الطرد المركزي في ما يتكون ، أنواع ، أهمية ، أمثلة

ال الطرد المركزي هي تقنية أو طريقة أو إجراء يفصل ميكانيكيا أو فيزيائيا بين الجزيئات أو الجزيئات بكثافات مختلفة والتي توجد أيضا في وسط سائل. حجر الأساس لها هو تطبيق قوة الطرد المركزي ، التي طبقها فريق يسمى الطرد المركزي.

بواسطة الطرد المركزي ، يمكن فصل مكونات عينة السوائل وتحليلها. من بين هذه المكونات فئات مختلفة من الجزيئات أو الجزيئات. يشار إلى الجزيئات المختلفة للخلايا كجزيئات ، إلى العضيات الخلوية للخلايا ، حتى في أنواع خلايا عديدة ، من بين أشياء أخرى..

يعتبر ثيودور سفيدجر أحد رواد الأبحاث في مجال الطرد المركزي. جائزة نوبل في عام 1926 ، قررت أن للجزيئات أو الجزيئات ذات أحجامها الخاصة ، معاملات مختلفة من الترسبات S. "S" يأتي من Svedger ، تكريما لأعماله.

الجسيمات ، بالتالي ، تمتلك معدلات الترسيب المميزة. هذا يعني أنه لا يتصرف جميعًا بالطريقة نفسها تحت تأثير قوة الطرد المركزي معبراً عنها في الثورات في الدقيقة (دورة في الدقيقة) ، أو كدالة لنصف قطر الدوار (قوة الطرد المركزي النسبية)., ز).

من بين العوامل التي تحدد S وسرعته ، على سبيل المثال ، خصائص الجزيئات أو الجزيئات ؛ خصائص المتوسطة. تقنية أو طريقة الطرد المركزي ؛ ونوع أجهزة الطرد المركزي المستخدمة ، من بين جوانب أخرى.

يتم تصنيف الطرد المركزي وفقا لفائدة نفسه. في الإعداد ، عندما تقتصر على فصل مكونات العينة ؛ وفي التحليلات ، عندما تسعى أيضًا إلى تحليل الجزيء المنفصل أو الجسيم. من ناحية أخرى ، يمكن تصنيفها أيضًا وفقًا لشروط العملية.

كان الطرد المركزي بمختلف أنواعه ضروريًا للنهوض بالمعرفة العلمية. تستخدم في مراكز البحوث ، وقد سهلت فهم العمليات الكيميائية الحيوية والبيولوجية المعقدة ، من بين أمور أخرى كثيرة.

مؤشر

• 1 ما هذا؟ (عملية)
  • 1.1 أساس الطرد المركزي
  • 1.2 قوة الطرد المركزي
• 2 أنواع أجهزة الطرد المركزي
  • 2.1 أنواع الدوارات
• 3 أنواع الطرد المركزي
  • 3.1 الطرد المركزي التحضيري
  • 3.2 الطرد المركزي التحليلي
  • 3.3 الطرد المركزي التفاضلي
  • 3.4 منطقة أو قطاع الطرد المركزي
  • 3.5 الطرد المركزي Isopycnic وأنواع أخرى
• 4 تطبيقات
  • 4.1 جزيئات منفصلة
  • 4.2 كطريقة توصيف
• 5 أمثلة للطرد المركزي
• 6 المراجع

ماذا تتكون؟ (عملية)

أساس الطرد المركزي

تعتمد عملية الطرد المركزي على حقيقة أن الجزيئات أو الجزيئات التي تشكل عينة في المحلول ، ستدور عند الدوران في جهاز يسمى الطرد المركزي. هذا يؤدي إلى فصل الجزيئات عن الوسط المحيط عند الترسبات بسرعات مختلفة.

وتستند هذه العملية على وجه التحديد إلى نظرية الترسيب. وفقًا لهذا ، ستستقر الجسيمات ذات الكثافة الأكبر ، بينما تبقى باقي المواد أو مكونات الوسط معلقة.

لماذا؟ لأن الجزيئات أو الجزيئات لها أحجامها وأشكالها وكتلها وأحجامها وكثافاتها الخاصة. لذلك ، لا يتمكن جميعهم من الترسب بنفس الطريقة ، مما يترجم إلى معامل ترسيب مختلف S ؛ وبالتالي ، بمعدل ترسيب مختلف.

هذه الخصائص هي ما يسمح بفصل الجزيئات أو الجزيئات بقوة الطرد المركزي بسرعة معينة للطرد المركزي.

قوة الطرد المركزي

ستتأثر قوة الطرد المركزي بعدة عوامل من شأنها تحديد الترسبات: تلك الملازمة للجزيئات أو الجزيئات ؛ لخصائص البيئة التي توجد فيها ؛ والعوامل المتعلقة بالطرد المركزي حيث يتم تنفيذ إجراء الطرد المركزي.

فيما يتعلق بالجزيئات أو الجزيئات ، فإن الكتلة والحجم المحدد وعامل التعويم لنفسها هي عوامل تؤثر على الترسبات..

فيما يتعلق بالبيئة المحيطة ، فإن كتلة المذيبات النازحة ، وكثافة الوسط ، ومقاومة التقدم ومعامل الاحتكاك مهمة.

بالنسبة للطرد المركزي ، فإن أهم العوامل التي تؤثر في عملية الترسيب هي نوع الدوار والسرعة الزاوية وقوة الطرد المركزي وبالتالي سرعة الطرد المركزي.

أنواع أجهزة الطرد المركزي

هناك عدة أنواع من أجهزة الطرد المركزي التي يمكن من خلالها إخضاع العينة لسرعات مختلفة للطرد المركزي.

اعتمادًا على السرعة القصوى التي تصل إليها ، يتم التعبير عنها في تسارع الطرد المركزي (قوة الطرد المركزي النسبية ز) ، يمكن تصنيفها ببساطة على أنها أجهزة طرد مركزي ، ذات سرعة قصوى تبلغ حوالي 3000 ز.

بينما في ما يسمى supercentrifugadoras, يمكن تحقيق مجموعة سرعة أكبر بالقرب من 25000 جم. وفي اجهزة طرد مركزي, السرعة أكبر بكثير ، حيث تصل إلى 100000 جم.

وفقا لمعايير أخرى ، هناك microcentrifuges  أو أجهزة الطرد المركزي الجدول ، والتي هي خاصة لتنفيذ عملية الطرد المركزي في حجم صغير من العينة ، تصل إلى مجموعة من 12000 إلى 15000 غرام.

هناك أجهزة طرد مركزي عالية السعة تسمح بالطرد المركزي لعينات أكبر وعالية السرعة ، مثل أجهزة الطرد المركزي الفائقة..

بشكل عام ، يجب التحكم في عدة عوامل لحماية الدوار والعينة من ارتفاع درجة الحرارة. لهذا ، تم إنشاء أجهزة الطرد المركزي الفائقة بشروط خاصة للفراغ أو التبريد ، من بين أمور أخرى.

أنواع الدوارات

أحد العناصر المحددة هو نوع الدوار ، والجهاز الذي يدور وأين يتم وضع الأنابيب. هناك أنواع مختلفة من الدوارات. من بين أهمها دوارات إمالة ، دوارات ذات زاوية ثابتة ، دوارات رأسية.

في الدوارات المائلة ، عند وضع الأنابيب في الأجهزة من هذا النوع من الدوار وعند التدوير ، ستحصل الأنابيب على ترتيب عمودي على محور الدوران.

في الدوارات ذات الزاوية الثابتة ، ستوضع العينات داخل هيكل صلب ؛ كما يظهر في الصورة وفي العديد من أجهزة الطرد المركزي.

وفي الدوارات العمودية في بعض أجهزة الطرد المركزي الفائقة ، ستدور الأنابيب بالتوازي مع محور الدوران.

أنواع الطرد المركزي

تختلف أنواع الطرد المركزي حسب الغرض من تطبيقه والظروف التي يتم فيها تنفيذ العملية. قد تختلف هذه الشروط حسب نوع العينة وطبيعة ما تريد فصله و / أو تحليله.

يوجد معيار تصنيف أولي يستند إلى الهدف أو الغرض من تنفيذه: الطرد المركزي التحضيري والطرد المركزي التحليلي.

الطرد المركزي التحضيري

يتلقى هذا الاسم عند استخدام الطرد المركزي بشكل رئيسي لعزل أو فصل الجزيئات أو الجزيئات أو أجزاء الخلية أو الخلايا ، لاستخدامها لاحقًا أو تحليلها. كمية العينة التي تستخدم عادة لهذا الغرض كبيرة نسبيا.

الطرد المركزي التحليلي

يتم إجراء الطرد المركزي التحليلي بغرض قياس أو تحليل الخواص الفيزيائية ، مثل معامل الترسيب والكتلة الجزيئية للجزيئات المترسبة.

الطرد المركزي على أساس هذا الهدف يمكن القيام به من خلال تطبيق شروط موحدة مختلفة ؛ كما هو الحال ، على سبيل المثال ، واحدة من تقنيات تحليل الطرد المركزي الفائق ، والذي يسمح بتحليل الجزيئات أو الجزيئات التي يتم فصلها ، حتى عندما يحدث الترسيب.

في بعض الحالات المحددة ، قد تكون هناك حاجة لاستخدام أنابيب الطرد المركزي الكوارتز. وبالتالي ، فهي تسمح بمرور الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية ، لأنه خلال عملية الطرد المركزي تتم مراقبة الجزيئات وتحليلها باستخدام نظام بصري.

على وجه التحديد ، هناك معايير تصنيف أخرى تعتمد على الخصائص أو الشروط التي يتم فيها تنفيذ عملية الطرد المركزي. هذه هي: الطرد المركزي التفاضلي ، الطرد المركزي النطاقي أو النطاقي ، الطرد المركزي المتوازي أو المتوازن.

الطرد المركزي التفاضلي

يتكون هذا النوع من الطرد المركزي في إخضاع العينة للطرد المركزي ، بشكل عام مع دوار زاوي ، لوقت وسرعة محددين.

يعتمد على فصل الجسيمات باختلافها في سرعة الترسيب ، والتي ترتبط مباشرة بأحجامها. تلك ذات الحجم الأكبر والأكبر من الرواسب في قاع الأنبوب ؛ في حين أن تلك الأصغر حجما ، ستبقى معلقة.

الفصل المعلقة من الترسب أمر حيوي في هذا النوع من الطرد المركزي. يجب صب الجسيمات المعلقة أو إزالتها من الأنبوب ، بحيث يمكن تعليق الحبيبات أو الحبيبات في مذيب آخر لمزيد من التنقية ؛ وهذا هو ، يتم الطرد المركزي مرة أخرى.

هذا النوع من التقنية غير مفيد لفصل الجزيئات. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدامه لإجراء فصل ، على سبيل المثال ، عضيات الخلية ، عن الخلايا ، بين جزيئات أخرى.

الطرد المركزي أو النطاقي

ينفّذ الطرد المركزي النطاقي أو النطاقي الفصل بين مكونات العينة بناءً على اختلاف S عند اجتياز وسيط مع معامل تدرج كثيف التشكيل. كما Ficoll ، أو السكروز ، على سبيل المثال.

توضع العينة أعلى التدرج في أنبوب الاختبار. بعد ذلك ، ينتقل إلى الطرد المركزي بسرعة عالية ويحدث الفصل في نطاقات مختلفة مرتبة على طول الوسط (كما لو كانت عبارة عن جيلاتين متعدد الطبقات).

تكون الجسيمات ذات القيمة المنخفضة لـ S في بداية الوسط ، بينما يتم توجيه الجزيئات الأكبر أو التي لها قيمة S أعلى نحو أسفل الأنبوب.

باستخدام هذا الإجراء ، يمكن فصل المكونات الموجودة في نطاقات الترسيب المختلفة. من المهم التحكم في الوقت بشكل جيد لمنع جميع الجزيئات أو الجزيئات في العينة من الاستقرار في قاع الأنبوب.

الطرد المركزي Isopycnic وأنواع أخرى

-هناك العديد من الأنواع الأخرى من الطرد المركزي ، مثل isopycnic. هذا متخصص في فصل الجزيئات ، حتى لو كانت من نفس النوع. يتلاءم الحمض النووي بشكل جيد مع هذا النوع من الجزيئات ، حيث أنه يقدم تباينات في متواليات وكمية قواعده النيتروجينية ؛ وبالتالي ، الرواسب بسرعات مختلفة.

-هناك أيضًا عملية طرد مركزي فائق ، يتم من خلالها دراسة خصائص الترسيب للجزيئات الحيوية ، وهي عملية يمكن مراقبتها عن طريق الأشعة فوق البنفسجية ، على سبيل المثال.

لقد كانت مفيدة في معرفة الهياكل الخلوية ، أو العضيات. كما سمح بالتقدم في البيولوجيا الجزيئية وتطوير البوليمرات.

تطبيقات

هناك مجالات لا حصر لها من العمل اليومي التي تستخدم أنواع مختلفة من الطرد المركزي. أنها تخدم في الخدمة الصحية ، في مختبرات التحليل الحيوي ، في صناعة الأدوية ، من بين مجالات أخرى. ومع ذلك ، يمكن تلخيص أهميتها في كلمتين: منفصلة وتميز. 

يفصل الجزيئات

في الكيمياء ، كانت تقنيات الطرد المركزي المختلفة مهمة للغاية لأسباب عديدة.

يسمح بفصل جزيئين أو جزيئات غير قابلة للامتزاج. يساعد في القضاء على الشوائب أو المواد أو الجزيئات غير المرغوب فيها في عينة ؛ على سبيل المثال ، عينة يتم فيها حفظ البروتينات فقط.

في عينة بيولوجية ، مثل الدم ، يمكن فصل البلازما عن المكون الخلوي بواسطة الطرد المركزي. هذا يساهم في تحقيق أنواع مختلفة من الاختبارات الكيميائية الحيوية أو المناعية في البلازما أو المصل ، وكذلك للدراسات الروتينية أو الخاصة.

الطرد المركزي حتى يسمح لفصل أنواع الخلايا المختلفة. من عينة دم ، على سبيل المثال ، يمكن فصل خلايا الدم الحمراء من كريات الدم البيضاء أو خلايا الدم البيضاء ، وكذلك من الصفائح الدموية.

يمكن الحصول على نفس المنفعة عن طريق الطرد المركزي في أي من السوائل البيولوجية: البول ، السائل النخاعي ، السائل الأمنيوسي ، من بين أشياء أخرى كثيرة. بهذه الطريقة يمكن إجراء مجموعة كبيرة ومتنوعة من التحليلات.

كأسلوب توصيف

كما سمح بدراسة أو تحليل الخصائص أو الخصائص الهيدروديناميكية للعديد من الجزيئات ؛ أساسا من الجزيئات المعقدة أو الجزيئات الكبيرة.

وكذلك العديد من الجزيئات مثل الأحماض النووية. لقد سهل حتى توصيف تفاصيل الأنواع الفرعية للجزيء نفسه مثل الحمض النووي الريبي ، من بين العديد من التطبيقات الأخرى.

أمثلة على الطرد المركزي

-بفضل تقنيات الطرد المركزي المختلفة ، تم إحراز تقدم في المعرفة الدقيقة للعمليات البيولوجية المعقدة مثل العدوى والتمثيل الغذائي ، وغيرها..

-من خلال الطرد المركزي ، تم توضيح العديد من الجوانب التركيبية والوظيفية للجزيئات والجزيئات الحيوية. ومن بين هذه الجزيئات الحيوية ، يمكن ذكر بروتينات الأنسولين والهيموغلوبين ؛ ومن ناحية أخرى ، الأحماض النووية (الحمض النووي والحمض النووي الريبي).

-بدعم من الطرد المركزي وسعت معرفة وفهم العديد من العمليات التي تحافظ على الحياة. واحد منهم هو دورة كريبس.

في هذا المجال نفسه من الاستخدام ، أثرت على معرفة الجزيئات التي تشكل سلسلة الجهاز التنفسي. وبالتالي ، إعطاء الضوء على عملية معقدة من الفسفرة المؤكسدة ، أو التنفس الخلوي الحقيقي ، من بين العديد من العمليات الأخرى.

-أخيرًا ، ساهم في دراسة العمليات المختلفة مثل العدوى ، عن طريق السماح بتحليل المسار الذي يتبعه الحمض النووي الذي حقنه فج (الفيروس الجرثومي) والبروتينات التي يمكن للخلية المضيفة توليفها..

مراجع

1. بارول كومار (بدون تاريخ). الطرد المركزي: مقدمة ، أنواع ، استخدامات وتفاصيل أخرى (مع مخطط). مأخوذة من: biologydiscussion.com
2. الفصل 3 الطرد المركزي. [PDF]. تم الاسترجاع من: phys.sinica.edu.tw
3. أساسيات الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية التطبيقية. (درجة في علم الأحياء) الموضوع 2: الطرد المركزي. [PDF]. مأخوذة من: ehu.eus
4. Mathews، C. K. and Van Holde، K. E. (1998). الكيمياء الحيوية ، الطبعة الثانية. ماكجرو هيل Interamericana.
5. ويكيبيديا. (2018). الطرد المركزي. مأخوذة من: en.wikipedia.org