CENTRIFUGACIÓ: EN QUÈ CONSISTEIX, TIPUS, IMPORTÀNCIA, EXEMPLES - QUIMICA - 2026

La centrifugació és una tècnica, mètode o procediment, que separa mecànica o físicament les molècules o partícules amb diferents densitats i que a més estan presents en un medi líquid. La seva pedra angular és l'aplicació de la força centrífuga, aplicada per un equip denominat centrifugadora.

Mitjançant la centrifugació es poden separar i analitzar els components d'una mostra fluïda. Entre aquests components estan les diferents classes de molècules o partícules. Com partícules es fa referència a diferents fragments cel·lulars, als orgànuls de les cèl·lules, fins i tot a diversos tipus de cèl·lules, entre d'altres.

Centrifugadora. Font: Matt Janicki via Flickr

A Theodor Svedger se'l considera un dels principals pioners de la recerca en centrifugació. Premi Nobel el 1926, va determinar que les molècules o partícules amb mides propis, tenen coeficients diferents de sedimentació S. La «S» prové de Svedger, en honor als seus treballs.

Les partícules, per tant, posseeixen velocitats de sedimentació característiques. Això vol dir que no totes es comporten de la mateixa manera sota l'acció d'una força centrífuga expressada en revolucions per minut (rpm), o en funció de el radi de l'rotor (força centrífuga relativa, g).

Entre els factors que determinen S i la velocitat de la mateixa, estan, per exemple, les característiques de les molècules o partícules; les propietats de l'mig; la tècnica o mètode de centrifugació; i el tipus de centrífuga que s'utilitzi, entre altres aspectes.

La centrifugació es classifica d'acord a la utilitat de la mateixa. En preparativa, quan es limita a la separació dels components de la mostra; i en analítica, quan a més busca analitzar la molècula o partícula separada. D'altra banda, també pot classificar-se en funció de les condicions de l'procés.

La centrifugació en els seus diferents tipus ha estat cabdal per a l'avenç de el coneixement científic. Utilitzada en els centres d'investigació, ha facilitat l'entesa de complexos processos bioquímics i biològics, entre molts altres.

En què consisteix? (Procés)

Fonament de la centrifugació

El procés de centrifugació es basa en el fet que les molècules o partícules que conformen una mostra en solució, van girar a l'rotar en un equip anomenat centrifugadora. Això ocasiona la separació de les partícules de l'mitjà que les envolta el sedimentar a diferent velocitat.

El procés es fonamenta específicament en la teoria de la sedimentació. Segons aquesta, les partícules que posseeixen major densitat sedimentaran, mentre que la resta de les substàncies o components de l'mig romandran suspeses.

Per què? Perquè les molècules o partícules posseeixen mides, formes, masses, volums i densitats propis. Per tant, no totes aconsegueixen sedimentar de la mateixa manera, la qual cosa es tradueix en un diferent coeficient de sedimentació S; i per tant, en una velocitat de sedimentació diferent.

Aquestes propietats són les que permeten separar les molècules o partícules mitjançant la força centrífuga a una velocitat de centrifugació determinada.

La força centrífuga

La força centrífuga estarà influïda per diversos factors que determinaran la sedimentació: aquells inherents a les molècules o partícules; a les característiques de l'medi en què es troben; ia factors relacionats amb les centrifugadores on es realitza el procediment de centrifugat.

En relació a les molècules o partícules, són factors influents en la sedimentació la massa, el volum específic, i el factor de flotació de les mateixes.

Pel que fa a el medi que les envolta, és important la massa de l'solvent desplaçat, la densitat de l'mig, la resistència a l'avanç i el coeficient de fricció.

Pel que fa a la centrifugadora, els factors més importants que influeixen en el procés de sedimentació són el tipus de rotor, la velocitat angular, la força centrífuga i, per tant, la velocitat centrífuga.

Tipus de centrifugadores

Hi ha diverses classes de centrifugadores mitjançant les quals es pot sotmetre la mostra a diferents velocitats de centrifugació.

Depenent de la màxima velocitat que assoleixin, expressada en acceleració centrífuga (Força centrífuga relativa g), es poden classificar senzillament com centrifugadores, tenint una velocitat màxima d'aproximadament 3.000 g.

Mentre que en les denominades supercentrifugadoras, es pot arribar a un major rang de velocitats proper a 25.000 g. I a les ultracentrifugadoras, la velocitat és molt més gran, arribant a les 100.000 g.

Segons altres criteris, hi ha les microcentrifugadoras o centrifugadores de taula, que són especials per realitzar el procés de centrifugació a un petit volum de mostra, arriben a un rang de 12.000 a 15.000 g.

Hi ha centrifugadores d'alta capacitat que permeten centrifugar volums de mostres més grans i d'alta velocitat com les ultracentrifugadoras.

En general, s'han de controlar diversos factors per protegir el rotor i la mostra de sobreescalfament. Per això, s'han creat ultracentrifugadoras amb condicions especials de buit o refrigeració, entre d'altres.

Tipus de rotors

Un dels elements determinants és el tipus de rotor, dispositiu que gira i on es col·loquen els tubs. Hi ha diferents tipus de rotors. Entre els principals es troben els rotors basculants, rotors d'angle fix i rotors verticals.

En els rotors basculants, a l'col·locar els tubs en els dispositius d'aquest tipus de rotor i a l'girar, els tubs van a adquirir una disposició perpendicular a l'eix de el gir.

En els rotors d'angle fix, les mostres estaran ubicades a l'interior d'una estructura massissa; tal com s'aprecia en la imatge i en moltes centrífugues.

I en els rotors verticals en algunes ultracentrifugadoras, els tubs van a girar paral·lelament a l'eix de gir.

Tipus de centrifugació

Els tipus de centrifugació varien d'acord a el propòsit de la seva aplicació i les condicions en les quals es realitza el procés. Aquestes condicions poden ser diferents depenent de el tipus de mostra i de la naturalesa del que es desitja separar i / o analitzar.

Hi ha un primer criteri de classificació basat en l'objectiu o propòsit de la seva realització: centrifugació preparativa i centrifugació analítica.

centrifugació preparativa

Rep aquest nom quan la centrifugació s'usa principalment per aïllar o separar molècules, partícules, fragments cel·lulars o cèl·lules, per a la posterior utilització o anàlisi. La quantitat de mostra que generalment es fa servir amb aquesta finalitat és relativament gran.

centrifugació analítica

La centrifugació analítica es realitza amb la finalitat de mesurar o analitzar les propietats físiques, com el coeficient de sedimentació i la massa molecular de les partícules sedimentades.

La centrifugació basada en aquest objectiu es pot realitzar aplicant diferents condicions estandarditzades; com és el cas, per exemple, d'una de les tècniques d'ultra centrifugació analítica, la qual permet analitzar les molècules o partícules que són separades, fins i tot a mesura que s'efectua la sedimentació.

En alguns casos específics, es pot requerir d'l'ús de tubs de centrífuga que siguin de quars. Així, permeten el pas de la llum visible i ultraviolada, ja que durant el procés de centrifugació les molècules s'observen i analitzen amb un sistema òptic.

Precisament, hi ha altres criteris de classificació depenent de les característiques o condicions en les quals s'executa el procés de centrifugació. Aquests són: centrifugació diferencial, centrifugació zonal o en bandes i centrifugació isopícnica o d'equilibri de sedimentació.

centrifugació diferencial

Aquest tipus de centrifugació consisteix a sotmetre una mostra a centrifugació, generalment amb rotor angular, per un temps i velocitat determinats.

Es fonamenta en la separació de partícules per la seva diferència de velocitat de sedimentació, la qual es relaciona directament amb les seves grandàries. Les que presenten major grandària i major S, sedimenten en el fons de l'tub; mentre que les que tenen menor grandària, van a romandre suspeses.

La separació suspesa de l'precipitat és vital en aquest tipus de centrifugació. Les partícules suspeses han de decantar-se o eliminar de el tub, de manera que el sediment o pellet pugui suspendre en un altre solvent per a la seva posterior purificació; és a dir, es torna a centrifugar.

Aquest tipus de tècnica no és útil per separar molècules. En canvi, es pot emprar per a realitzar la separació de, per exemple, els orgànuls cel·lulars, de cèl·lules, entre d'altres partícules.

Centrifugació zonal o en bandes

La centrifugació zonal o en bandes realitza la separació dels components de la mostra fonamentada en la diferència de S a l'travessar un mitjà amb un gradient de densitat preformat; com Ficoll, o sacarosa, per exemple.

La mostra es col·loca sobre de el gradient de el tub d'assaig. Seguidament, es procedeix a centrifugar a alta velocitat i es produeix la separació en diferents bandes disposades al llarg de l'mig (com si fos una gelatina amb múltiples capes).

Les partícules amb menys valor de S queden a l'inici de l'mig, mentre que les que són més grans o tenen major S, es dirigeixen cap al fons de l'tub.

Amb aquest procediment, es poden separar els components que es troben en les diferents bandes de sedimentació. És important controlar bé el temps per evitar que totes les molècules o partícules de la mostra sedimentin al fons de l'tub.

Centrifugació isopícnica i altres tipus

-Hi ha molts altres tipus de centrifugació, com la isopícnica. Aquesta s'especialitza en separar macromolècules, encara que siguin d'un mateix tipus. L'ADN encaixa molt bé en aquest tipus de macromolècules, ja que presenta variacions en les seqüències i quantitat de les seves bases nitrogenades; i per tant, sedimenten a diferents velocitats.

-Està també la ultracentrifugació, mitjançant la qual s'estudien les característiques de sedimentació de biomolècules, procés que pot ser monitoritzat mitjançant llum ultraviolada, per exemple.

Ha estat útil en el coneixement de les estructures subcel·lulars, o els orgànuls. Així mateix, ha permès avenços en la biologia molecular i en el desenvolupament dels polímers.

aplicacions

Són innombrables les àrees de l'quefer diari a les quals s'empren els diferents tipus de centrifugació. Serveixen per al servei de la salut, en els laboratoris bioanalítics, en la indústria farmacèutica, entre altres àrees. No obstant això, la seva importància pot resumir en dues paraules: separar i caracteritzar.

separa partícules

En química, les diferents tècniques de centrifugació han resultat d'extremada importància per nombroses raons.

Permet separar dues molècules o partícules miscibles. Ajuda a eliminar impureses, substàncies o partícules no desitjades en una mostra; per exemple, una mostra en què només es vulguin conservar les proteïnes.

En una mostra biològica, com la sang, mitjançant centrifugació es pot separar el plasma de l'component cel·lular. Això contribueix a la realització de diferents tipus de proves bioquímiques o immunològiques en el plasma o sèrum, així com per a estudis rutinaris o especials.

Fins i tot la centrifugació permet separar els diferents tipus de cèl·lules. D'una mostra de sang, per exemple, els glòbuls vermells es poden separar dels leucòcits o glòbuls blancs, i també de les plaquetes.

La mateixa utilitat es pot obtenir amb la centrifugació en qualsevol dels fluids biològics: l'orina, el líquid cefaloraquidi, el líquid amniòtic, entre molts altres. D'aquesta manera es poden efectuar una gran varietat d'anàlisi.

Com a tècnica de caracterització

També ha permès efectuar l'estudi o anàlisi de les característiques o propietats hidrodinàmiques de moltíssimes molècules; principalment de molècules complexes o macromolècules.

Així com també de nombroses macromolècules com els àcids nucleics. Fins i tot, ha facilitat caracteritzar detalls dels subtipus d'una mateixa molècula com l'ARN, entre moltes altres aplicacions.

Exemples de centrifugació

-Gràcies a les diferents tècniques de centrifugació s'han realitzat avenços en el coneixement exacte de processos biològics complexos com el infecciós i els de el metabolisme, entre d'altres.

-Mitjançant la centrifugació s'han dilucidat moltíssims aspectes ultraestructurals i de funcionament de molècules i biomolècules. Entre tals biomolècules poden esmentar-se les proteïnes la insulina i hemoglobina; i d'altra banda, els àcids nucleics (ADN i ARN).

-Amb el suport de la centrifugació s'ha ampliat el coneixement i comprensió de molts dels processos que sustenten la vida. Un d'ells és el cicle de Krebs.

En aquest mateix àmbit d'utilitat, ha influït en el coneixement de les molècules que conformen la cadena respiratòria. Així, donant llum a l'enteniment de l'procés complex de la fosforilació oxidativa, o veritable respiració cel·lular, entre molts altres processos.

-Finalment, ha contribuït a l'estudi de diversos processos com el infecciós, a l'permetre analitzar la ruta que segueix l'ADN injectat per una fag (virus dels bacteris) i les proteïnes que pot sintetitzar la cèl·lula hoste.

referències

1. Parul Kumar. (Sf). Centrifuge: Introduction, Types, Usis and Other Details (With Diagram). Pres de: biologydiscussion.com
2. Chapter 3 Centrifugation.. Recuperat de: phys.sinica.edu.tw
3. Fonaments de Bioquímica i Biologia Molecular Aplicada. (Llicenciatura en Biologia) Tema 2: centrifugació.. Pres de: ehu.eus
4. Mathews, CK i Van Holde, KE (1998). Bioquímica, 2a ed. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Centrifugació. Pres de: en.wikipedia.org