Centrifugazione in cosa consiste, tipi, importanza, esempi

il centrifugazione è una tecnica, metodo o procedura, che separa meccanicamente o fisicamente molecole o particelle con densità diverse e che sono anche presenti in un mezzo liquido. La sua pietra angolare è l'applicazione della forza centrifuga, applicata da una squadra chiamata centrifuga.

Mediante centrifugazione, i componenti di un campione di fluido possono essere separati e analizzati. Tra questi componenti ci sono le diverse classi di molecole o particelle. Come particelle, si fa riferimento a diversi frammenti di cellule, agli organelli delle cellule, anche a diversi tipi di cellule, tra gli altri.

Theodor Svedger è considerato uno dei principali pionieri della ricerca nella centrifugazione. Il premio Nobel nel 1926, ha determinato che molecole o particelle con le loro dimensioni, hanno diversi coefficienti di sedimentazione. La "S" viene da Svedger, in onore delle sue opere.

Le particelle, quindi, possiedono tassi caratteristici di sedimentazione. Ciò significa che non tutti si comportano allo stesso modo sotto l'azione di una forza centrifuga espressa in giri al minuto (rpm), o in funzione del raggio del rotore (forza centrifuga relativa, g).

Tra i fattori che determinano S e la sua velocità, vi sono, ad esempio, le caratteristiche delle molecole o delle particelle; le proprietà del mezzo; la tecnica o il metodo di centrifugazione; e il tipo di centrifuga utilizzato, tra gli altri aspetti.

La centrifugazione è classificata in base all'utilità della stessa. In preparazione, quando limitato alla separazione dei componenti del campione; e in analitica, quando cerca anche di analizzare la molecola o la particella separata. D'altra parte, può anche essere classificato in base alle condizioni del processo.

La centrifugazione nei suoi diversi tipi è stata essenziale per il progresso della conoscenza scientifica. Utilizzato nei centri di ricerca, ha facilitato la comprensione di complessi processi biochimici e biologici, tra molti altri.

indice

• 1 Che cos'è? (Process)
  • 1.1 Fondazione della centrifugazione
  • 1.2 Forza centrifuga
• 2 tipi di centrifughe
  • 2.1 Tipi di rotori
• 3 tipi di centrifugazione
  • 3.1 Centrifugazione preparativa
  • 3.2 Centrifugazione analitica
  • 3.3 Centrifugazione differenziale
  • 3.4 Centrifugazione zona o striscia
  • 3.5 Centrifugazione isopicnica e altri tipi
• 4 applicazioni
  • 4.1 particelle separate
  • 4.2 Come tecnica di caratterizzazione
• 5 esempi di centrifugazione
• 6 riferimenti

Cos'è? (Process)

Base di centrifugazione

Il processo di centrifugazione si basa sul fatto che le molecole o le particelle che costituiscono un campione in soluzione ruotano quando ruotano in un dispositivo chiamato centrifuga. Questo causa la separazione delle particelle dal terreno circostante quando si sedimenta a velocità diverse.

Il processo si basa specificamente sulla teoria della sedimentazione. In base a ciò, le particelle che hanno una densità maggiore si depositano, mentre il resto delle sostanze o componenti del mezzo rimarranno sospese.

Perché? Perché le molecole o le particelle hanno le loro dimensioni, forme, masse, volumi e densità. Pertanto, non tutti riescono a sedimentare allo stesso modo, il che si traduce in un diverso coefficiente di sedimentazione S; e quindi, con una diversa velocità di sedimentazione.

Queste proprietà sono ciò che consente di separare le molecole o le particelle dalla forza centrifuga a una determinata velocità di centrifugazione.

La forza centrifuga

La forza centrifuga sarà influenzata da diversi fattori che determineranno la sedimentazione: quelli inerenti alle molecole o alle particelle; alle caratteristiche dell'ambiente in cui si trovano; e fattori relativi alle centrifughe in cui viene eseguita la procedura di centrifugazione.

In relazione alle molecole o alle particelle, la massa, il volume specifico e il fattore di flottazione sono fattori influenti nella sedimentazione.

Per quanto riguarda l'ambiente circostante, la massa del solvente spostato, la densità del mezzo, la resistenza all'avanzamento e il coefficiente di attrito sono importanti.

Per quanto riguarda la centrifuga, i fattori più importanti che influenzano il processo di sedimentazione sono il tipo di rotore, la velocità angolare, la forza centrifuga e, di conseguenza, la velocità centrifuga.

Tipi di centrifughe

Esistono diversi tipi di centrifughe con cui il campione può essere sottoposto a diverse velocità di centrifugazione.

A seconda della velocità massima raggiunta, espressa in accelerazione centrifuga (forza centrifuga relativa g), possono essere classificati semplicemente come centrifughe, con una velocità massima di circa 3.000 g.

Mentre nel cosiddetto supercentrifugadoras, è possibile raggiungere un intervallo di velocità più elevato vicino a 25.000 g. E nel ultracentrifughe, la velocità è molto più alta, raggiungendo 100.000 g.

Secondo altri criteri, ci sono microcentrifughe o centrifughe da tavolo, che sono speciali per eseguire il processo di centrifugazione a un piccolo volume di campione, raggiungono un intervallo da 12.000 a 15.000 g.

Esistono centrifughe ad alta capacità che consentono la centrifugazione di campioni più grandi e più veloci, come le ultracentrifughe.

In generale, è necessario controllare diversi fattori per proteggere il rotore e il campione dal surriscaldamento. Per questo, sono state create ultracentrifughe con condizioni speciali di vuoto o refrigerazione, tra gli altri.

Tipi di rotori

Uno degli elementi determinanti è il tipo di rotore, dispositivo che ruota e dove sono posizionati i tubi. Esistono diversi tipi di rotori. Tra i principali ci sono i rotori basculanti, i rotori ad angolo fisso e i rotori verticali.

Nei rotori basculanti, quando si posizionano i tubi nei dispositivi di questo tipo di rotore e quando si gira, i tubi acquisiranno una disposizione perpendicolare all'asse di rotazione.

Nei rotori ad angolo fisso, i campioni saranno posizionati all'interno di una struttura solida; come si vede nell'immagine e in molte centrifughe.

E nei rotori verticali in alcune ultracentrifughe, i tubi ruotano parallelamente all'asse di rotazione.

Tipi di centrifugazione

I tipi di centrifugazione variano in base allo scopo della sua applicazione e alle condizioni in cui viene eseguito il processo. Queste condizioni possono essere diverse a seconda del tipo di campione e della natura di ciò che si desidera separare e / o analizzare.

Esiste un primo criterio di classificazione basato sull'obiettivo o scopo della sua prestazione: la centrifugazione preparativa e la centrifugazione analitica.

Centrifugazione preparativa

Riceve questo nome quando la centrifugazione viene utilizzata principalmente per isolare o separare molecole, particelle, frammenti di cellule o cellule, per uso o analisi successivi. La quantità di campione che viene generalmente utilizzata per questo scopo è relativamente grande.

Centrifugazione analitica

La centrifugazione analitica viene effettuata per misurare o analizzare le proprietà fisiche, come il coefficiente di sedimentazione e la massa molecolare delle particelle sedimentate.

La centrifugazione basata su questo obiettivo può essere eseguita applicando diverse condizioni standardizzate; come è il caso, ad esempio, di una delle tecniche di analisi ultra centrifuga analitica, che consente di analizzare le molecole o le particelle che vengono separate, anche quando avviene la sedimentazione.

In alcuni casi specifici, potrebbe essere necessario l'uso di provette per centrifuga al quarzo. Pertanto, consentono il passaggio della luce visibile e ultravioletta, poiché durante il processo di centrifugazione le molecole vengono osservate e analizzate con un sistema ottico.

Precisamente, ci sono altri criteri di classificazione che dipendono dalle caratteristiche o condizioni in cui viene eseguito il processo di centrifugazione. Questi sono: centrifugazione differenziale, centrifugazione zonale o a bande e centrifugazione isopicnica o di sedimentazione di equilibrio.

Centrifugazione differenziale

Questo tipo di centrifugazione consiste nel sottoporre un campione a una centrifugazione, generalmente con un rotore angolare, per un tempo e una velocità determinati.

Si basa sulla separazione delle particelle per la loro differenza nella velocità di sedimentazione, che è direttamente correlata alle loro dimensioni. Quelli con dimensioni maggiori e maggiore S, sedimenti sul fondo del tubo; mentre quelli che sono più piccoli rimarranno sospesi.

La separazione sospesa del precipitato è vitale in questo tipo di centrifugazione. Le particelle sospese devono essere decantate o rimosse dal tubo, in modo che il pellet o il pellet possano essere sospesi in un altro solvente per un'ulteriore purificazione; cioè, viene nuovamente centrifugato.

Questo tipo di tecnica non è utile per separare le molecole. Invece, può essere utilizzato per eseguire la separazione di, ad esempio, organelli cellulari, dalle cellule, tra le altre particelle.

Centrifugazione zonale o a bande

La centrifugazione zonale o a bande esegue la separazione dei componenti del campione in base alla differenza di S quando si attraversa un mezzo con un gradiente di densità preformato; come Ficoll, o saccarosio, per esempio.

Il campione è posto sopra il gradiente della provetta. Quindi, si procede alla centrifugazione ad alta velocità e la separazione avviene in diverse bande disposte lungo il mezzo (come se fosse una gelatina con più strati).

Le particelle con un valore inferiore di S si trovano all'inizio del mezzo, mentre quelle più grandi o con una S più elevata sono dirette verso il fondo del tubo.

Con questa procedura, i componenti trovati nelle diverse bande di sedimentazione possono essere separati. È importante controllare bene il tempo per evitare che tutte le molecole o particelle del campione si depositino sul fondo del tubo.

Centrifugazione isopicnica e altri tipi

-Ci sono molti altri tipi di centrifugazione, come gli isopicnici. Questo è specializzato nella separazione di macromolecole, anche se sono dello stesso tipo.Il DNA si adatta molto bene a questo tipo di macromolecole, poiché presenta variazioni nelle sequenze e nella quantità delle sue basi azotate; e quindi, sedimento a velocità diverse.

- Esiste anche un'ultracentrifugazione, attraverso la quale vengono studiate le caratteristiche di sedimentazione delle biomolecole, un processo che può essere monitorato dalla luce ultravioletta, per esempio.

È stato utile nella conoscenza delle strutture subcellulari o degli organelli. Ha inoltre permesso progressi nella biologia molecolare e nello sviluppo di polimeri.

applicazioni

Esistono innumerevoli aree di lavoro quotidiano in cui vengono utilizzati diversi tipi di centrifugazione. Servono per il servizio sanitario, nei laboratori bioanalitici, nell'industria farmaceutica, tra le altre aree. Tuttavia, la sua importanza può essere riassunta in due parole: separare e caratterizzare.

Separa le particelle

In chimica, le diverse tecniche di centrifugazione sono state estremamente importanti per molte ragioni.

Permette di separare due molecole o particelle miscibili. Aiuta a eliminare impurità, sostanze o particelle indesiderate in un campione; per esempio, un campione in cui si desidera conservare solo le proteine.

In un campione biologico, come il sangue, mediante centrifugazione il plasma può essere separato dal componente cellulare. Ciò contribuisce alla realizzazione di diversi tipi di test biochimici o immunologici nel plasma o nel siero, nonché per studi di routine o speciali.

Anche la centrifugazione consente di separare i diversi tipi di cellule. Da un campione di sangue, ad esempio, i globuli rossi possono essere separati dai leucociti o dai globuli bianchi e anche dalle piastrine.

La stessa utilità può essere ottenuta con la centrifugazione in uno qualsiasi dei fluidi biologici: urina, liquido cerebrospinale, liquido amniotico e molti altri. In questo modo è possibile eseguire una grande varietà di analisi.

Come tecnica di caratterizzazione

Ha inoltre permesso lo studio o l'analisi delle caratteristiche o delle proprietà idrodinamiche di molte molecole; principalmente di molecole complesse o macromolecole.

Oltre a numerose macromolecole come gli acidi nucleici. Ha anche facilitato la caratterizzazione dei dettagli dei sottotipi della stessa molecola dell'RNA, tra molte altre applicazioni.

Esempi di centrifugazione

Grazie alle diverse tecniche di centrifugazione, sono stati fatti progressi nella conoscenza esatta di processi biologici complessi come quelli infettivi e quelli del metabolismo, tra gli altri.

- Attraverso la centrifugazione sono stati chiariti molti aspetti ultrastrutturali e funzionali delle molecole e delle biomolecole. Tra tali biomolecole si possono citare le proteine ​​insulina ed emoglobina; e d'altra parte, acidi nucleici (DNA e RNA).

-Con il supporto della centrifugazione ha ampliato la conoscenza e la comprensione di molti dei processi che sostengono la vita. Uno di questi è il ciclo di Krebs.

In questo stesso campo di utilizzo, ha influenzato la conoscenza delle molecole che compongono la catena respiratoria. Così, dando luce alla comprensione del complesso processo della fosforilazione ossidativa o della vera respirazione cellulare, tra molti altri processi.

-Infine, ha contribuito allo studio di vari processi come infettivi, permettendo di analizzare il percorso seguito dal DNA iniettato da un fago (virus dei batteri) e proteine ​​che possono essere sintetizzate dalla cellula ospite.

riferimenti

1. Parul Kumar (N.d.). Centrifuga: introduzione, tipi, usi e altri dettagli (con diagramma). Tratto da: biologydiscussion.com
2. Capitolo 3 Centrifugazione. [PDF]. Estratto da: phys.sinica.edu.tw
3. Fondamenti di Biochimica e Biologia Applicata Molecolare. (Laurea in Biologia) Argomento 2: centrifugazione. [PDF]. Tratto da: ehu.eus
4. Mathews, C. K. e Van Holde, K. E. (1998). Biochimica, 2a ed. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Centrifugazione. Tratto da: en.wikipedia.org