Centrifugação o que é, tipos, importância, exemplos

O centrifugação é uma técnica, método ou procedimento que separa mecanicamente ou fisicamente moléculas ou partículas com densidades diferentes e que também estão presentes num meio líquido. Sua pedra fundamental é a aplicação da força centrífuga, aplicada por uma equipe chamada centrífuga.

Por centrifugação, os componentes de uma amostra de fluido podem ser separados e analisados. Entre esses componentes estão as diferentes classes de moléculas ou partículas. Como partículas, diferentes fragmentos de células são referidos, às organelas das células, até mesmo a vários tipos de células, entre outros.

Theodor Svedger é considerado um dos principais pioneiros da pesquisa em centrifugação. O Prêmio Nobel, em 1926, determinou que moléculas ou partículas com seus próprios tamanhos têm coeficientes de sedimentação diferentes. O "S" vem de Svedger, em homenagem a seus trabalhos.

As partículas, portanto, possuem taxas de sedimentação características. Isto significa que nem todos eles se comportam da mesma maneira sob a ação de uma força centrífuga expressa em rotações por minuto (rpm), ou como uma função do raio do rotor (força centrífuga relativa, g).

Entre os fatores que determinam S e a velocidade do mesmo, estão, por exemplo, as características das moléculas ou partículas; as propriedades do meio; a técnica ou método de centrifugação; e o tipo de centrífuga utilizado, entre outros aspectos.

A centrifugação é classificada de acordo com a utilidade do mesmo. Em preparação, quando limitado à separação dos componentes da amostra; e em analítica, quando também procura analisar a molécula ou partícula separada. Por outro lado, também pode ser classificado de acordo com as condições do processo.

A centrifugação em seus diferentes tipos tem sido essencial para o avanço do conhecimento científico. Utilizado em centros de pesquisa, facilitou a compreensão de processos bioquímicos e biológicos complexos, entre muitos outros.

Índice

• 1 o que é isso? (processo)
  • 1.1 Fundação da centrifugação
  • 1.2 força centrífuga
• 2 tipos de centrífugas
  • 2.1 Tipos de rotores
• 3 Tipos de centrifugação
  • 3.1 Centrifugação preparativa
  • 3.2 Centrifugação analítica
  • 3.3 Centrifugação diferencial
  • 3.4 Centrifugação por zona ou faixa
  • 3.5 centrifugação isopícnica e outros tipos
• 4 aplicações
  • 4.1 Partículas separadas
  • 4.2 Como técnica de caracterização
• 5 Exemplos de centrifugação
• 6 referências

Em que consiste? (processo)

Base de centrifugação

O processo de centrifugação é baseado no fato de que as moléculas ou partículas que compõem uma amostra em solução irão girar quando girarem em um dispositivo chamado de centrífuga. Isso causa a separação das partículas do meio circundante ao sedimentar em diferentes velocidades.

O processo é baseado especificamente na teoria da sedimentação. De acordo com isso, as partículas que têm maior densidade irão se estabelecer, enquanto o resto das substâncias ou componentes do meio permanecerão suspensos.

Por quê? Porque as moléculas ou partículas têm seus próprios tamanhos, formas, massas, volumes e densidades. Portanto, nem todos conseguem sedimentar da mesma forma, o que se traduz em um coeficiente de sedimentação diferente S; e, portanto, a uma taxa de sedimentação diferente.

Estas propriedades permitem separar as moléculas ou partículas por força centrífuga a uma certa velocidade de centrifugação.

A força centrífuga

A força centrífuga será influenciada por vários fatores que determinarão a sedimentação: aqueles inerentes a moléculas ou partículas; às características do ambiente em que são encontradas; e fatores relacionados às centrífugas onde o procedimento de centrifugação é realizado.

Em relação às moléculas ou partículas, a massa, o volume específico e o fator de flotação são fatores influentes na sedimentação.

Quanto ao ambiente circundante, a massa do solvente deslocado, a densidade do meio, a resistência ao avanço e o coeficiente de atrito são importantes.

Quanto à centrífuga, os fatores mais importantes que influenciam o processo de sedimentação são o tipo de rotor, a velocidade angular, a força centrífuga e, consequentemente, a velocidade de centrifugação.

Tipos de centrífugas

Existem vários tipos de centrífugas pelas quais a amostra pode ser submetida a diferentes velocidades de centrifugação.

Dependendo da velocidade máxima que atingem, expressa em aceleração centrífuga (força centrífuga relativa g), podem ser classificados simplesmente como centrífugas, tendo uma velocidade máxima de aproximadamente 3.000 g.

Enquanto no chamado supercentrifugadores, você pode alcançar uma faixa de velocidade mais alta próxima a 25.000 g. E no ultracentrífugas, a velocidade é muito maior, chegando a 100.000 g.

De acordo com outros critérios, existem microcentrífugas ou centrífugas de mesa, que são especiais para realizar o processo de centrifugação em um pequeno volume de amostra, atingem uma faixa de 12.000 a 15.000 g.

Existem centrífugas de alta capacidade que permitem a centrifugação de amostras maiores e de maior velocidade, como as ultracentrífugas.

Em geral, vários fatores devem ser controlados para proteger o rotor e a amostra de superaquecimento. Para isso, ultracentrífugas foram criadas com condições especiais de vácuo ou refrigeração, entre outras.

Tipos de rotores

Um dos elementos determinantes é o tipo de rotor, dispositivo que gira e onde os tubos são colocados. Existem diferentes tipos de rotores. Entre os principais estão rotores basculantes, rotores de ângulo fixo e rotores verticais.

Nos rotores basculantes, ao colocar os tubos nos dispositivos deste tipo de rotor e ao girar, os tubos adquirirão uma disposição perpendicular ao eixo de rotação.

Nos rotores de ângulo fixo, as amostras estarão localizadas dentro de uma estrutura sólida; como visto na imagem e em muitas centrífugas.

E nos rotores verticais de algumas ultracentrífugas, os tubos girarão paralelamente ao eixo de rotação.

Tipos de centrifugação

Os tipos de centrifugação variam de acordo com o propósito de sua aplicação e as condições em que o processo é realizado. Essas condições podem ser diferentes dependendo do tipo de amostra e da natureza do que você deseja separar e / ou analisar.

Existe um primeiro critério de classificação baseado no objetivo ou propósito de seu desempenho: centrifugação preparativa e centrifugação analítica.

Centrifugação preparativa

Recebe este nome quando a centrifugação é usada principalmente para isolar ou separar moléculas, partículas, fragmentos de células ou células, para posterior uso ou análise. A quantidade de amostra geralmente usada para esse fim é relativamente grande.

Centrifugação analítica

A centrifugação analítica é realizada para medir ou analisar as propriedades físicas, como o coeficiente de sedimentação e a massa molecular das partículas sedimentadas.

A centrifugação com base nesse objetivo pode ser feita pela aplicação de diferentes condições padronizadas; como é o caso, por exemplo, de uma das técnicas de ultra-centrifugação analítica, que permite analisar as moléculas ou partículas que são separadas, mesmo quando ocorre a sedimentação.

Em alguns casos específicos, o uso de tubos de centrífuga de quartzo pode ser necessário. Assim, permitem a passagem de luz visível e ultravioleta, pois durante o processo de centrifugação as moléculas são observadas e analisadas com um sistema óptico.

Precisamente, existem outros critérios de classificação dependendo das características ou condições em que o processo de centrifugação é executado. Estes são: centrifugação diferencial, centrifugação zonal ou de banda e centrifugação de sedimentação isopícnica ou de equilíbrio.

Centrifugação diferencial

Este tipo de centrifugação consiste em submeter uma amostra a centrifugação, geralmente com um rotor angular, durante um determinado tempo e velocidade.

Baseia-se na separação das partículas por sua diferença na velocidade de sedimentação, que está diretamente relacionada aos seus tamanhos. Aqueles com tamanho maior e maior S, sedimentam no fundo do tubo; enquanto aqueles que são menores, permanecerão suspensos.

A separação suspensa do precipitado é vital neste tipo de centrifugação. As partulas suspensas devem ser decantadas ou removidas do tubo, para que o sedimento ou sedimento possa ser suspenso noutro solvente para purificao adicional; isto é, é centrifugado novamente.

Este tipo de técnica não é útil para separar moléculas. Em vez disso, pode ser utilizado para realizar a separação de, por exemplo, organelos celulares, células, entre outras partículas.

Centrifugação zonal ou de banda

A centrifugação zonal ou de banda realiza a separação dos componentes da amostra com base na diferença de S ao atravessar um meio com um gradiente de densidade pré-formado; como Ficoll, ou sacarose, por exemplo.

A amostra é colocada no topo do gradiente do tubo de ensaio. Em seguida, procede-se à centrifugação em alta velocidade e ocorre a separação em diferentes bandas dispostas ao longo do meio (como se fosse uma gelatina com múltiplas camadas).

Partículas com um valor menor de S estão no início do meio, enquanto aquelas que são maiores ou têm um maior S são direcionadas para o fundo do tubo.

Com este procedimento, os componentes encontrados nas diferentes bandas de sedimentação podem ser separados. É importante controlar bem o tempo para evitar que todas as moléculas ou partículas da amostra assentem no fundo do tubo.

Centrifugação isopcnica e outros tipos

-Existem muitos outros tipos de centrifugação, como isopenia. Esta é especializada na separação de macromoléculas, mesmo que sejam do mesmo tipo.O DNA se encaixa muito bem neste tipo de macromoléculas, pois apresenta variações nas seqüências e quantidade de suas bases nitrogenadas; e, portanto, sedimentos em diferentes velocidades.

- Existe também a ultracentrifugação, através da qual são estudadas as características de sedimentação de biomoléculas, processo que pode ser monitorado por luz ultravioleta, por exemplo.

Tem sido útil no conhecimento de estruturas subcelulares ou organelas. Também permitiu avanços na biologia molecular e no desenvolvimento de polímeros.

Aplicações

Existem inúmeras áreas de trabalho diário em que diferentes tipos de centrifugação são usados. Eles servem para o serviço de saúde, em laboratórios bioanalíticos, na indústria farmacêutica, entre outras áreas. No entanto, sua importância pode ser resumida em duas palavras: separar e caracterizar.

Separa as partículas

Em química, as diferentes técnicas de centrifugação foram extremamente importantes por muitas razões.

Permite separar duas moléculas ou partículas miscíveis. Ajuda a eliminar impurezas, substâncias ou partículas indesejáveis ​​em uma amostra; por exemplo, uma amostra na qual apenas se deseja conservar proteínas.

Em uma amostra biológica, como o sangue, por centrifugação, o plasma pode ser separado do componente celular. Isso contribui para a realização de diferentes tipos de testes bioquímicos ou imunológicos no plasma ou soro, bem como para estudos de rotina ou especiais.

Até a centrifugação permite separar os diferentes tipos de células. De uma amostra de sangue, por exemplo, os glóbulos vermelhos podem ser separados de leucócitos ou glóbulos brancos, e também de plaquetas.

A mesma utilidade pode ser obtida com a centrifugação em qualquer um dos fluidos biológicos: urina, líquido cefalorraquidiano, líquido amniótico, entre muitos outros. Desta forma, uma grande variedade de análises pode ser realizada.

Como técnica de caracterização

Também permitiu o estudo ou análise das características ou propriedades hidrodinâmicas de muitas moléculas; principalmente de moléculas complexas ou macromoléculas.

Bem como numerosas macromoléculas tais como ácidos nucleicos. Até facilitou a caracterização de detalhes dos subtipos da mesma molécula que o RNA, entre muitas outras aplicações.

Exemplos de centrifugação

Graças às diferentes técnicas de centrifugação, avanços foram feitos no conhecimento exato de processos biológicos complexos, como infecciosos e de metabolismo, entre outros.

- Por meio da centrifugação, muitos aspectos ultraestruturais e funcionais de moléculas e biomoléculas têm sido elucidados. Entre essas biomoléculas, as proteínas insulina e hemoglobina podem ser mencionadas; e, por outro lado, ácidos nucleicos (DNA e RNA).

- Com o apoio da centrifugação, expandiu o conhecimento e a compreensão de muitos dos processos que sustentam a vida. Um deles é o ciclo de Krebs.

Nesse mesmo campo de uso, tem influenciado o conhecimento das moléculas que compõem a cadeia respiratória. Assim, dando luz à compreensão do complexo processo de fosforilação oxidativa, ou verdadeira respiração celular, entre muitos outros processos.

-Finalmente, tem contribuído para o estudo de vários processos como o infeccioso, permitindo analisar a via seguida de DNA injetado por um fago (vírus de bactérias) e proteínas que podem ser sintetizadas pela célula hospedeira.

Referências

1. Parul Kumar (s.f.) Centrífuga: Introdução, Tipos, Usos e Outros Detalhes (Com Diagrama). Retirado de: biologydiscussion.com
2. Capítulo 3 Centrifugação. [PDF] Retirado de: phys.sinica.edu.tw
3. Fundamentos de Bioquímica e Biologia Molecular Aplicada. (Licenciatura em Biologia) Tópico 2: centrifugação. [PDF] Retirado de: ehu.eus
4. Mathews, C. K. e Van Holde, K. E. (1998). Bioquímica, 2a ed. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipédia. (2018) Centrifugação Retirado de: en.wikipedia.org