Centrifugation: qu'est-ce que c'est, types, importance, exemples

La centrifugation est une technique, méthode ou 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 centrifugeuse.

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, différents fragments cellulaires sont désignés, aux organites des cellules, voire à plusieurs types de cellules, entre autres.

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

Les particules possèdent donc des vitesses 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, figurent, par exemple, les caractéristiques des molécules ou des particules; les propriétés du médium; la technique ou la méthode de centrifugation; et le type de centrifugeuse utilisé, entre autres aspects.

La centrifugation est classée en fonction de l'utilité de celle-ci. En préparation, lorsque limité 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 au progrès des connaissances scientifiques. Utilisé dans les centres de recherche, il a notamment permis de mieux comprendre les processus biochimiques et biologiques complexes.

En quoi consiste? (processus)

Base de centrifugation

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

Le processus est basé spécifiquement sur la théorie de la sédimentation. Selon ce principe, les particules ayant une densité supérieure se déposeront, tandis que les autres substances ou composants du milieu resteront en suspension.

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

Ce sont ces propriétés qui permettent de séparer les molécules ou les particules par 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 les 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 le facteur de flottation de ceux-ci sont des facteurs qui influencent la sédimentation.

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

En ce qui concerne 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 ), elles peuvent être classées simplement comme des centrifugeuses, ayant une vitesse maximale d'environ 3 000 g .

Alors que dans les soi-disant supercentrifugeuses, une plage de vitesse plus élevée, proche de 25 000 g, peut être atteinte. Et dans les ultracentrifugeuses, la vitesse est beaucoup plus élevée, atteignant 100 000 g.

Selon d'autres critères, il existe des microcentrifugeuses ou centrifugeuses de table, spécialement conçues pour effectuer le processus de centrifugation sur un petit volume d'échantillon, pouvant aller de 12 000 à 15 000 g.

Il existe des centrifugeuses à grande capacité permettant la centrifugation d'échantillons plus gros et à plus grande vitesse, tels que les ultracentrifugeuses.

En général, plusieurs facteurs doivent être contrôlés pour protéger le rotor et l'échantillon de 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 où sont placés les 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 à inclinaison, lors de la mise en place 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 à l'intérieur d'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 pivoteront 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 principalement utilisée pour isoler ou séparer des molécules, particules, fragments de cellules ou cellules, en vue d'une utilisation ou d'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, d'une des techniques d'analyse par ultra centrifugation, qui permet d'analyser les molécules ou particules qui se séparent, même pendant la sédimentation.

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 sur bande et la centrifugation isopycnique ou l’équilibre de sédimentation.

Centrifugation différentielle

Ce type de centrifugation consiste à soumettre un échantillon à une centrifugation, généralement à rotor angulaire, pendant un temps et une vitesse déterminés.

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

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

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

Centrifugation zonale ou en bande

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

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

Les particules avec une valeur inférieure de S sont au début du milieu, alors que celles qui sont plus grandes ou qui ont un plus grand S sont dirigées vers le fond du tube.

Avec cette procédure, les composants présents 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 ne se déposent au fond du tube.

Centrifugation isopycnique et d'autres types

-Il existe de nombreux autres types de centrifugation, tels que l'isopycnic. 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 existe également une ultracentrifugation, à travers laquelle sont étudiées les caractéristiques de sédimentation de biomolécules, processus qui peut être surveillé par la lumière ultraviolette, par exemple.

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

Les applications

Il existe d'innombrables domaines de travail quotidien dans lesquels différents types de centrifugation sont utilisés. Ils servent pour le service de santé, dans des laboratoires bioanalytiques, dans l'industrie pharmaceutique, entre autres. 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. Aide à 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. À 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 quel fluide biologique: urine, liquide céphalo-rachidien, liquide amniotique, parmi beaucoup d’autres. De cette manière, une grande variété d’analyses peut être réalisée.

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. De manière inclusive, il a 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 tels que les processus infectieux et ceux du métabolisme, entre autres.

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

-Avec le soutien de la centrifugation, la connaissance et la compréhension de nombreux processus essentiels à la vie ont été approfondies. L'un d'entre 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 véritable respiration cellulaire, parmi de nombreux autres processus.

-Enfin, il a contribué à l'étude de divers processus tels que l'infectieux, en permettant d'analyser la voie suivie par l'ADN injecté par un phage (virus de la bactérie) et les protéines que la cellule hôte peut synthétiser.