Il centrifugazione È una tecnica, un metodo o una 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 un'apparecchiatura chiamata centrifuga..
Mediante centrifugazione, i componenti di un campione di fluido possono essere separati e analizzati. Tra questi componenti vi sono le diverse classi di molecole o particelle. Come particelle, si fa riferimento a diversi frammenti cellulari, agli organelli delle cellule, anche a vari tipi di cellule, tra gli altri..
Theodor Svedger è considerato uno dei principali pionieri della ricerca sulle centrifughe. Premio Nobel nel 1926, stabilì che le molecole o particelle con le proprie dimensioni hanno coefficienti di sedimentazione diversi S. La "S" viene da Svedger, in onore delle sue opere.
Le particelle, quindi, hanno velocità di sedimentazione caratteristiche. 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 ci sono, ad esempio, le caratteristiche delle molecole o particelle; le proprietà del mezzo; la tecnica o il metodo di centrifugazione; e il tipo di centrifuga utilizzata, tra gli altri aspetti.
La centrifugazione è classificata in base alla sua utilità. In preparativo, quando si limita 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 di 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 processi biochimici e biologici complessi, tra molti altri..
Indice articolo
Il processo di centrifugazione si basa sul fatto che le molecole o particelle che compongono un campione in soluzione, ruotano quando ruotano in un dispositivo chiamato centrifuga. Ciò provoca la separazione delle particelle dall'ambiente che le circonda mentre si depositano a velocità diverse..
Il processo si basa specificamente sulla teoria della sedimentazione. In base a ciò, le particelle che hanno una densità maggiore si depositeranno, mentre il resto delle sostanze o componenti del mezzo rimarrà sospeso..
Perché? Perché le molecole o le particelle hanno dimensioni, forme, masse, volumi e densità proprie. Pertanto, non tutti riescono a sedimentare allo stesso modo, il che si traduce in un diverso coefficiente di sedimentazione S; e di conseguenza con un diverso tasso di sedimentazione.
Queste proprietà sono quelle che consentono di separare le molecole o le particelle dalla forza centrifuga a una data velocità di centrifugazione..
La forza centrifuga sarà influenzata da diversi fattori che determineranno la sedimentazione: quelli inerenti alle molecole o 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 particelle, la massa, il volume specifico e il fattore di flottazione della sedimentazione sono fattori influenzanti..
Per quanto riguarda l'ambiente che li circonda, sono importanti la massa del solvente spostato, la densità del mezzo, la resistenza all'avanzamento e il coefficiente di attrito..
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..
Esistono diversi tipi di centrifughe mediante le quali il campione può essere sottoposto a diverse velocità di centrifugazione..
A seconda della velocità massima che raggiungono, espressa in accelerazione centrifuga (Forza centrifuga relativa g), possono essere classificate semplicemente come centrifughe, aventi una velocità massima di circa 3.000 g.
Mentre nel cosiddetto supercentrifughe, una gamma più ampia di velocità può essere raggiunta vicino a 25.000 g. E nel ultracentrifughe, la velocità è molto più alta, raggiungendo i 100.000 g.
Secondo altri criteri, ci sono microcentrifughe o centrifughe da tavolo, che sono speciali per eseguire il processo di centrifugazione con un piccolo volume di campione, raggiungono un intervallo da 12.000 a 15.000 g.
Sono disponibili centrifughe ad alta capacità che consentono di centrifugare volumi di campione maggiori e ad alta velocità, come le ultracentrifughe..
In generale, è necessario controllare diversi fattori per proteggere il rotore e il campione dal surriscaldamento. Per questo, le ultracentrifughe sono state create con condizioni speciali di vuoto o refrigerazione, tra le altre..
Uno degli elementi determinanti è il tipo di rotore, un dispositivo che ruota e dove vengono posizionati i tubi. Esistono diversi tipi di rotori. Tra i principali ci sono i rotori del forcellone, i rotori ad angolo fisso e i rotori verticali.
Nei rotori inclinabili, quando si posizionano i tubi nei dispositivi di questo tipo di rotore e durante la rotazione, 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..
I tipi di centrifugazione variano a seconda dello scopo della loro applicazione e delle 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 lo scopo della sua prestazione: centrifugazione preparativa e centrifugazione analitica..
Riceve questo nome quando la centrifugazione viene utilizzata principalmente per isolare o separare molecole, particelle, frammenti cellulari o cellule, per il loro successivo utilizzo o analisi. La quantità di campione generalmente utilizzata per questo scopo è relativamente grande.
La centrifugazione analitica viene eseguita 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 analitiche di ultracentrifugazione, che permette di analizzare le molecole o particelle che si separano, anche se si effettua la sedimentazione.
In alcuni casi specifici, può essere richiesto l'uso di provette da centrifuga al quarzo. Consentono quindi il passaggio della luce visibile e ultravioletta, poiché durante il processo di centrifugazione le molecole vengono osservate e analizzate con un sistema ottico..
Precisamente, esistono altri criteri di classificazione a seconda delle caratteristiche o delle condizioni in cui viene effettuato il processo di centrifugazione. Questi sono: centrifugazione differenziale, centrifugazione a zona o banda e centrifugazione isopicnica o all'equilibrio di sedimentazione..
Questo tipo di centrifugazione consiste nel sottoporre un campione a centrifugazione, generalmente con rotore angolare, per un tempo e una velocità specifici..
Si basa sulla separazione delle particelle in base alla loro differenza di velocità di sedimentazione, che è direttamente correlata alle loro dimensioni. Quelli che sono sempre più grandi S, si depositano sul fondo del tubo; mentre quelli più piccoli rimarranno sospesi.
La separazione sospesa del precipitato è vitale in questo tipo di centrifugazione. Le particelle sospese devono essere decantate o rimosse dalla provetta, in modo tale che il sedimento o il pellet possa essere sospeso in un altro solvente per la successiva purificazione; cioè, viene nuovamente centrifugato.
Questo tipo di tecnica non è utile per separare le molecole. Invece, può essere utilizzato per separare, ad esempio, organelli cellulari, cellule, tra le altre particelle.
La centrifugazione zonale oa banda esegue la separazione dei componenti del campione in base alla differenza di S al passaggio attraverso un mezzo con gradiente di densità preformato; come Ficoll, o saccarosio, per esempio.
Il campione viene posizionato sopra il gradiente della provetta. Successivamente, viene centrifugato ad alta velocità e la separazione avviene in diverse bande disposte lungo il centro (come se fosse una gelatina a più strati)..
Le particelle con un valore di S inferiore rimangono all'inizio del mezzo, mentre quelle che sono più grandi o hanno una S maggiore, vanno verso il fondo del tubo.
Con questo procedimento è possibile separare i componenti presenti nelle diverse bande di sedimentazione. È importante controllare bene il tempo per evitare che tutte le molecole o particelle del campione si depositino sul fondo della provetta.
-Esistono molti altri tipi di centrifugazione, come l'isopicnica. Questo è specializzato nella separazione delle 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 l'ultracentrifugazione, attraverso la quale vengono studiate le caratteristiche di sedimentazione delle biomolecole, un processo che può essere monitorato utilizzando la luce ultravioletta, ad esempio..
È stato utile per comprendere le strutture subcellulari o gli organelli. Allo stesso modo, ha consentito progressi nella biologia molecolare e nello sviluppo di polimeri..
Esistono innumerevoli aree della vita quotidiana in cui vengono utilizzati diversi tipi di centrifugazione. Sono utilizzati 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.
In chimica, diverse tecniche di centrifugazione sono state estremamente importanti per molte ragioni..
Permette di separare due molecole o particelle miscibili. Aiuta a rimuovere impurità, sostanze o particelle indesiderate in un campione; ad esempio, un campione in cui si desidera conservare solo le proteine.
In un campione biologico, come il sangue, il plasma può essere separato dalla componente cellulare mediante centrifugazione. Ciò contribuisce all'esecuzione di diversi tipi di test biochimici o immunologici su plasma o siero, nonché per studi di routine o speciali..
Anche la centrifugazione permette 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, tra molti altri. In questo modo è possibile eseguire un'ampia varietà di analisi..
Ha inoltre permesso di studiare o analizzare le caratteristiche o proprietà idrodinamiche di molte molecole; principalmente di molecole complesse o macromolecole.
Oltre a numerose macromolecole come gli acidi nucleici. Ha anche reso più facile caratterizzare i dettagli dei sottotipi della stessa molecola come l'RNA, tra molte altre applicazioni..
-Grazie alle diverse tecniche di centrifugazione, sono stati compiuti progressi nella conoscenza esatta di processi biologici complessi come malattie infettive e metabolismo, tra gli altri..
-Per mezzo della centrifugazione sono stati chiariti molti aspetti ultrastrutturali e funzionali di molecole e 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, la conoscenza e la comprensione di molti dei processi di sostentamento vitale sono aumentate. Uno di questi è il ciclo di Krebs.
In questa stessa area di utilità ha influenzato la conoscenza delle molecole che compongono la catena respiratoria. Quindi, dando luce alla comprensione del complesso processo di fosforilazione ossidativa, o vera respirazione cellulare, tra molti altri processi.
-Infine, ha contribuito allo studio di vari processi come le malattie infettive, consentendo l'analisi del percorso seguito dal DNA iniettato da un fago (virus batterico) e delle proteine che la cellula ospite può sintetizzare.
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