CENTRIFUGAZIONE: IN COSA CONSISTE, TIPOLOGIE, IMPORTANZA, ESEMPI - CHIMICA - 2026

La centrifugazione è una tecnica, un metodo o una procedura che separa meccanicamente o fisicamente molecole o particelle con densità diverse e 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.

Centrifuga. Fonte: Matt Janicki tramite Flickr

Theodor Svedger è considerato uno dei principali pionieri della ricerca sulla centrifugazione. Il 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 del suo lavoro.

Le particelle hanno quindi 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.

In cosa consiste? (processi)

Base di centrifugazione

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 dell'ambiente rimarrà sospeso.

Perché? Perché le molecole o le particelle hanno le loro dimensioni, forme, masse, volumi e densità. Non tutti quindi 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 molecole o particelle dalla forza centrifuga a una data velocità di centrifugazione.

Forza centrifuga

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 delle stesse influiscono sulla sedimentazione.

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.

Tipi di centrifughe

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 semplicemente classificate come centrifughe, aventi una velocità massima di circa 3.000 g.

Mentre nelle cosiddette supercentrifughe si può raggiungere un range di velocità maggiore vicino ai 25.000 g. E nelle ultracentrifughe, la velocità è molto più alta, raggiungendo i 100.000 g.

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

Esistono centrifughe ad alta capacità che consentono di centrifugare volumi di campione più grandi 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, sono state create ultracentrifughe con condizioni speciali di vuoto o refrigerazione, tra le altre.

Tipi di rotore

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 rotori del forcellone, rotori ad angolo fisso e 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 ruoteranno parallelamente all'asse di rotazione.

Tipi di centrifugazione

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 deve essere separato e / o analizzato.

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

Centrifugazione preparativa

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.

Centrifugazione analitica

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 avviene 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 all'equilibrio isopiclico o di sedimentazione.

Centrifugazione differenziale

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 a causa della loro differenza nella velocità di sedimentazione, che è direttamente correlata alle loro dimensioni. Quelli che sono sempre più grandi S, si depositano nella parte inferiore 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 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.

Centrifugazione a zona o banda

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 posto sopra il gradiente della provetta. Successivamente si procede alla centrifuga ad alta velocità e la separazione avviene in diverse fasce disposte lungo la parte mediana (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.

Centrifugazione isopicnica e altri tipi

-Ci sono molti altri tipi di centrifugazione, come quella 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.

-C'è anche l'ultracentrifugazione, attraverso la quale si studiano 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. Ha anche consentito progressi nella biologia molecolare e nello sviluppo di polimeri.

applicazioni

Sono innumerevoli gli ambiti della vita quotidiana in cui vengono utilizzati i 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.

Separa le particelle

In chimica, diverse tecniche di centrifugazione si sono dimostrate 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 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, tra molti altri. In questo modo è possibile eseguire un'ampia varietà di analisi.

Come tecnica di caratterizzazione

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 persino reso più facile caratterizzare i dettagli dei sottotipi della stessa molecola come l'RNA, tra molte altre applicazioni.

Esempi di centrifugazione

-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.

-Attraverso la centrifugazione sono stati chiariti molti aspetti ultrastrutturali e funzionali di molecole e biomolecole. Tra tali biomolecole, 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 che sostengono la vita sono state ampliate. Uno di questi è il ciclo di Krebs.

In questo stesso campo 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 dalle proteine ​​che la cellula ospite può sintetizzare.

Riferimenti

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5. Wikipedia. (2018). Centrifugazione. Tratto da: en.wikipedia.org