Santrifüj: ne olduğu, çeşitleri, önemi, örnekler

Santrifüjleme, farklı yoğunluktaki molekülleri veya parçacıkları mekanik veya fiziksel olarak ayıran ve ayrıca sıvı bir ortamda bulunan bir teknik, yöntem veya prosedürdür. Temel taşı, merkezkaç denilen bir ekip tarafından uygulanan merkezkaç kuvveti uygulamasıdır.

Santrifüjleme ile bir sıvı numunesinin bileşenleri ayrılabilir ve analiz edilebilir. Bu bileşenler arasında farklı molekül veya partikül sınıfları bulunur. Parçacıklar olarak, farklı hücre parçaları diğerlerinin yanı sıra hücrelerin organellerine, hatta birkaç hücre tipine de atıfta bulunulmaktadır.

Theodor Svedger, santrifüjlemede araştırmaların öncülerinden biri olarak kabul edilir. 1926'da Nobel Ödülü, moleküllerin veya partiküllerin kendi büyüklüklerinde farklı sedimantasyon S katsayısına sahip olduğunu belirledi. "S", çalışmalarının şerefine Svedger'den geliyor.

Bu nedenle parçacıklar, karakteristik sedimantasyon oranlarına sahiptir. Bunun anlamı, dakikadaki devir sayısı (rpm) olarak ifade edilen bir merkezkaç kuvvetinin etkisi altında veya aynı şekilde rotor yarıçapının bir fonksiyonu olarak (göreceli merkezkaç kuvveti, g ) aynı şekilde davranmamasıdır.

S'yi ve bunun hızını belirleyen faktörler arasında, örneğin, moleküllerin veya parçacıkların özellikleri; ortamın özellikleri; santrifüjleme tekniği veya yöntemi; ve diğer yönlerin yanı sıra kullanılan santrifüj tipi.

Santrifüjleme, bunun yararına göre sınıflandırılır. Hazırlıkta, numune bileşenlerinin ayrılmasıyla sınırlı olduğunda; ve analitikte, ayrılan molekülü veya parçacığı da analiz etmek istediğinde. Öte yandan, işlemin şartlarına göre de sınıflandırılabilir.

Farklı türlerdeki santrifüjleme, bilimsel bilginin ilerletilmesi için zorunlu olmuştur. Araştırma merkezlerinde kullanılan, diğerleri arasında, karmaşık biyokimyasal ve biyolojik süreçlerin anlaşılmasını kolaylaştırmıştır.

Nelerden oluşur? (Proses)

Santrifüjleme temeli

Santrifüjleme işlemi, çözeltide bir numune oluşturan moleküllerin veya partiküllerin santrifüj adı verilen bir cihazda dönerken döneceği gerçeğine dayanır. Bu, farklı hızlarda sediment çekerken partiküllerin çevre ortamdan ayrılmasına neden olur.

Süreç özellikle sedimantasyon teorisine dayanır. Buna göre, daha fazla yoğunluğa sahip olan parçacıklar çökelecek, ortamın geri kalan maddeleri ya da bileşenleri askıda kalacaktır.

Neden? Çünkü moleküllerin veya partiküllerin kendi boyutları, şekilleri, kütleleri, hacimleri ve yoğunlukları vardır. Bu nedenle, hepsi aynı şekilde tortu almayı başaramaz, bu da farklı bir sedimantasyon katsayısı S'ye dönüşür; ve bu nedenle, farklı bir sedimantasyon oranında.

Bu özellikler molekülleri veya parçacıkları belli bir santrifüjleme hızında merkezkaç kuvveti ile ayırmaya izin veren özelliklerdir.

Merkezkaç kuvveti

Santrifüj kuvveti sedimantasyonu belirleyen çeşitli faktörlerden etkilenecektir: moleküllere veya partiküllere özgü olanlar; Bulundukları ortamın özelliklerine; ve santrifüjleme işleminin gerçekleştirildiği santrifüjlerle ilgili faktörler.

Moleküller veya partiküller ile ilgili olarak, kütle, özgül hacim ve bunun yüzdürme faktörü sedimantasyonu etkileyen faktörlerdir.

Bunları çevreleyen çevre açısından, yer değiştiren çözücünün kütlesi, ortamın yoğunluğu, ilerlemeye karşı direnç ve sürtünme katsayısı önemlidir.

Santrifüj gelince, sedimantasyon işlemini etkileyen en önemli faktörler rotor tipi, açısal hız, merkezkaç kuvveti ve sonuç olarak merkezkaç hızıdır.

Santrifüj çeşitleri

Numunenin farklı santrifüjleme hızlarına tabi tutulabileceği çeşitli santrifüj türleri vardır.

Santrifüj ivmesiyle ifade edilen (göreceli santrifüj kuvveti g ) ifade edilen maksimum hıza bağlı olarak, yaklaşık 3, 000 g maksimum hıza sahip olan basitçe santrifüjler olarak sınıflandırılabilir.

Süper santrifüj denilen yerde, 25.000 g'a yakın daha yüksek bir hız aralığı elde edilebilir. Ve ultra santrifüjlerde, hız 100.000 g'a ulaşarak çok daha yüksektir.

Diğer kriterlere göre, santrifüjleme işlemini küçük bir numune hacminde gerçekleştirmek için özel olan mikrosantrifüjler veya masa santrifüjleri vardır, 12.000 ila 15.000 g aralığına ulaşır.

Ultrasantrifüjler gibi daha büyük ve daha yüksek hızlı numunelerin santrifüj edilmesini sağlayan yüksek kapasiteli santrifüjler vardır.

Genel olarak, rotoru ve numuneyi aşırı ısınmadan korumak için çeşitli faktörler kontrol edilmelidir. Bunun için ultrasantrifüjler, diğerleri arasında özel vakum veya soğutma koşullarıyla yaratılmıştır.

Rotor çeşitleri

Belirleyici elemanlardan biri, rotor tipi, dönen ve boruların yerleştirildiği cihazdır. Farklı tipte rotorlar vardır. Bunlardan başlıcaları rotorlar, sabit açılı rotorlar ve dikey rotorlar.

Devirme rotorlarında, tüpleri bu tür rotor cihazlarına yerleştirirken ve dönerken, tüpler dönme eksenine dik bir düzenleme elde edecektir.

Sabit açılı rotorlarda, numuneler katı bir yapı içine yerleştirilecektir; görüntüde ve birçok santrifüjde görüldüğü gibi.

Bazı ultrasantrifüjlerde dikey rotorlarda, tüpler dönme eksenine paralel dönecektir.

Santrifüj çeşitleri

Santrifüjleme tipleri, uygulamasının amacına ve işlemin yapıldığı koşullara göre değişir. Bu koşullar, numunenin türüne ve ayırmak ve / veya analiz etmek istediğiniz şeyin niteliğine bağlı olarak farklı olabilir.

Performansının amacına veya amacına dayanan bir birinci sınıflandırma kriteri vardır: hazırlayıcı santrifüj ve analitik santrifüj.

Hazırlayıcı santrifüj

Santrifüjleme temel olarak molekülleri, partikülleri, hücre fragmanlarını veya hücreleri daha sonra kullanmak veya analiz etmek üzere izole etmek veya ayırmak için kullanıldığında bu adı alır. Genellikle bu amaç için kullanılan numune miktarı nispeten yüksektir.

Analitik santrifüjleme

Analitik santrifüjleme, sedimantasyon katsayısı ve çökeltilmiş parçacıkların moleküler kütlesi gibi fiziksel özellikleri ölçmek veya analiz etmek için gerçekleştirilir.

Bu hedefe dayanan santrifüjleme, farklı standart koşullar uygulanarak yapılabilir; olduğu gibi, örneğin, çökeltme gerçekleştiğinde bile ayrılan molekülleri veya parçacıkları analiz etmeyi sağlayan ultra santrifüj analitik tekniklerinden birinin durumunda.

Bazı özel durumlarda, kuvars santrifüj tüplerinin kullanılması gerekebilir. Bu nedenle, santrifüjleme işlemi sırasında moleküller bir optik sistemle gözlenip analiz edildiğinden, görünür ve ultraviyole ışığın geçişine izin verirler.

Kesin olarak, santrifüjleme işleminin uygulandığı özelliklere veya koşullara bağlı olarak başka sınıflandırma kriterleri vardır. Bunlar: diferansiyel santrifüj, zonal veya bant santrifüjlemesi ve izopiknik santrifüj veya sedimantasyon dengesidir.

Diferansiyel santrifüj

Bu tür santrifüjleme, belirli bir süre ve hız için bir numunenin genel olarak açısal bir rotor ile santrifüjlemeye tabi tutulmasından oluşur.

Partiküllerin, boyutlarıyla doğrudan ilişkili olan sedimantasyon hızlarındaki farklarına göre ayrılmasına dayanır. Daha büyük ve daha büyük S olanlar, tüpün dibinde sediment; daha küçük olanlar ise, askıda kalacaktır.

Çökeltinin süspansiyondan ayrılması, bu tür santrifüjlemede hayati öneme sahiptir. Süspansiyon haline getirilmiş parçacıkların tüpten boşaltılması veya ayrılması gerekir, böylece pelet veya pelet daha fazla saflaştırma için başka bir çözücü içinde süspanse edilebilir; yani tekrar santrifüj edilir.

Bu teknik, molekülleri ayırmak için kullanışlı değildir. Bunun yerine, örneğin hücre organellerinin hücrelerden, diğer partiküller arasında ayrılmasının gerçekleştirilmesi için kullanılabilir.

Bölgesel veya bant santrifüjlemesi

Zonal ya da bant santrifüjlemesi, önceden oluşturulmuş bir yoğunluk gradyanı olan bir ortam boyunca geçerken S farkına dayalı olarak numune bileşenlerinin ayrılmasını gerçekleştirir; örneğin Ficoll veya sakaroz gibi.

Örnek, test tüpünün gradyanının üstüne yerleştirilir. Daha sonra, yüksek hızda santrifüjlenmeye devam edilir ve ortam boyunca düzenlenen farklı bantlarda ayrılma meydana gelir (sanki çoklu tabakalara sahip bir jelatinmiş gibi).

S değeri düşük olan parçacıklar ortamın başlangıcındayken, daha büyük veya daha büyük S'ye sahip olanlar tüpün tabanına doğru yönlendirilir.

Bu prosedürle, farklı sedimantasyon bantlarında bulunan bileşenler ayrılabilir. Numunenin tüm moleküllerinin veya parçacıklarının tüpün dibine çökmesini önlemek için zamanı iyi kontrol etmek önemlidir.

İzopiknik santrifüj ve diğer tipler

- İzopiknik gibi başka birçok santrifüjleme türü vardır. Bu, aynı tipte olsalar bile, makromoleküllerin ayrılması konusunda uzmandır. DNA, bu tür makromoleküllere çok iyi uyum sağlar, çünkü azotlu bazların sekanslarında ve miktarlarında farklılıklar gösterir; ve bu nedenle, farklı hızlarda sediment.

- Ayrıca biyomoleküllerin sedimantasyon özelliklerinin incelendiği ultrasantrifüj de vardır, örneğin ultraviyole ışıkla izlenebilen bir işlem.

Hücre altı yapılarının veya organellerinin bilgisinde faydalı olmuştur. Ayrıca moleküler biyolojide ve polimerlerin geliştirilmesinde ilerlemeler sağlamıştır.

uygulamaları

Farklı santrifüjleme tiplerinin kullanıldığı günlük çalışmaların sayısız alanı vardır. Biyoanalitik laboratuarlarda, ilaç endüstrisinde, diğer alanlarda sağlık hizmetine hizmet ederler. Bununla birlikte, önemi iki kelimeyle özetlenebilir: ayrı ve karakterize.

Parçacıklar ayırır

Kimyada, farklı santrifüj teknikleri birçok nedenden dolayı son derece önemli olmuştur.

İki molekülü veya karışabilir parçacıkları ayırmaya izin verir. Bir numunedeki yabancı maddelerin, maddelerin veya istenmeyen parçacıkların yok edilmesine yardımcı olur; örneğin, sadece proteinlerin korunması istenen bir numune.

Kan gibi biyolojik bir örnekte, plazma, santrifüjleme ile hücresel bileşenden ayrılabilir. Bu, plazma veya serumda ve ayrıca rutin veya özel çalışmalar için farklı türlerde biyokimyasal veya immünolojik testlerin gerçekleştirilmesine katkıda bulunur.

Santrifüjleme bile farklı hücre tiplerinin ayrılmasını sağlar. Bir kan örneğinden, örneğin, kırmızı kan hücreleri lökositlerden veya beyaz kan hücrelerinden ve ayrıca trombositlerden ayrılabilir.

Aynı yarar, biyolojik sıvıların herhangi birinde santrifüjleme ile elde edilebilir: idrar, beyin omurilik sıvısı, amniyon sıvısı, diğerleri. Bu şekilde çok çeşitli analizler yapılabilir.

Karakterizasyon tekniği olarak

Ayrıca birçok molekülün özellikleri veya hidrodinamik özelliklerini incelemek veya incelemek; temel olarak kompleks moleküller veya makromoleküller içerir.

Nükleik asitler gibi sayısız makromoleküller. Buna ek olarak, diğer birçok uygulama arasında RNA ile aynı molekülün alt tiplerinin detaylarının karakterizasyonunu kolaylaştırmıştır.

Santrifüj örnekleri

Farklı santrifüjleme teknikleri sayesinde, diğerleri arasında bulaşıcı ve metabolizma gibi karmaşık biyolojik işlemlerin tam olarak bilinmesi konusunda ilerlemeler kaydedilmiştir.

- Santrifüjleme ile moleküllerin ve biyomoleküllerin birçok ultrastrüktürel ve fonksiyonel yönü açıklanmıştır. Bu tür biyomoleküller arasında, insülin ve hemoglobin proteinleri; ve diğer yandan, nükleik asitler (DNA ve RNA).

- Santrifüjleme desteği ile, yaşamı sürdüren pek çok işlemin bilgisi ve anlayışı genişletildi. Bunlardan biri Krebs döngüsü.

Bu aynı kullanım alanında, solunum zincirini oluşturan moleküllerin bilgisini etkilemiştir. Böylece, diğer birçok işlemin yanı sıra karmaşık oksidatif fosforilasyon işleminin veya gerçek hücresel solunum sürecinin anlaşılmasına ışık verir.

Son olarak, bir faj (bakteri virüsü) ve konakçı hücrenin sentezleyebileceği proteinler tarafından enjekte edilen DNA tarafından takip edilen rotayı analiz etmeyi sağlayarak bulaşıcı gibi çeşitli işlemlerin çalışılmasına katkıda bulunmuştur.