צנטריפוגה: ממה היא מורכבת, סוגים, חשיבות, דוגמאות - כִּימִיָה - 2025

צנטריפוגה היא טכניקה, שיטה או הליך, מכאני או פיזי להפריד מולקולות או חלקיקים עם צפיפויות שונות נוכחות גם מדיום נוזלי. אבן הפינה שלו היא הפעלת כוח צנטריפוגלי, המופעל על ידי ציוד המכונה צנטריפוגה.

על ידי צנטריפוגה ניתן להפריד את המרכיבים של דגימת נוזלים ולנתח אותה. בין המרכיבים הללו נמנים המחלקות השונות של מולקולות או חלקיקים. כחלקיקים מתייחס לרסיסי תאים שונים, לאברונים של תאים, ואפילו לסוגים שונים של תאים, בין היתר.

סַרכֶּזֶת. מקור: מאט ג'ניצקי דרך פליקר

תיאודור סבדגר נחשב לאחד החלוצים המובילים במחקר הצנטריפוגה. פרס נובל בשנת 1926, קבע כי למולקולות או חלקיקים בגודל שלהם יש מקדמי משקע שונים. ה- "S" מגיע מסבדגר, לכבוד עבודתו.

לפיכך לחלקיקים שיעורי שקיעה אופייניים. המשמעות היא שלא כולם מתנהגים באותה צורה תחת פעולת כוח צנטריפוגלי המתבטא בסיבובים לדקה (סל"ד), או כפונקציה של רדיוס הרוטור (כוח צנטריפוגלי יחסי, g).

בין הגורמים שקובעים את S ואת מהירותו הם, למשל, מאפייני המולקולות או החלקיקים; תכונות המדיום; הטכניקה או שיטת הצנטריפוגה; וסוג הצנטריפוגה המשמש בין היתר.

צנטריפוגה מסווגת לפי התועלת שלה. בהכנה, כאשר זה מוגבל להפרדת רכיבי המדגם; ובניתוח, כאשר הוא מבקש גם לנתח את המולקולה או החלקיק המופרד. מצד שני, ניתן לסווג אותו גם על פי תנאי התהליך.

צנטריפוגה בסוגיה השונים הייתה חיונית לקידום הידע המדעי. בשימוש במרכזי מחקר, זה הקל על הבנת תהליכים ביוכימיים וביולוגיים מורכבים, בקרב רבים אחרים.

ממה זה מורכב? (תהליך)

בסיס צנטריפוגה

תהליך הצנטריפוגה מבוסס על העובדה כי המולקולות או החלקיקים המרכיבים דגימה בתמיסה, יסתובבו בעת סיבוב במכשיר שנקרא צנטריפוגה. זה גורם להפרדת החלקיקים מהסביבה הסובבת אותם כשהם מתיישבים במהירויות שונות.

התהליך מבוסס באופן ספציפי על תיאוריית המשקעים. לפי זה החלקיקים שיש להם צפיפות גבוהה יותר יתיישבו, בעוד שאר החומרים או מרכיבי הסביבה יישארו תלויים.

למה? מכיוון שלמולקולות או לחלקיקים יש גדלים, צורות, המונים, נפחים וצפיפות משלהם. לכן לא כולם מצליחים לשקע באותה דרך, מה שמתרגם למקדם משקעים S; וכתוצאה מכך בשיעור שקיעה שונה.

תכונות אלה הן המאפשרות הפרדה בין מולקולות או חלקיקים על ידי כוח צנטריפוגלי במהירות צנטריפוגה נתונה.

כח צנטריפוגלי

הכוח הצנטריפוגלי יושפע מכמה גורמים שיקבעו את המשקע: אלה הטבועים במולקולות או בחלקיקים; למאפייני הסביבה בה הם נמצאים; וגורמים הקשורים לצנטריפוגות בהן מתבצע הליך הצנטריפוגה.

ביחס למולקולות או לחלקיקים המסה, הנפח הספציפי וגורם המשטה של ​​אותו הם גורמים המשפיעים על המשקעים.

בנוגע לסביבה שמקיפה אותם, חשיבות מסת הממס העקור, צפיפות המדיום, העמידות להתקדם ומקדם החיכוך.

לגבי הצנטריפוגה, הגורמים החשובים ביותר המשפיעים על תהליך המשקע הם סוג הרוטור, המהירות הזוויתית, הכוח הצנטריפוגלי, וכתוצאה מכך המהירות הצנטריפוגלית.

סוגי צנטריפוגות

ישנם כמה סוגים של צנטריפוגות באמצעותם ניתן להטיל את הדגימה למהירויות שונות של צנטריפוגה.

בהתאם למהירות המרבית שאליה הם מגיעים, המתבטאים בתאוצה צנטריפוגלית (כוח צנטריפוגלי יחסי g), ניתן פשוט לסווג אותם כצנטריפוגות, בעלי המהירות המרבית של כ -3,000 גרם.

בעוד שבמה שמכונה צנטריפוגות-על, ניתן להגיע לטווח מהירויות גדול יותר קרוב ל -25,000 גר '. ובאולטרה צנטריפוגות המהירות גבוהה בהרבה ומגיעה ל 100,000 גרם.

על פי קריטריונים אחרים, ישנם מיקרו-צנטריפוגות או צנטריפוגות השולחן, המיוחדים לבצע את תהליך הצנטריפוגה בנפח מדגם קטן, ומגיע לטווח של 12,000 עד 15,000 גרם.

ישנם צנטריפוגות בעלי קיבולת גבוהה המאפשרים צנטריפוגה של נפחי מדגם גדולים יותר במהירות גבוהה כמו אולטרה צנטריפוגות.

באופן כללי, יש לשלוט בכמה גורמים כדי להגן על הרוטור והדגימה מפני התחממות יתר. לשם כך נוצרו אולטרה צנטריפוגות בתנאי ואקום או קירור מיוחדים, בין היתר.

סוגי הרוטורים

אחד האלמנטים הקובעים הוא סוג הרוטור, מכשיר שמסתובב והיכן מונחים הצינורות. ישנם סוגים שונים של רוטורים. בין העיקריים הם רוטורי מסתובבים, רוטורי זווית קבועה ורוטורים אנכיים.

בהטיית רוטורים, בעת הנחת הצינורות במכשירים מסוג רוטור זה וכאשר הם מסתובבים, הצינורות ירכשו סידור בניצב לציר הסיבוב.

ברוטורים עם זווית קבועה, הדגימות ימוקמו בתוך מבנה יציב; כפי שניתן לראות בתמונה ובצנטריפוגות רבות.

וברוטורים האנכיים בכמה אולטרה צנטריפוגות, הצינורות הולכים להסתובב במקביל לציר הסיבוב.

סוגי צנטריפוגה

סוגי הצנטריפוגה משתנים בהתאם למטרת יישוםם והתנאים בהם מתבצע התהליך. תנאים אלה עשויים להיות שונים בהתאם לסוג הדגימה ולאופי מה שיש להפריד ו / או לנתח.

יש קריטריון סיווג ראשון שמבוסס על המטרה או המטרה של ביצועו: צנטריפוגה מכינה וצנטריפוגה אנליטית.

צנטריפוגה מכינה

הוא מקבל שם זה כאשר צנטריפוגה משמשת בעיקר לבידוד או הפרדה של מולקולות, חלקיקים, שברי תאים או תאים, לשימושם או לניתוחם אחר כך. כמות המדגם המשמשת בדרך כלל למטרה זו גדולה יחסית.

צנטריפוגה אנליטית

צנטריפוגה אנליטית מתבצעת על מנת למדוד או לנתח את התכונות הפיזיקליות, כגון מקדם המשקעים והמסה המולקולרית של החלקיקים המיושבים.

ניתן לבצע צנטריפוגה על בסיס מטרה זו על ידי יישום תנאים סטנדרטיים שונים; כפי שקורה למשל באחת מטכניקות האולטרה-צנטריפוגציה האנליטית, המאפשרת לנתח את המולקולות או החלקיקים המופרדים, אפילו בזמן שמתרחש שקיעה.

במקרים ספציפיים יתכן ויהיה צורך להשתמש בצינורות צנטריפוגה קוורץ. כך הם מאפשרים מעבר של אור גלוי ואולטרה סגול, שכן במהלך תהליך הצנטריפוגה המולקולות נצפות ומנותחות באמצעות מערכת אופטית.

בדיוק, ישנם קריטריונים אחרים לסיווג, בהתאם למאפיינים או לתנאים בהם מתבצע תהליך הצנטריפוגה. אלה הם: צנטריפוגה דיפרנציאלית, צנטריפוגה אזורית או רצועתית, וצנטריפוגה איזון איזופיקני או משקעי משקע.

צנטריפוגה דיפרנציאלית

סוג זה של צנטריפוגה מורכב מהכנת מדגם לצנטריפוגה, לרוב עם רוטור זווית, לזמן ומהירות ספציפי.

זה מבוסס על הפרדת חלקיקים בגלל ההבדל שלהם במהירות המשקעים, שקשורה ישירות לגודלם. אלה שהם S גדולים יותר וגדולים יותר, מתיישבים בתחתית הצינור; ואילו הקטנים יותר יישארו מושעים.

הפרדה מושעה של המשקע היא חיונית בסוג זה של צנטריפוגה. יש לנטול חלקיקים מושעים או להסיר אותם מהצינור, כך שניתן יהיה להשעות את המשקעים או הגלולה בממיס אחר לטיהור הבא; כלומר, זה שוב צנטריפוג.

סוג זה של טכניקה אינו מועיל להפרדת מולקולות. במקום זאת ניתן להשתמש בו כדי להפריד, למשל, אברונים תאיים, תאים, בין חלקיקים אחרים.

צנטריפוגה אזור או להקה

הצנטריפוגה האזורית או הלהקה מבצעת את ההפרדה של רכיבי המדגם על בסיס ההבדל של S כאשר עוברים דרך מדיום עם שיפוע צפיפות מעוצב מראש; כמו פיקול, או סוכרוז למשל.

הדגימה ממוקמת על גבי שיפוע של מבחנה. בשלב הבא הוא ממשיך לצנטריפוגה במהירות גבוהה וההפרדה מתרחשת בלהקות שונות המסודרות לאורך האמצע (כאילו מדובר בג'לטין עם ריבוי שכבות).

חלקיקים עם ערך נמוך יותר של S נשארים בתחילת המדיום, בעוד שאלו שהם גדולים יותר או בעלי S גבוהה יותר, הולכים לכיוון קרקעית הצינור.

בעזרת הליך זה ניתן להפריד בין המרכיבים שנמצאים ברצועות המשקעים השונות. חשוב לשלוט היטב על הזמן בכדי להימנע מכל המולקולות או החלקיקים של הדגימה להתיישב לתחתית הצינור.

צנטריפוגה איזופיקניקית וסוגים אחרים

ישנם סוגים רבים אחרים של צנטריפוגה, כגון איזופיקניק. זה מתמחה בהפרדת מקרומולות, גם אם הם מאותו סוג. ה- DNA מתאים היטב לסוג זה של מקרולולקולות, מכיוון שהוא מציג וריאציות ברצפים ובכמות הבסיסים החנקניים שלה; ולכן משקעים במהירויות שונות.

יש גם אולטרה צנטריפוגה, דרכה נחקרים מאפייני המשקע של ביו-מולקולות, תהליך שניתן לפקח עליו באמצעות אור אולטרה סגול, למשל.

זה שימושי להבנת מבנים תת-תאיים, או אורגנלים. זה גם אפשר התקדמות בביולוגיה מולקולרית ובפיתוח פולימרים.

יישומים

ישנם אינספור תחומים בחיי היומיום שבהם משתמשים בסוגים שונים של צנטריפוגה. הם משמשים לשירותי הבריאות, במעבדות ביו-אנאליות, בתעשיית התרופות, בין תחומים אחרים. עם זאת, ניתן לסכם את חשיבותו בשתי מילים: להפריד ולאפיין.

מפריד חלקיקים

בכימיה טכניקות צנטריפוגה שונות הוכיחו חשיבות רבה מסיבות רבות.

זה מאפשר להפריד בין שתי מולקולות או חלקיקים שלא ניתנים לתיאום. מסייע בהסרת זיהומים, חומרים או חלקיקים לא רצויים במדגם; לדוגמה, מדגם שבו אתה רוצה רק לשמר חלבונים.

במדגם ביולוגי, כמו דם, ניתן להפריד את הפלזמה מהמרכיב התא על ידי צנטריפוגה. זה תורם לביצוע של סוגים שונים של בדיקות ביוכימיות או אימונולוגיות בפלזמה או בסרום, כמו גם למחקרים שגרתיים או מיוחדים.

אפילו צנטריפוגה מאפשרת להפריד בין סוגי התאים השונים. מדגימת דם, למשל, ניתן להפריד כדוריות דם אדומות מליוקוציטים או תאי דם לבנים, וגם מהטסיות הדם.

ניתן להשיג את אותה תועלת באמצעות צנטריפוגה בכל אחד מהנוזלים הביולוגיים: שתן, נוזל מוחי שדרה, מי שפיר, בין רבים אחרים. בדרך זו ניתן לבצע מגוון רחב של ניתוחים.

כטכניקת אפיון

זה גם אפשר לחקור או לנתח את המאפיינים או התכונות ההידרו-דינמיות של מולקולות רבות; בעיקר של מולקולות מורכבות או מקרומולקולות.

כמו גם מספר רב של מקרומולקולות כמו חומצות גרעין. זה אפילו הקל על אפיון הפרטים של תת-הסוגים של אותה מולקולה כמו RNA, בין יישומים רבים אחרים.

דוגמאות לצנטריפוגה

-תודה לטכניקות הצנטריפוגה השונות, התקדמו הידע המדויק של תהליכים ביולוגיים מורכבים כמו תהליכים זיהומיים ומטבוליים, בין היתר.

-בוצעה צנטריפוגה, הוסבר היבטים אולטרה-תשתיתיים ותפקודיים של מולקולות וביו-מולקולות. בין ביומולקולות כאלה, החלבונים אינסולין והמוגלובין; ומצד שני חומצות גרעין (DNA ו- RNA).

-עם התמיכה של צנטריפוגה, הידע וההבנה של רבים מהתהליכים המקיימים חיים הורחבו. אחד מהם הוא מחזור קרבס.

באותו תחום שימושי זה השפיע על הידע של המולקולות המרכיבות את שרשרת הנשימה. לפיכך, מתן אור להבנת התהליך המורכב של זרחן חמצוני, או נשימה תאית אמיתית, בין תהליכים רבים אחרים.

בסופו של דבר זה תרם לחקר תהליכים שונים כמו מחלות זיהומיות, בכך שהוא מאפשר ניתוח התוואי שאחריו ה- DNA שהוזרק על ידי פאג '(נגיף חיידקים) והחלבונים שהתא המארח יכול לסנתז.

הפניות

1. פאר קומאר. (sf). צנטריפוגה: מבוא, סוגים, שימושים ופרטים אחרים (עם תרשים). נלקח מ: biologydiscussion.com
2. פרק 3 צנטריפוגה. . התאושש מ: phys.sinica.edu.tw
3. יסודות הביוכימיה וביולוגיה מולקולרית יישומית. (תואר ראשון בביולוגיה) נושא 2: צנטריפוגה. . נלקח מ: ehu.eus
4. Mathews, CK וואן הולדה, KE (1998). ביוכימיה, מהדורה שנייה. מקגרו היל אינטרמריקנה.
5. ויקיפדיה. (2018). צנטריפוגה. נלקח מ: en.wikipedia.org