SANTRIFÜJLEME: NELERDEN OLUŞUR, TÜRLERI, ÖNEMI, ÖRNEKLERI - KIMYA - 2025

Santrifüjleme , mekanik veya fiziksel olarak farklı yoğunluklara sahip molekülleri ya da parçacıkların ayrılması ve aynı zamanda, bir sıvı ortam içinde mevcut olan bir teknik, metodu ya da bir işlemdir. Temel taşı, santrifüj adı verilen ekipman tarafından uygulanan merkezkaç kuvvetinin uygulanmasıdır.

Santrifüjleme yoluyla, bir sıvı numunesinin bileşenleri ayrılabilir ve analiz edilebilir. Bu bileşenler arasında farklı molekül veya parçacık sınıfları vardır. Parçacıklar olarak, diğerlerinin yanı sıra farklı hücre parçalarına, hücrelerin organellerine, hatta çeşitli hücre türlerine atıfta bulunulur.

Santrifüj. Kaynak: Flickr aracılığıyla Matt Janicki

Theodor Svedger, santrifüj araştırmalarında önde gelen öncülerden biri olarak kabul edilir. 1926 Nobel Ödülü, kendi boyutlarına sahip moleküllerin veya parçacıkların farklı sedimantasyon katsayılarına sahip olduğunu belirledi. "S", çalışmalarının şerefine Svedger'den geldi.

Bu nedenle parçacıklar karakteristik çökelme oranlarına sahiptir. Bu, dakika başına devir (rpm) olarak ifade edilen bir merkezkaç kuvvetinin etkisi altında veya rotor yarıçapının bir fonksiyonu olarak (göreceli merkezkaç kuvveti, g) hepsinin aynı şekilde davranmadığı anlamına gelir.

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

Santrifüjleme, kullanışlılığına göre sınıflandırılır. Hazırlamada, numunenin bileşenlerinin ayrılmasıyla sınırlı olduğunda; ve analitikte, ayrılan molekülü veya parçacığı da analiz etmeye çalışırken. Öte yandan, proses koşullarına göre de sınıflandırılabilir.

Bilimsel bilginin ilerlemesi için farklı türlerde santrifüjleme çok önemli olmuştur. Araştırma merkezlerinde kullanıldığında, diğerleri arasında karmaşık biyokimyasal ve biyolojik süreçlerin anlaşılmasını kolaylaştırmıştır.

Ne içeriyor? (Proses)

Santrifüjlemenin temeli

Santrifüj işlemi, çözelti içindeki bir numuneyi oluşturan moleküllerin veya parçacıkların, santrifüj adı verilen bir cihazda dönerken döneceği gerçeğine dayanmaktadır. Bu, parçacıkların farklı hızlarda yerleşirken kendilerini çevreleyen ortamdan ayrılmasına neden olur.

Süreç özellikle sedimantasyon teorisine dayanmaktadır. Buna göre, daha yüksek yoğunluğa sahip olan parçacıklar yerleşirken, ortamdaki geri kalan maddeler veya bileşenler askıda kalacaktır.

Neden? Çünkü moleküllerin veya parçacıkların kendi boyutları, şekilleri, kütleleri, hacimleri ve yoğunlukları vardır. Bu nedenle, hepsi aynı şekilde çökelmeyi başaramaz, bu da farklı bir sedimantasyon katsayısı S anlamına gelir; ve sonuç olarak farklı bir sedimantasyon hızında.

Bu özellikler, moleküllerin veya parçacıkların belirli bir santrifüjleme hızında merkezkaç kuvveti ile ayrılmasına izin veren özelliklerdir.

Merkezkaç kuvveti

Merkezkaç kuvveti, çökelmeyi belirleyen birkaç faktörden etkilenecektir: moleküllere veya parçacıklara özgü olanlar; bulundukları çevrenin özelliklerine; ve santrifüjleme prosedürünün gerçekleştirildiği santrifüjlerle ilgili faktörler.

Moleküller veya parçacıklarla ilgili olarak, bunların kütlesi, özgül hacmi ve yüzdürme faktörü, sedimantasyonda etkileyen faktörlerdir.

Bunları çevreleyen ortamla ilgili olarak, yer değiştiren çözücünün kütlesi, ortamın yoğunluğu, ilerlemeye karşı direnç ve sürtünme katsayısı önemlidir.

Santrifüjle ilgili olarak, sedimantasyon sürecini etkileyen en önemli faktörler rotor tipi, açısal hız, merkezkaç kuvveti ve dolayısıyla merkezkaç hızıdır.

Santrifüj türleri

Numunenin farklı santrifüj hızlarına tabi tutulabileceği birkaç tür santrifüj vardır.

Santrifüj ivmesi (bağıl merkezkaç kuvveti g) olarak ifade edilen ulaştıkları maksimum hıza bağlı olarak, yaklaşık 3.000 g maksimum hıza sahip olan santrifüjler olarak basitçe sınıflandırılabilirler.

Sözde süper santrifüjlerde iken, 25.000 g'a yakın daha geniş bir hız aralığına ulaşılabilir. Ve ultra santrifüjlerde hız çok daha yüksektir ve 100.000 g'a ulaşır.

Diğer kriterlere göre, 12.000 ila 15.000 g aralığına ulaşan küçük bir numune hacmiyle santrifüjleme işlemini gerçekleştirmek için özel olan masa üstü mikrosantrifüjler veya santrifüjler vardır.

Ultrasantrifüjler gibi daha büyük, yüksek hızlı numune hacimlerinin santrifüjlenmesine izin veren yüksek kapasiteli santrifüjler vardır.

Genel olarak, rotoru ve numuneyi aşırı ısınmadan korumak için birkaç faktör kontrol edilmelidir. Bunun için ultrasantrifüjler, diğerleri arasında özel vakum veya soğutma koşullarında oluşturulmuştur.

Rotor türleri

Belirleyici unsurlardan biri, dönen ve tüplerin yerleştirildiği bir cihaz olan rotor tipidir. Farklı rotor türleri vardır. Başlıca olanlar arasında salıncaklı rotorlar, sabit açılı rotorlar ve dikey rotorlar bulunur.

Eğimli rotorlarda, tüpleri bu tip rotorun cihazlarına yerleştirirken ve dönerken, tüpler dönme eksenine dik bir düzenleme elde edecektir.

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

Bazı ultra santrifüjlerde dikey rotorlarda, tüpler dönme eksenine paralel olarak dönecektir.

Santrifüj türleri

Santrifüjleme türleri, uygulama amacına ve işlemin gerçekleştirildiği koşullara göre değişir. Bu koşullar, numunenin tipine ve neyin ayrılması ve / veya analiz edilmesi gerektiğine bağlı olarak farklı olabilir.

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

Hazırlayıcı santrifüj

Santrifüjleme esas olarak molekülleri, parçacıkları, hücre parçalarını 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 fazladır.

Analitik santrifüj

Analitik santrifüjleme, çökelme katsayısı ve çökelmiş parçacıkların moleküler kütlesi gibi fiziksel özelliklerini ölçmek veya analiz etmek için gerçekleştirilir.

Bu hedefe dayalı santrifüjleme, farklı standartlaştırılmış koşullar uygulanarak gerçekleştirilebilir; örneğin, analitik ultra santrifüj tekniklerinden birinde olduğu gibi, çökelme meydana gelirken bile ayrılan molekülleri veya partikülleri analiz etmeye izin verir.

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

Kesin olarak, santrifüjleme işleminin gerçekleştirildiği özelliklere veya koşullara bağlı olarak başka sınıflandırma kriterleri vardır. Bunlar: diferansiyel santrifüjleme, bölge veya bant santrifüjleme ve izopiknik veya sedimantasyon denge santrifüjüdür.

Diferansiyel santrifüj

Bu tip santrifüjleme, bir numunenin belirli bir süre ve hız için genellikle bir açılı rotor ile santrifüje tabi tutulmasından oluşur.

Boyutlarıyla doğrudan ilişkili olan tortulaşma hızlarındaki farklılıklar nedeniyle parçacıkların ayrılmasına dayanır. Daha büyük ve daha büyük S olanlar, tüpün dibine yerleşir; daha küçük olanlar ise askıda kalacaktır.

Çökeltinin askıda ayrılması bu tip santrifüjlemede hayati önem taşır. Çökeltinin veya peletin daha sonraki saflaştırma için başka bir çözücü içinde süspanse edilebilmesi için asılı parçacıklar boşaltılmalı veya tüpten çıkarılmalıdır; yani tekrar santrifüjlenir.

Bu tip teknik molekülleri ayırmak için kullanışlı değildir. Bunun yerine, örneğin hücresel organelleri, hücreleri diğer parçacıklar arasında ayırmak için kullanılabilir.

Bölge veya bant santrifüjü

Bölgesel veya bant santrifüjleme, önceden oluşturulmuş bir yoğunluk gradyanına sahip bir ortamdan geçerken S'nin farkına dayalı olarak numunenin bileşenlerinin ayrılmasını gerçekleştirir; örneğin Ficoll veya sukroz gibi.

Numune, test tüpünün gradyanının üstüne yerleştirilir. Daha sonra, yüksek hızda santrifüje tabi tutulur ve ayırma, orta kısım boyunca düzenlenmiş farklı bantlar halinde gerçekleşir (sanki birden çok tabakalı bir jelatinmiş gibi).

Daha düşük S değerine sahip parçacıklar ortamın başlangıcında kalırken, daha büyük veya daha yüksek S'ye sahip olanlar tüpün dibine doğru ilerler.

Bu prosedür ile farklı sedimantasyon bantlarında bulunan bileşenler ayrılabilir. Numunedeki tüm moleküllerin veya partiküllerin tüpün dibine yerleşmesini önlemek için zamanı iyi kontrol etmek önemlidir.

İzopiknik santrifüj ve diğer tipler

-İzopiknik gibi başka birçok santrifüj türü vardır. Bu, aynı türden olsalar bile makromolekülleri ayırmada uzmanlaşmıştır. DNA, nitrojen bazlarının sekansları ve miktarlarında farklılıklar gösterdiği için bu tür makromoleküllere çok iyi uymaktadır; ve bu nedenle farklı hızlarda çökelti.

-Örneğin ultraviyole ışık kullanılarak izlenebilen bir süreç olan biyomoleküllerin çökelme özelliklerinin incelendiği bir ultrasantrifüjleme de vardır.

Alt hücre yapılarını veya organelleri anlamada faydalı olmuştur. Ayrıca moleküler biyolojide ve polimerlerin geliştirilmesinde ilerlemeler sağlamıştır.

Uygulamalar

Günlük yaşamda farklı santrifüj türlerinin kullanıldığı sayısız alan vardır. Sağlık hizmeti için, biyoanalitik laboratuvarlarda, ilaç endüstrisinde ve diğer alanlarda kullanılırlar. Bununla birlikte, önemi iki kelimeyle özetlenebilir: ayır ve karakterize et.

Parçacıkları ayırır

Kimyada, farklı santrifüjleme tekniklerinin birçok nedenden dolayı son derece önemli olduğu kanıtlanmıştır.

İki karışabilir molekül veya parçacığı ayırmaya izin verir. Bir numunedeki istenmeyen safsızlıkları, maddeleri veya partikülleri gidermeye yardımcı olur; örneğin, yalnızca proteinleri korumak istediğiniz bir örnek.

Kan gibi biyolojik bir numunede, plazma hücresel bileşenden santrifüj ile ayrılabilir. Bu, plazma veya serum üzerinde farklı biyokimyasal veya immünolojik testlerin yanı sıra rutin veya özel çalışmaların performansına katkıda bulunur.

Santrifüj bile farklı hücre türlerinin ayrılmasına izin verir. Örneğin bir kan örneğinden kırmızı kan hücreleri, lökositlerden veya beyaz kan hücrelerinden ve ayrıca trombositlerden ayrılabilir.

Biyolojik sıvıların herhangi birinde santrifüjleme ile aynı fayda elde edilebilir: idrar, beyin omurilik sıvısı, amniyotik sıvı ve diğerleri. Bu şekilde çok çeşitli analizler yapılabilir.

Bir karakterizasyon tekniği olarak

Ayrıca, birçok molekülün özelliklerini veya hidrodinamik özelliklerini incelemeyi veya analiz etmeyi mümkün kılmıştır; esas olarak karmaşık moleküller veya makromoleküllerden oluşur.

Nükleik asitler gibi çok sayıda makromolekülün yanı sıra. Hatta diğer birçok uygulamanın yanı sıra, RNA gibi aynı molekülün alt tiplerinin ayrıntılarını karakterize etmeyi bile kolaylaştırdı.

Santrifüjleme örnekleri

-Farklı santrifüjleme teknikleri sayesinde, diğerlerinin yanı sıra bulaşıcı hastalık ve metabolizma gibi karmaşık biyolojik süreçlerin tam olarak bilinmesinde ilerlemeler kaydedilmiştir.

-Santrifüjleme yoluyla, moleküllerin ve biyomoleküllerin birçok ultrastrüktürel ve işlevsel yönleri aydınlatılmıştır. Bu tür biyomoleküller arasında, insülin ve hemoglobin proteinleri; ve diğer yandan nükleik asitler (DNA ve RNA).

-Santrifüjün desteğiyle, yaşamı sürdüren birçok sürecin bilgi ve anlayışı genişletildi. Bunlardan biri Krebs döngüsüdür.

Aynı kullanım alanında, solunum zincirini oluşturan moleküllerin bilgisini etkilemiştir. Bu nedenle, diğer birçok işlemin yanı sıra karmaşık oksidatif fosforilasyon veya gerçek hücresel solunum sürecini anlamaya ışık tutar.

-Son olarak, bir faj (bakteri virüsü) tarafından enjekte edilen DNA ve konakçı hücrenin sentezleyebileceği proteinlerin izlediği yolun analizine izin vererek bulaşıcı hastalık gibi çeşitli süreçlerin çalışılmasına katkıda bulunmuştur.

Referanslar

1. Parul Kumar. (Sf). Santrifüj: Giriş, Tipler, Kullanım Alanları ve Diğer Detaylar (Diyagramlı). Alınan: biologydiscussion.com
2. Bölüm 3 Santrifüjleme. . Kurtarıldı: phys.sinica.edu.tw
3. Biyokimyanın Temelleri ve Uygulamalı Moleküler Biyoloji. (Biyoloji Lisansı) Konu 2: santrifüj. . Alındığı kaynak: ehu.eus
4. Mathews, CK ve Van Holde, KE (1998). Biochemistry, 2. baskı. McGraw-Hill Interamericana.
5. Vikipedi. (2018). Santrifüj. Alınan: en.wikipedia.org