Centrifugation dans ce qu'elle constitue, types, importance, exemples



Le centrifugation est une technique, une méthode ou une procédure qui sépare mécaniquement ou physiquement des molécules ou des particules de densités différentes et qui sont également présentes dans un milieu liquide. Sa pierre angulaire est l’application de la force centrifuge, appliquée par une équipe appelée centrifuge.

Par centrifugation, les composants d'un échantillon de fluide peuvent être séparés et analysés. Parmi ces composants figurent les différentes classes de molécules ou de particules. En tant que particules, on se réfère à différents fragments cellulaires, aux organelles des cellules, voire à plusieurs types de cellules, entre autres.

Centrifugeuse Source: Matt Janicki via Flickr

Theodor Svedger est considéré comme l'un des principaux pionniers de la recherche en centrifugation. Le prix Nobel en 1926, a déterminé que les molécules ou les particules avec leurs propres tailles, ont des coefficients de sédimentation différents. Le "S" vient de Svedger, en l'honneur de ses travaux.

Les particules possèdent donc des taux de sédimentation caractéristiques. Cela signifie que tous ne se comportent pas de la même manière sous l'action d'une force centrifuge exprimée en tours par minute (tr / min) ou en fonction du rayon du rotor (force centrifuge relative, g).

Parmi les facteurs qui déterminent S et sa vitesse, on peut citer, par exemple, les caractéristiques des molécules ou des particules; les propriétés du milieu; la technique ou la méthode de centrifugation; et le type de centrifugeuse utilisée, entre autres aspects.

La centrifugation est classée selon l'utilité de celle-ci. En préparation, lorsque limitée à la séparation des composants de l'échantillon; et en analytique, quand il cherche également à analyser la molécule ou la particule séparée. D'autre part, il peut également être classé en fonction des conditions du processus.

La centrifugation dans ses différents types a été essentielle pour l'avancement des connaissances scientifiques. Utilisé dans les centres de recherche, il a facilité la compréhension des processus biochimiques et biologiques complexes, entre autres.

Index

  • 1 Qu'est ce que c'est? (processus)
    • 1.1 Fondement de la centrifugation
    • 1.2 Force centrifuge
  • 2 types de centrifugeuses
    • 2.1 Types de rotors
  • 3 types de centrifugation
    • 3.1 Centrifugation préparative
    • 3.2 centrifugation analytique
    • 3.3 Centrifugation différentielle
    • 3.4 Centrifugation par zone ou par bande
    • 3.5 Centrifugation isopycnique et autres types
  • 4 applications
    • 4.1 Séparer les particules
    • 4.2 Comme technique de caractérisation
  • 5 exemples de centrifugation
  • 6 références

En quoi consiste? (processus)

Base de centrifugation

Le processus de centrifugation repose sur le fait que les molécules ou particules qui composent un échantillon en solution vont tourner lorsqu'elles tournent dans un dispositif appelé centrifugeuse. Cela provoque la séparation des particules du milieu environnant lors de la sédimentation à différentes vitesses.

Le processus repose spécifiquement sur la théorie de la sédimentation. De ce fait, les particules qui ont une densité plus grande vont se déposer, tandis que le reste des substances ou composants du milieu restera en suspension.

Parce que? Parce que les molécules ou les particules ont leurs propres tailles, formes, masses, volumes et densités. Par conséquent, tous ne parviennent pas à séduire de la même manière, ce qui se traduit par un coefficient de sédimentation différent S; et par conséquent, à un taux de sédimentation différent.

Ces propriétés permettent de séparer les molécules ou particules par la force centrifuge à une certaine vitesse de centrifugation.

La force centrifuge

La force centrifuge sera influencée par plusieurs facteurs qui détermineront la sédimentation: ceux inhérents aux molécules ou aux particules; aux caractéristiques de l'environnement dans lequel ils se trouvent; et facteurs liés aux centrifugeuses où la procédure de centrifugation est effectuée.

En ce qui concerne les molécules ou les particules, la masse, le volume spécifique et leur facteur de flottaison sont des facteurs influents dans la sédimentation.

En ce qui concerne l'environnement, la masse du solvant déplacé, la densité du milieu, la résistance à l'avancement et le coefficient de frottement sont importants.

Comme pour la centrifugeuse, les facteurs les plus importants qui influencent le processus de sédimentation sont le type de rotor, la vitesse angulaire, la force centrifuge et, par conséquent, la vitesse centrifuge.

Types de centrifugeuses

Il existe plusieurs types de centrifugeuses permettant de soumettre l'échantillon à différentes vitesses de centrifugation.

En fonction de la vitesse maximale atteinte, exprimée en accélération centrifuge (force centrifuge relative g), peuvent être classés simplement comme centrifugeuses, avec une vitesse maximale d'environ 3 000 g.

Tandis que dans le soi-disant supercentrifugeuses, vous pouvez atteindre une plage de vitesse supérieure à 25 000 g. Et dans le ultracentrifugeuses, la vitesse est beaucoup plus élevée, atteignant 100 000 g.

Selon d'autres critères, il y a microcentrifugeuses ou les centrifugeuses de table, qui sont spéciales pour effectuer le processus de centrifugation à un petit volume d'échantillon, atteignent une gamme de 12 000 à 15 000 g.

Il existe des centrifugeuses de grande capacité qui permettent la centrifugation d'échantillons plus grands et plus rapides, tels que les ultracentrifugeuses.

En général, plusieurs facteurs doivent être contrôlés pour protéger le rotor et l'échantillon contre la surchauffe. Pour cela, des ultracentrifugeuses ont été créées avec des conditions spéciales de vide ou de réfrigération, entre autres.

Types de rotors

L'un des éléments déterminants est le type de rotor, le dispositif qui tourne et l'emplacement des tubes. Il existe différents types de rotors. Parmi les principaux sont les rotors inclinables, les rotors à angle fixe et les rotors verticaux.

Dans les rotors basculants, lors du placement des tubes dans les dispositifs de ce type de rotor et lors de la rotation, les tubes acquerront une disposition perpendiculaire à l'axe de rotation.

Dans les rotors à angle fixe, les échantillons seront situés dans une structure solide; comme on le voit dans l'image et dans de nombreuses centrifugeuses.

Et dans les rotors verticaux de certaines ultracentrifugeuses, les tubes tournent parallèlement à l'axe de rotation.

Types de centrifugation

Les types de centrifugation varient en fonction du but de son application et des conditions dans lesquelles le processus est effectué. Ces conditions peuvent être différentes selon le type d'échantillon et la nature de ce que vous souhaitez séparer et / ou analyser.

Il existe un premier critère de classification basé sur l'objectif ou le but de sa performance: centrifugation préparative et centrifugation analytique.

Centrifugation préparative

Il reçoit ce nom lorsque la centrifugation est utilisée principalement pour isoler ou séparer des molécules, des particules, des fragments de cellules ou des cellules pour une utilisation ou une analyse ultérieure. La quantité d'échantillon généralement utilisée à cette fin est relativement importante.

Centrifugation analytique

La centrifugation analytique est effectuée afin de mesurer ou d'analyser les propriétés physiques, telles que le coefficient de sédimentation et la masse moléculaire des particules sédimentées.

La centrifugation basée sur cet objectif peut être réalisée en appliquant différentes conditions standardisées; comme c'est le cas, par exemple, de l'une des techniques d'analyse par ultra-centrifugation, qui permet d'analyser les molécules ou particules séparées, même lorsque la sédimentation a lieu.

Dans certains cas spécifiques, l'utilisation de tubes à centrifuger en quartz peut être nécessaire. Ainsi, ils permettent le passage de la lumière visible et ultraviolette, car pendant le processus de centrifugation, les molécules sont observées et analysées avec un système optique.

Précisément, il existe d'autres critères de classification en fonction des caractéristiques ou des conditions dans lesquelles le processus de centrifugation est exécuté. Ce sont: la centrifugation différentielle, la centrifugation zonale ou en bande et la centrifugation par sédimentation isopycnique ou à l'équilibre.

Centrifugation différentielle

Ce type de centrifugation consiste à soumettre un échantillon à une centrifugation, généralement avec un rotor angulaire, pendant une durée et une vitesse déterminées.

Il est basé sur la séparation des particules par leur différence de vitesse de sédimentation, qui est directement liée à leurs tailles. Ceux qui ont une taille plus grande et un S plus grand, sédimentent au fond du tube; tandis que ceux qui sont plus petits resteront suspendus.

La séparation en suspension du précipité est vitale dans ce type de centrifugation. Les particules en suspension doivent être décantées ou retirées du tube, de sorte que le culot ou le granule puisse être mis en suspension dans un autre solvant pour une purification supplémentaire; c'est-à-dire qu'il est à nouveau centrifugé.

Ce type de technique n'est pas utile pour séparer les molécules. Au lieu de cela, il peut être utilisé pour effectuer la séparation, par exemple, des organites cellulaires, des cellules, entre autres particules.

Centrifugation zonale ou en bande

La centrifugation par zone ou par bande effectue la séparation des composants de l'échantillon en fonction de la différence de S lors de la traversée d'un milieu présentant un gradient de densité préformé; comme Ficoll, ou le saccharose, par exemple.

L'échantillon est placé sur le gradient du tube à essai. Ensuite, il est procédé à une centrifugation à grande vitesse et la séparation se produit dans différentes bandes disposées le long du milieu (comme s'il s'agissait d'une gélatine à plusieurs couches).

Les particules ayant une valeur inférieure de S sont au début du milieu, tandis que celles qui sont plus grandes ou qui ont un S plus élevé sont dirigées vers le bas du tube.

Avec cette procédure, les composants trouvés dans les différentes bandes de sédimentation peuvent être séparés. Il est important de bien contrôler le temps pour éviter que toutes les molécules ou particules de l'échantillon se déposent dans le fond du tube.

Centrifugation isopycnique et autres types

-Il existe de nombreux autres types de centrifugation, tels que les isopycniques. Ceci est spécialisé dans la séparation des macromolécules, même si elles sont du même type.L'ADN s'intègre très bien dans ce type de macromolécules, car il présente des variations dans les séquences et la quantité de ses bases azotées; et donc, sédimenter à des vitesses différentes.

- Il y a aussi une ultracentrifugation, à travers laquelle les caractéristiques de sédimentation des biomolécules sont étudiées, un processus qui peut être surveillé par exemple par la lumière ultraviolette.

Il a été utile dans la connaissance des structures subcellulaires ou des organites. Il a également permis des avancées en biologie moléculaire et le développement de polymères.

Applications

Il existe d'innombrables domaines de travail quotidien dans lesquels différents types de centrifugation sont utilisés. Ils servent entre autres au service de santé, dans les laboratoires de bioanalyse, dans l'industrie pharmaceutique. Cependant, son importance peut être résumée en deux mots: séparer et caractériser.

Sépare les particules

En chimie, les différentes techniques de centrifugation ont été extrêmement importantes pour de nombreuses raisons.

Il permet de séparer deux molécules ou particules miscibles. Permet d'éliminer les impuretés, les substances ou les particules indésirables dans un échantillon; par exemple, un échantillon dans lequel seules les protéines doivent être conservées.

Dans un échantillon biologique, tel que le sang, le plasma peut être séparé du composant cellulaire par centrifugation. Cela contribue à la réalisation de différents types de tests biochimiques ou immunologiques dans le plasma ou le sérum, ainsi que pour des études de routine ou spéciales.

Même la centrifugation permet de séparer les différents types de cellules. A partir d'un échantillon de sang, par exemple, les globules rouges peuvent être séparés des leucocytes ou des globules blancs, ainsi que des plaquettes.

La même utilité peut être obtenue avec la centrifugation dans n’importe lequel des fluides biologiques: urine, liquide céphalo-rachidien, liquide amniotique, entre autres. De cette manière, une grande variété d'analyses peut être effectuée.

Comme technique de caractérisation

Il a également permis d'étudier ou d'analyser les caractéristiques ou les propriétés hydrodynamiques de nombreuses molécules; principalement des molécules complexes ou des macromolécules.

Ainsi que de nombreuses macromolécules telles que les acides nucléiques. Il a même facilité la caractérisation des détails des sous-types de la même molécule que l'ARN, parmi de nombreuses autres applications.

Exemples de centrifugation

Grâce aux différentes techniques de centrifugation, des progrès ont été réalisés dans la connaissance exacte de processus biologiques complexes, notamment infectieux et métaboliques.

- Grâce à la centrifugation, de nombreux aspects ultrastructuraux et fonctionnels des molécules et des biomolécules ont été élucidés. Parmi de telles biomolécules, on peut citer les protéines insuline et hémoglobine; et d'autre part, les acides nucléiques (ADN et ARN).

-Avec l'appui de la centrifugation a élargi la connaissance et la compréhension de nombreux processus qui soutiennent la vie. L'un d'eux est le cycle de Krebs.

Dans ce même domaine d'utilisation, a influencé la connaissance des molécules qui composent la chaîne respiratoire. Ainsi, éclairer la compréhension du processus complexe de la phosphorylation oxydative, ou de la respiration cellulaire réelle, parmi de nombreux autres processus.

-Enfin, il a contribué à l'étude de différents processus comme infectieux, permettant d'analyser la voie suivie par l'ADN injecté par un phage (virus des bactéries) et des protéines pouvant être synthétisées par la cellule hôte.

Références

  1. Parul Kumar (s.f.) Centrifugeuse: Introduction, types, utilisations et autres détails (avec diagramme). Tiré de: biologydiscussion.com
  2. Chapitre 3 Centrifugation. [PDF] Récupéré de: phys.sinica.edu.tw
  3. Principes fondamentaux de la biochimie et de la biologie moléculaire appliquée. (Diplôme en biologie) Thème 2: centrifugation. [PDF] Tiré de: ehu.eus
  4. Mathews, C. K. et Van Holde, K. E. (1998). Biochimie, 2e éd. McGraw-Hill Interamericana.
  5. Wikipedia. (2018). La centrifugation Tiré de: en.wikipedia.org