Centrifugação: o que é, tipos, importância, exemplos

A centrifugação é uma técnica, método ou processo, ou mecanicamente, separando fisicamente as moléculas ou partículas com diferentes densidades e também estão presentes num meio líquido. Sua pedra angular é a aplicação de força centrífuga, aplicada por um dispositivo chamado 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, é feita referência a diferentes fragmentos celulares, às organelas das células, até a vários tipos de células, entre outros.

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Centrifugador Fonte: Matt Janicki via Flickr

Theodor Svedger é considerado um dos principais pioneiros da pesquisa centrífuga. O Prêmio Nobel de 1926, determinou que moléculas ou partículas de tamanho próprio, têm diferentes coeficientes de sedimentação S. O “S” vem de Svedger, em homenagem a seu trabalho.

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

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

A centrifugação é classificada de acordo com sua utilidade. Em preparação, quando estiver limitado à separação dos componentes da amostra; e na 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 o entendimento de processos bioquímicos e biológicos complexos, entre muitos outros.

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 ao girar em um dispositivo chamado centrífuga. Isso causa a separação de partículas do ambiente circundante por sedimentação em diferentes velocidades.

O processo é baseado especificamente na teoria da sedimentação. De acordo com isso, as partículas com densidade mais alta se depositam, enquanto o restante das substâncias ou componentes do meio permanece suspenso.

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

Essas propriedades são o que permite que as moléculas ou partículas sejam separadas por força centrífuga a uma determinada taxa de centrifugação.

Força centrífuga

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

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

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

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

Tipos de centrífugas

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

Dependendo da velocidade máxima atingida, expressa em aceleração centrífuga (força centrífuga relativa g ), eles podem ser simplesmente classificados como centrífugas, com velocidade máxima de aproximadamente 3.000 g .

Enquanto nos chamados supercentrifugadores , uma faixa maior de velocidades perto de 25.000 g pode ser alcançada. E nos ultracentrífugos , a velocidade é muito maior, chegando a 100.000 g.

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

Existem centrífugas de alta capacidade que permitem centrifugar volumes de amostra maiores e de alta velocidade, como ultracentrífugas.

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

Tipos de rotores

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

Nos rotores basculantes, ao colocar os tubos nos dispositivos desse tipo de rotor e ao girar, os tubos adquirem um arranjo perpendicular ao eixo de rotação.

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

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

Tipos de centrifugação

Os tipos de centrifugação variam de acordo com o objetivo 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 finalidade de sua realização: centrifugação preparativa e centrifugação analítica.

Centrifugação Preparatória

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

Centrifugação Analítica

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

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

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Em alguns casos específicos, pode ser necessário o uso de tubos de centrifugação de quartzo. Assim, permitem a passagem da 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. São eles: centrifugação diferencial, centrifugação zonal ou em banda e centrifugação isopócica ou de equilíbrio de sedimentação.

Centrifugação diferencial

Esse tipo de centrifugação consiste em submeter uma amostra à centrifugação, geralmente com um rotor angular, por um certo tempo e velocidade.

É baseado na separação de partículas pela diferença na velocidade de sedimentação, que está diretamente relacionada ao seu tamanho. Aqueles que têm tamanho maior e maior S se assentam no fundo do tubo; enquanto aqueles que são menores, permanecerão suspensos.

A separação suspensa do precipitado é vital nesse tipo de centrifugação. As partículas em suspensão devem ser decantadas ou removidas do tubo, para que o sedimento ou o sedimento possam ser suspensos em outro solvente para posterior purificação; isto é, é centrifugado novamente.

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

Centrifugação por zonas ou faixas

A centrifugação zonal ou em banda separa os componentes da amostra com base na diferença em S passando por 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, é realizada a centrifugação em alta velocidade e a separação ocorre em diferentes bandas dispostas ao longo do meio (como se fosse uma gelatina com várias camadas).

As partículas com menor valor de S permanecem no início do meio, enquanto as que são maiores ou com maior S são direcionadas para o fundo do tubo.

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

Centrifugação Isopycnic e outros tipos

-Há muitos outros tipos de centrifugação, como os isópicos. Isso é especializado na separação de macromoléculas, mesmo que sejam do mesmo tipo. O DNA se encaixa muito bem nesse tipo de macromoléculas, pois apresenta variações nas seqüências e na quantidade de suas bases nitrogenadas; e, portanto, eles se instalam em velocidades diferentes.

-Há também ultracentrifugação, através da qual são estudadas as características de sedimentação de biomoléculas , um 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.

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Aplicações

Existem inúmeras áreas de trabalho diário nas quais 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.

Partículas separadas

Em química, diferentes técnicas de centrifugação provaram ser extremamente importantes por várias razões.

Permite separar duas moléculas ou partículas miscíveis. Ajuda a eliminar impurezas, substâncias ou partículas indesejadas em uma amostra; por exemplo, uma amostra em que você deseja apenas manter as proteínas.

Em uma amostra biológica, como o sangue, o plasma pode ser separado do componente celular por centrifugação. 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.

Mesmo a centrifugação permite que os diferentes tipos de células sejam separados. A partir de uma amostra de sangue, por exemplo, os glóbulos vermelhos podem ser separados dos glóbulos brancos ou glóbulos brancos e também das plaquetas.

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

Como técnica de caracterização

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

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

Exemplos de centrifugação

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

– Através da centrifugação, muitos aspectos ultraestruturais e funcionais de moléculas e biomoléculas foram elucidados. Entre essas biomoléculas, podem ser mencionadas proteínas de insulina e hemoglobina; e por outro lado, ácidos nucleicos (DNA e RNA).

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

Nesta mesma área de utilidade, influenciou o conhecimento das moléculas que compõem a cadeia respiratória. Assim, dando luz ao entendimento do complexo processo de fosforilação oxidativa, ou verdadeira respiração celular, entre muitos outros processos.

-Finalmente, contribuiu para o estudo de vários processos, como os infecciosos, permitindo analisar o caminho seguido pelo DNA injetado por um fago (vírus bacteriano) e proteínas que podem ser sintetizadas pela célula hospedeira.

Referências

  1. Parul Kumar (sf). Centrífuga: Introdução, tipos, usos e outros detalhes (com diagrama). Retirado de: biologydiscussion.com
  2. Capítulo 3 Centrifugação. [PDF]. Recuperado 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, CK e Van Holde, KE (1998). Bioquímica, 2a ed. McGraw-Hill Interamerican.
  5. Wikipedia (2018). Centrifugação Retirado de: en.wikipedia.org

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