämä ominaisuudet sallivat molekyylien tai hiukkasten erottamisen sentrifugivoimalla tietyllä sentrifugointinopeudella.

Keskipakoisvoima

Keskipakoisvoimaan vaikuttavat monet sedimentaatiota määrittelevät tekijät: molekyyleille tai hiukkasille ominaiset tekijät; sen ympäristön ominaisuuksiin, jossa ne löytyvät; ja tekijät, jotka liittyvät sentrifugointiin, joissa sentrifugointi suoritetaan.

Suhteessa molekyyleihin tai hiukkasiin, massa, ominaistilavuus ja vaahdotuskerroin vaikuttavat sedimentaatioon.

Niitä ympäröivään ympäristöön siirretyn liuottimen massa, väliaineen tiheys, etenemiskestävyys ja kitkakerroin ovat tärkeitä.

Sentrifugin suhteen tärkeimmät sedimentaatioprosessiin vaikuttavat tekijät ovat roottorin tyyppi, kulmanopeus, keskipakoisvoima ja siten sentrifuginopeus.

Sentrifugityypit

On olemassa useita erilaisia ​​sentrifugeja, joilla näytteelle voidaan suorittaa erilaiset sentrifugointinopeudet.

Sen mukaan, minkä suurimman nopeuden he saavuttavat, keskipakokiihtyvyydellä ilmaistuna (suhteellinen keskipakovoima g), ne voidaan yksinkertaisesti luokitella sentrifugeiksi, joiden suurin nopeus on noin 3 000 g.

Niin kutsutuissa superkeskenteissä suurempi nopeusalue voidaan saavuttaa lähellä 25 000 g. Ja ultrakeskenteissä nopeus on paljon suurempi, saavuttaen 100 000 g.

Muiden kriteerien mukaan on olemassa pöydällä olevia mikrosentrifugeja tai sentrifugeja, jotka ovat erikoisia suorittamaan sentrifugointiprosessi pienellä näytteen tilavuudella, joka on alueella 12 000 - 15 000 g.

On olemassa suurikapasiteettisia sentrifugeja, jotka sallivat sentrifugoida suurempia, nopeita näytteen tilavuuksia, kuten ultrakestrifugit.

Yleensä useita tekijöitä on hallittava roottorin ja näytteen suojaamiseksi ylikuumenemiselta. Tätä varten on luotu ultrakestrifuggeja erityisillä tyhjiö- tai jäähdytysolosuhteilla.

Roottori tyypit

Yksi määräävistä elementeistä on roottorin tyyppi, laite, joka pyörii ja mihin putket sijoitetaan. Roottoreita on erityyppisiä. Tärkeimpiä ovat swingarm-roottorit, kiinteän kulman roottorit ja pystyroottorit.

Kääntyvässä roottorissa asetettaessa putkia tämän tyyppisen roottorin laitteisiin ja pyöriessä putket saavat järjestelyn, joka on kohtisuora pyörimisakseliin nähden.

Kiinteän kulman roottorissa näytteet sijoitetaan kiinteän rakenteen sisälle; kuten kuvasta nähdään ja monissa sentrifugeissa.

Ja joidenkin ultrakestrifugien pystysuorassa roottorissa putket pyörivät yhdensuuntaisesti pyörimisakselin kanssa.

Sentrifugointityypit

Sentrifugointityypit vaihtelevat niiden käyttötarkoituksen ja olosuhteiden mukaan, joissa prosessi suoritetaan. Nämä olosuhteet voivat olla erilaisia ​​näytteen tyypistä ja erotettavan ja / tai analysoitavan luonteesta riippuen.

On olemassa ensimmäinen luokitteluperuste, joka perustuu sen suorituksen tavoitteeseen tai tarkoitukseen: preparatiivinen sentrifugointi ja analyyttinen sentrifugointi.

Preparatiivinen sentrifugointi

Se saa tämän nimen, kun sentrifugointia käytetään pääasiassa molekyylien, hiukkasten, solujen tai solujen eristämiseen tai erottamiseen myöhempää käyttöä tai analysointia varten. Tähän tarkoitukseen yleensä käytetyn näytteen määrä on suhteellisen suuri.

Analyyttinen sentrifugointi

Analyyttinen sentrifugointi suoritetaan fysikaalisten ominaisuuksien, kuten sedimentaatiokertoimen ja laskeutuneiden hiukkasten molekyylimassan, mittaamiseksi tai analysoimiseksi.

Tähän tavoitteeseen perustuva sentrifugointi voidaan suorittaa soveltamalla erilaisia ​​standardisoituja olosuhteita; kuten on tapaus esimerkiksi yhdestä analyyttisestä ultra-sentrifugointitekniikasta, joka mahdollistaa erotettujen molekyylien tai hiukkasten analysoinnin, jopa sedimentoitumisen tapahtuessa.

Joissakin erityistapauksissa kvartsi sentrifugiputkien käyttö voidaan tarvita. Siten ne sallivat näkyvän ja ultraviolettivalon läpikulun, koska sentrifugointiprosessin aikana molekyylejä tarkkaillaan ja analysoidaan optisella järjestelmällä.

Tarkalleen ottaen on olemassa muita luokitteluperusteita riippuen ominaisuuksista tai olosuhteista, joissa sentrifugointiprosessi suoritetaan. Näitä ovat: differentiaalinen sentrifugointi, vyöhyke- tai kaistasentrifugointi ja isopykniset tai sedimentaatiotasapainon sentrifugointi.

Differentiaalinen sentrifugointi

Tämän tyyppinen sentrifugointi koostuu näytteen sentrifugoinnista, yleensä kulmaroottorin avulla, tietyksi ajaksi ja nopeudeksi.

Se perustuu hiukkasten erotteluun johtuen niiden sedimentoitumisnopeuden erosta, joka liittyy suoraan niiden kokoon. Ne, jotka ovat suurempia ja suurempia S, asettuvat putken alaosaan; kun taas pienempiä jäädytetään.

Sakan suspendoitu erotus on elintärkeää tämän tyyppisessä sentrifugoinnissa. Suspendoituneet hiukkaset on dekantoitava tai poistettava putkesta, jotta sedimentti tai pelletti voidaan suspendoida toiseen liuottimeen myöhempää puhdistusta varten; eli sentrifugoidaan uudelleen.

Tämän tyyppinen tekniikka ei ole käyttökelpoinen molekyylien erottamiseen. Sitä voidaan sen sijaan käyttää esimerkiksi hiukkasten, soluorganelien, solujen erottamiseen.

Vyöhyke- tai nauhasentrifugointi

Alueellinen tai kaistaleen sentrifugointi suorittaa näytteen komponenttien erottamisen S: n eron perusteella kulkiessaan esimuodostetun tiheysgradientin omaavan väliaineen läpi; kuten Ficoll tai esimerkiksi sakkaroosi.

Näyte asetetaan koeputken kaltevuuden päälle. Seuraavaksi se sentrifugoidaan suurella nopeudella ja erottelu tapahtuu eri vyöhykkeillä, jotka on järjestetty keskustaa pitkin (ikään kuin se olisi gelatiinia, jolla on useita kerroksia).

Hiukkaset, joiden S-arvo on alhaisempi, pysyvät väliaineen alussa, kun taas ne, jotka ovat suurempia tai joilla on korkeampi S, kulkevat putken pohjaa kohti.

Tällä menetelmällä eri sedimentaatiokaistoissa olevat komponentit voidaan erottaa. On tärkeää hallita aikaa hyvin, jotta vältetään se, että kaikki näytteen molekyylit tai hiukkaset asettuvat putken pohjalle.

Isopykillinen sentrifugointi ja muut tyypit

-On olemassa monia muita sentrifugointityyppejä, kuten isopykniikka. Tämä on erikoistunut makromolekyylien erottamiseen, vaikka ne olisivat saman tyyppisiä. DNA sopii erittäin hyvin tämän tyyppisiin makromolekyyleihin, koska se esittää variaatioita typpipohjaisten emästensä sekvensseissä ja määrässä; ja siksi sedimentti eri nopeuksilla.

-On myös ultrakeskennystä, jonka avulla tutkitaan biomolekyylien sedimentaatioominaisuuksia, prosessia, jota voidaan seurata esimerkiksi ultraviolettivalolla.

Se on ollut hyödyllistä ymmärtää solun ulkopuolisia rakenteita tai organelleja. Se on mahdollistanut myös edistyksen molekyylibiologiassa ja polymeerien kehittämisessä.

Sovellukset

On arkipäivän lukemattomia alueita, joilla erityyppisiä sentrifugointeja käytetään. Niitä käytetään muun muassa terveyspalveluissa, bioanalyyttisissä laboratorioissa, lääketeollisuudessa. Sen merkitys voidaan kuitenkin tiivistää kahdessa sanassa: erota ja karakterisoida.

Erottaa hiukkaset

Kemiassa erilaiset sentrifugointitekniikat ovat osoittautuneet erittäin tärkeiksi monista syistä.

Se mahdollistaa kahden sekoittuvan molekyylin tai hiukkasen erottamisen. Auttaa poistamaan näytteestä epätoivotut epäpuhtaudet, aineet tai hiukkaset; esimerkiksi näyte, jossa haluat säilyttää vain proteiineja.

Biologisessa näytteessä, kuten veressä, plasma voidaan erottaa solukomponentista sentrifugoimalla. Tämä myötävaikuttaa erityyppisten biokemiallisten tai immunologisten testien suorittamiseen plasmassa tai seerumissa sekä rutiininomaisiin tai erityistutkimuksiin.

Jopa sentrifugointi mahdollistaa erityyppisten solut erottamisen. Esimerkiksi verinäytteestä punaiset verisolut voidaan erottaa leukosyyteistä tai valkosoluista ja myös verihiutaleista.

Sama hyöty voidaan saada sentrifugoimalla missä tahansa biologisissa nesteissä: virtsassa, selkäydinnesteessä, amnionivedessä, monien muiden joukossa. Tällä tavoin voidaan suorittaa laaja valikoima analyysejä.

Karakterisointitekniikana

Se on myös antanut mahdollisuuden tutkia tai analysoida monien molekyylien ominaisuuksia tai hydrodynaamisia ominaisuuksia; pääasiassa monimutkaisia ​​molekyylejä tai makromolekyylejä.

Sekä lukuisia makromolekyylejä, kuten nukleiinihappoja. Se on jopa helpottanut saman molekyylin, kuten RNA: n, alatyyppien karakterisointia monien muiden sovellusten joukossa.

Esimerkkejä sentrifugoinnista

- Kiitos erilaisille sentrifugointitekniikoille, etenkin monimutkaisten biologisten prosessien, kuten tartuntataudin ja aineenvaihdunnan, tarkkaan tuntemiseen on edistytty.

-Sentrifugoinnin avulla on saatu selville monia molekyylien ja biomolekyylien rakenteita ja rakenteita. Tällaisten biomolekyylien joukossa proteiinit insuliini ja hemoglobiini; ja toisaalta nukleiinihapot (DNA ja RNA).

-Sentrifugoinnin tuella monien elämää ylläpitävien prosessien tuntemus ja ymmärtäminen on laajentunut. Yksi niistä on Krebs-sykli.

Samalla hyödyllisyysalueella se on vaikuttanut hengitysketjun muodostavien molekyylien tuntemukseen. Siten annetaan valoa ymmärtää monimutkaisten hapettavan fosforylaatioprosessin tai todellisen solujen hengityksen monien muiden prosessien joukosta.

- Viimeisenä se on osallistunut erilaisten prosessien, kuten tartuntataudin, tutkimukseen sallimalla analysoida reitti, jota seuraa faagin (bakteerivirus) injektoima DNA ja proteiinit, jotka isäntäsolu voi syntetisoida.

Viitteet

1. Parul Kumar. (SF). Sentrifugi: Johdanto, tyypit, käyttötavat ja muut yksityiskohdat (kaaviolla). Otettu: biologydiscussion.com
2. Luku 3 Sentrifugointi.. Palautettu osoitteesta: phys.sinica.edu.tw
3. Biokemian ja sovelletun molekyylibiologian perusteet. (Biologian kandidaatti) Aihe 2: sentrifugointi.. Otettu: ehu.eus
4. Mathews, CK ja Van Holde, KE (1998). Biokemia, 2. painos McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Linkoamalla. Kuvannut: en.wikipedia.org