Zentrifugation in was es besteht, Typen, Wichtigkeit, Beispiele

Die Zentrifugation ist eine Technik, ein Verfahren oder eine Prozedur, die Moleküle oder Partikel mit unterschiedlichen Dichten mechanisch oder physikalisch trennt und die auch in einem flüssigen Medium vorliegen. Ihr Eckpfeiler ist die Anwendung der Zentrifugalkraft, angewendet von einem Team namens Zentrifugalkraft.

Durch Zentrifugieren können die Komponenten einer Flüssigkeitsprobe getrennt und analysiert werden. Zu diesen Komponenten gehören die verschiedenen Klassen von Molekülen oder Partikeln. Als Partikel werden verschiedene Zellfragmente bezeichnet, zu den Organellen der Zellen, unter anderem sogar zu mehreren Zellarten.

Theodor Svedger gilt als einer der wichtigsten Pioniere der Zentrifugationsforschung. Nobelpreis im Jahr 1926, bestimmt, dass Moleküle oder Teilchen mit ihren eigenen Größen, verschiedene Koeffizienten der Sedimentation S haben. Das "S" kommt von Svedger, zu Ehren seiner Werke.

Die Partikel besitzen daher charakteristische Sedimentationsraten. Dies bedeutet, dass sich nicht alle unter der Wirkung einer Zentrifugalkraft, die in Umdrehungen pro Minute (U / min) ausgedrückt wird, oder in Abhängigkeit vom Radius des Rotors (relative Zentrifugalkraft, g).

Zu den Faktoren, die S und seine Geschwindigkeit bestimmen, gehören beispielsweise die Eigenschaften der Moleküle oder Teilchen; die Eigenschaften des Mediums; die Technik oder Methode der Zentrifugation; und der Typ der Zentrifuge, die unter anderen Aspekten verwendet wird.

Die Zentrifugation wird nach dem Nutzen derselben klassifiziert. In Vorbereitung, wenn auf die Trennung der Komponenten der Probe beschränkt; und in der Analytik, wenn es auch versucht, das Molekül oder das getrennte Teilchen zu analysieren. Auf der anderen Seite kann es auch nach den Bedingungen des Prozesses klassifiziert werden.

Die Zentrifugation in ihren verschiedenen Typen war wesentlich für den Fortschritt des wissenschaftlichen Wissens. In Forschungszentren verwendet, hat es unter anderem das Verständnis komplexer biochemischer und biologischer Prozesse erleichtert.

Index

• 1 Was ist das? (Prozess)
  • 1.1 Grundlage der Zentrifugation
  • 1.2 Zentrifugalkraft
• 2 Arten von Zentrifugen
  • 2.1 Arten von Rotoren
• 3 Arten der Zentrifugation
  • 3.1 Präparative Zentrifugation
  • 3.2 Analytische Zentrifugation
  • 3.3 Differentialzentrifugation
  • 3.4 Zonen- oder Streifenzentrifugation
  • 3.5 Isopyknische Zentrifugation und andere Arten
• 4 Anwendungen
  • 4.1 Getrennte Partikel
  • 4.2 Als Charakterisierungstechnik
• 5 Beispiele für Zentrifugation
• 6 Referenzen

Was ist das? (Prozess)

Grundlage der Zentrifugation

Der Zentrifugationsprozess basiert auf der Tatsache, dass die Moleküle oder Partikel, die eine Probe in Lösung bilden, rotieren, wenn sie sich in einer Zentrifuge drehen. Dies bewirkt eine Abtrennung der Partikel von dem umgebenden Medium bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten.

Das Verfahren basiert speziell auf der Theorie der Sedimentation. Demnach setzen sich die Partikel mit größerer Dichte ab, während der Rest der Substanzen oder Komponenten des Mediums suspendiert bleibt.

Warum? Weil die Moleküle oder Partikel ihre eigenen Größen, Formen, Massen, Volumina und Dichten haben. Daher gelingt es nicht allen, auf die gleiche Weise zu sedimentieren, was zu einem anderen Sedimentationskoeffizienten S führt; und daher bei einer anderen Sedimentationsrate.

Diese Eigenschaften erlauben es, die Moleküle oder Partikel durch Zentrifugalkraft bei einer bestimmten Zentrifugationsgeschwindigkeit zu trennen.

Die Zentrifugalkraft

Die Zentrifugalkraft wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, die die Sedimentation bestimmen: jene, die Molekülen oder Partikeln innewohnen; zu den Eigenschaften der Umgebung, in der sie gefunden werden; und Faktoren, die mit den Zentrifugen zusammenhängen, in denen der Zentrifugationsvorgang durchgeführt wird.

In Bezug auf die Moleküle oder Teilchen sind die Masse, das spezifische Volumen und der Flotationsfaktor davon Einflussfaktoren bei der Sedimentation.

Für die Umgebung sind die Masse des verdrängten Lösungsmittels, die Dichte des Mediums, der Widerstand gegen den Vorschub und der Reibungskoeffizient wichtig.

Die wichtigsten Faktoren, die den Sedimentationsprozess beeinflussen, sind der Rotortyp, die Winkelgeschwindigkeit, die Zentrifugalkraft und folglich die Zentrifugalgeschwindigkeit.

Arten von Zentrifugen

Es gibt verschiedene Arten von Zentrifugen, mit denen die Probe verschiedenen Zentrifugationsgeschwindigkeiten unterworfen werden kann.

Abhängig von der maximalen Geschwindigkeit, die sie erreichen, ausgedrückt in der Zentrifugalbeschleunigung (relative Zentrifugalkraft g), können einfach als Zentrifugen klassifiziert werden, mit einer maximalen Geschwindigkeit von etwa 3.000 g.

Während in der sogenannten Superzentrifugen, können Sie einen höheren Geschwindigkeitsbereich in der Nähe von 25.000 g erreichen. Und in der Ultrazentrifugendie Geschwindigkeit ist viel höher und erreicht 100.000 g.

Nach anderen Kriterien gibt es Mikrozentrifugen oder Tischzentrifugen, die speziell zur Durchführung des Zentrifugationsprozesses bei einem kleinen Probenvolumen geeignet sind, erreichen einen Bereich von 12.000 bis 15.000 g.

Es gibt Hochleistungszentrifugen, die das Zentrifugieren von größeren und schnelleren Proben wie Ultrazentrifugen erlauben.

Im Allgemeinen müssen mehrere Faktoren kontrolliert werden, um den Rotor und die Probe vor Überhitzung zu schützen. Hierfür wurden unter anderem Ultrazentrifugen mit speziellen Vakuum- oder Kühlbedingungen geschaffen.

Arten von Rotoren

Eines der bestimmenden Elemente ist der Typ des Rotors, der sich dreht und wo die Rohre platziert werden. Es gibt verschiedene Arten von Rotoren. Zu den wichtigsten zählen Kipprotoren, Festwinkelrotoren und Vertikalrotoren.

In den Kipprotoren, wenn die Rohre in die Vorrichtungen dieses Rotortyps eingesetzt werden und wenn sie sich drehen, erhalten die Rohre eine Anordnung senkrecht zu der Rotationsachse.

In den Rotoren mit festem Winkel sind die Proben innerhalb einer festen Struktur angeordnet; wie im Bild und in vielen Zentrifugen gesehen.

Und in den vertikalen Rotoren in einigen Ultrazentrifugen rotieren die Röhren parallel zur Rotationsachse.

Arten der Zentrifugation

Die Arten der Zentrifugation variieren je nach dem Zweck ihrer Anwendung und den Bedingungen, unter denen das Verfahren durchgeführt wird. Diese Bedingungen können je nach Art der Stichprobe und Art der zu trennenden und / oder zu analysierenden Daten unterschiedlich sein.

Es gibt ein erstes Klassifizierungskriterium, das auf dem Ziel oder Zweck seiner Leistung basiert: präparative Zentrifugation und analytische Zentrifugation.

Präparative Zentrifugation

Es erhält diesen Namen, wenn Zentrifugation hauptsächlich verwendet wird, um Moleküle, Partikel, Zellfragmente oder Zellen für spätere Verwendung oder Analyse zu isolieren oder zu trennen. Die Menge an Probe, die üblicherweise für diesen Zweck verwendet wird, ist relativ groß.

Analytische Zentrifugation

Die analytische Zentrifugation wird durchgeführt, um die physikalischen Eigenschaften, wie den Sedimentationskoeffizienten und die Molekülmasse der sedimentierten Partikel zu messen oder zu analysieren.

Die auf diesem Ziel basierende Zentrifugation kann durch Anwendung verschiedener standardisierter Bedingungen durchgeführt werden; so wie es zum Beispiel bei einer der Techniken der Ultra-Zentrifugations-Analyse der Fall ist, die es erlaubt, die getrennten Moleküle oder Partikel zu analysieren, selbst wenn die Sedimentation stattfindet.

In einigen speziellen Fällen kann die Verwendung von Quarzzentrifugenröhrchen erforderlich sein. Sie ermöglichen somit den Durchtritt von sichtbarem und ultraviolettem Licht, da die Moleküle während des Zentrifugationsprozesses mit einem optischen System beobachtet und analysiert werden.

Genau genommen gibt es andere Klassifizierungskriterien, die von den Eigenschaften oder Bedingungen abhängen, in denen der Zentrifugationsprozess ausgeführt wird. Diese sind: Differentialzentrifugation, Zonen- oder Bandzentrifugation und isopyknische oder Gleichgewichtssedimentationszentrifugation.

Differenzielle Zentrifugation

Diese Art von Zentrifugation besteht darin, eine Probe für eine bestimmte Zeit und Geschwindigkeit einer Zentrifugation zu unterziehen, im Allgemeinen mit einem Drehwinkelrotor.

Es beruht auf der Trennung von Partikeln durch ihre Differenz in der Sedimentationsgeschwindigkeit, die direkt mit ihren Größen in Beziehung steht. Diejenigen mit größerem und größerem S sedimentieren am Boden der Röhre; während diejenigen, die kleiner sind, bleiben ausgesetzt.

Die suspendierte Abtrennung des Niederschlags ist bei dieser Art von Zentrifugation von entscheidender Bedeutung. Die suspendierten Partikel müssen dekantiert oder aus dem Röhrchen entfernt werden, so dass das Pellet oder Pellet zur weiteren Reinigung in einem anderen Lösungsmittel suspendiert werden kann; das heißt, es wird erneut zentrifugiert.

Diese Art von Technik ist nicht nützlich zum Trennen von Molekülen. Stattdessen kann es zum Beispiel zur Trennung von Zellorganellen von Zellen unter anderen Partikeln verwendet werden.

Zonal- oder Bandzentrifugation

Die Zonen- oder Bandzentrifugation führt die Trennung der Komponenten der Probe basierend auf der Differenz von S beim Durchqueren eines Mediums mit einem vorgeformten Dichtegradienten durch; wie Ficoll oder Saccharose zum Beispiel.

Die Probe wird auf den Gradienten des Reagenzglases gelegt. Dann wird mit hoher Geschwindigkeit zentrifugiert und die Trennung erfolgt in verschiedenen Bändern, die entlang des Mediums angeordnet sind (als ob es eine Gelatine mit mehreren Schichten wäre).

Partikel mit einem niedrigeren Wert von S sind am Anfang des Mediums, während solche, die größer sind oder ein höheres S haben, auf den Boden des Röhrchens gerichtet sind.

Mit diesem Verfahren können die in den verschiedenen Sedimentationsbändern gefundenen Komponenten getrennt werden. Es ist wichtig, die Zeit gut zu kontrollieren, um zu vermeiden, dass sich alle Moleküle oder Teilchen der Probe am Boden der Röhre absetzen.

Isopyknische Zentrifugation und andere Arten

- Es gibt viele andere Arten der Zentrifugation, wie Isopycnics. Dies ist spezialisiert auf die Trennung von Makromolekülen, auch wenn sie vom gleichen Typ sind.Die DNA passt sehr gut in diese Art von Makromolekülen, da sie Variationen in den Sequenzen und der Menge ihrer stickstoffhaltigen Basen aufweist; und daher Sediment mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.

- Es gibt auch eine Ultrazentrifugation, durch die die Sedimentationseigenschaften von Biomolekülen untersucht werden, ein Vorgang, der beispielsweise durch ultraviolettes Licht überwacht werden kann.

Es war nützlich bei der Kenntnis von subzellulären Strukturen oder Organellen. Es hat auch Fortschritte in der Molekularbiologie und der Entwicklung von Polymeren ermöglicht.

Anwendungen

Es gibt unzählige Bereiche der täglichen Arbeit, in denen verschiedene Arten der Zentrifugation eingesetzt werden. Sie dienen ua im Gesundheitswesen, in bioanalytischen Laboratorien, in der pharmazeutischen Industrie. Seine Bedeutung kann jedoch in zwei Worten zusammengefasst werden: trennen und charakterisieren.

Trennt Partikel

In der Chemie waren die verschiedenen Zentrifugationstechniken aus vielen Gründen extrem wichtig.

Es erlaubt, zwei Moleküle oder mischbare Partikel zu trennen. Hilft bei der Beseitigung von Verunreinigungen, Substanzen oder unerwünschten Partikeln in einer Probe; zum Beispiel eine Probe, in der nur Proteine ​​konserviert werden sollen.

In einer biologischen Probe, wie Blut, durch Zentrifugieren kann das Plasma von der Zellkomponente getrennt werden. Dies trägt zur Realisierung verschiedener Arten von biochemischen oder immunologischen Tests im Plasma oder Serum sowie für Routine- oder Spezialuntersuchungen bei.

Sogar eine Zentrifugation ermöglicht die Trennung der verschiedenen Zelltypen. Aus einer Blutprobe können zum Beispiel rote Blutkörperchen von Leukozyten oder weißen Blutkörperchen und auch von Blutplättchen getrennt werden.

Die gleiche Nützlichkeit kann durch Zentrifugation in irgendeiner der biologischen Flüssigkeiten erhalten werden: Urin, Zerebrospinalflüssigkeit, Amnionflüssigkeit, unter vielen anderen. Auf diese Weise können verschiedenste Analysen durchgeführt werden.

Als Charakterisierungstechnik

Es hat auch erlaubt, die Eigenschaften oder hydrodynamischen Eigenschaften vieler Moleküle zu untersuchen oder zu analysieren; hauptsächlich von komplexen Molekülen oder Makromolekülen.

Sowie zahlreiche Makromoleküle wie Nukleinsäuren. Es hat sogar die Charakterisierung von Details der Subtypen des gleichen Moleküls wie RNA unter vielen anderen Anwendungen erleichtert.

Beispiele für Zentrifugation

Dank der verschiedenen Zentrifugationstechniken wurden Fortschritte bei der genauen Kenntnis komplexer biologischer Prozesse, wie beispielsweise infektiöser und metabolischer Prozesse, gemacht.

- Durch Zentrifugation wurden viele ultrastrukturelle und funktionelle Aspekte von Molekülen und Biomolekülen aufgeklärt. Unter solchen Biomolekülen können die Proteine ​​Insulin und Hämoglobin erwähnt werden; und auf der anderen Seite, Nukleinsäuren (DNA und RNA).

- Mit der Unterstützung der Zentrifugation hat sich das Wissen und Verständnis vieler Prozesse, die das Leben erhalten, erweitert. Einer von ihnen ist der Krebs-Zyklus.

In diesem gleichen Anwendungsgebiet hat das Wissen über die Moleküle, aus denen die Atmungskette besteht, beeinflusst. So wird das Verständnis des komplexen Prozesses der oxidativen Phosphorylierung oder der echten Zellatmung unter vielen anderen Prozessen erhellt.

- Schließlich hat es zur Untersuchung verschiedener Prozesse wie Infektiosität beigetragen, die es ermöglicht, den Weg zu analysieren, den DNA durch einen Phagen (Bakterienvirus) und Proteine, die von der Wirtszelle synthetisiert werden können, injiziert.

Referenzen

1. Parul Kumar (s.). Zentrifuge: Einführung, Typen, Verwendungen und andere Details (mit Diagramm). Genommen von: biologydiscussion.com
2. Kapitel 3 Zentrifugation. [PDF] Von: phys.sinica.edu.tw
3. Grundlagen der Biochemie und Angewandte Molekularbiologie. (Abschluss in Biologie) Thema 2: Zentrifugation. [PDF] Genommen von: ehu.eus
4. Mathews, C. K. und Van Holde, K. E. (1998). Biochemie, 2. Aufl. McGraw-Hügel Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Zentrifugation Genommen von: en.wikipedia.org