CENTRIFUGAÇÃO: EM QUE CONSISTE, TIPOS, IMPORTÂNCIA, EXEMPLOS - QUÍMICA - 2025

A centrifugação é uma técnica, método ou procedimento que separa mecânica ou fisicamente moléculas ou partículas com densidades diferentes e também presentes em meio líquido. Sua pedra fundamental é a aplicação de força centrífuga, aplicada por um equipamento denominado 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, faz-se referência a diferentes fragmentos celulares, às organelas das células, mesmo a vários tipos de células, entre outros.

Centrífuga. Fonte: Matt Janicki via Flickr

Theodor Svedger é considerado um dos principais pioneiros na pesquisa de centrifugação. O Prêmio Nobel de 1926, determinou que moléculas ou partículas com tamanhos próprios possuem coeficientes de sedimentação S diferentes. 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 forma sob a ação de uma força centrífuga expressa em rotações por minuto (rpm), ou em função do raio do rotor (força centrífuga relativa, g).

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

A centrifugação é classificada de acordo com sua utilidade. Em preparativa, quando se limita à separação dos componentes da amostra; e na analítica, quando também busca analisar a molécula ou partícula separada. Por outro lado, também pode ser classificado com base nas condições do processo.

A centrifugação em seus diferentes tipos tem sido essencial para o avanço do conhecimento científico. Utilizado em centros de pesquisa, tem facilitado a compreensão de complexos processos bioquímicos e biológicos, 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 denominado centrífuga. Isso causa a separação das partículas do ambiente que as cerca à medida que se acomodam em velocidades diferentes.

O processo é baseado especificamente na teoria da sedimentação. De acordo com isso, as partículas de maior densidade irão se depositar, enquanto o restante das substâncias ou componentes do meio ambiente permanecerão em suspensão.

Por quê? Porque as moléculas ou partículas têm seus próprios tamanhos, formas, massas, volumes e densidades. Portanto, nem todos conseguem sedimentar da mesma forma, o que se traduz em um coeficiente de sedimentação S diferente; e, conseqüentemente, a uma taxa de sedimentação diferente.

Essas propriedades são aquelas que permitem que as moléculas ou partículas sejam separadas pela força centrífuga a uma determinada velocidade de centrifugação.

Força centrífuga

A força centrífuga será influenciada por diversos fatores que irão determinar a sedimentação: aqueles inerentes às moléculas ou partículas; às características do ambiente em que se encontram; e fatores relacionados às centrífugas onde o procedimento de centrifugação é realizado.

Em relação às moléculas ou partículas, a massa, o volume específico e o fator de flotação das mesmas são fatores influenciadores na sedimentação.

Em relação ao ambiente que os cerca, a massa do solvente deslocado, a densidade do meio, a resistência ao avanço e o coeficiente de atrito são importantes.

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

Tipos de centrífugas

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

Dependendo da velocidade máxima que atingem, expressa em aceleração centrífuga (força centrífuga relativa g), podem ser simplesmente classificados como centrífugas, tendo uma velocidade máxima de aproximadamente 3.000 g.

Já nas chamadas supercentrífugas, uma faixa maior de velocidades pode ser atingida perto de 25.000 g. E nas ultracentrífugas, a velocidade é bem maior, chegando a 100.000 g.

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

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

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

Tipos de rotor

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

Nos rotores basculantes, ao colocar os tubos nos dispositivos deste tipo de rotor e ao girar, os tubos adquirirão uma disposição perpendicular ao eixo de rotação.

Em rotores de ângulo fixo, as amostras estarão localizadas dentro de uma estrutura sólida; como pode ser visto na imagem e em muitas centrífugas.

E nos rotores verticais de algumas ultracentrífugas, os tubos vão girar paralelamente ao eixo de rotação.

Tipos de centrifugação

Os tipos de centrifugação variam de acordo com a finalidade 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 será separado e / ou analisado.

Existe um primeiro critério de classificação com base no objetivo ou finalidade de sua atuação: a centrifugação preparativa e a centrifugação analítica.

Centrifugação preparativa

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

Centrifugação analítica

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

A centrifugação com base neste objetivo pode ser realizada aplicando diferentes condições padronizadas; como é o caso, por exemplo, de uma das técnicas analíticas de ultracentrifugação, que permite analisar as moléculas ou partículas que se separam, mesmo durante a sedimentação.

Em alguns casos específicos, pode ser necessário o uso de tubos de centrífuga de quartzo. Assim, permitem a passagem de luz visível e ultravioleta, pois durante o processo de centrifugação as moléculas são observadas e analisadas por sistema óptico.

Precisamente, existem outros critérios de classificação dependendo das características ou condições em que se realiza o processo de centrifugação. São eles: centrifugação diferencial, centrifugação de zona ou banda e centrifugação de equilíbrio isopícnico ou de sedimentação.

Centrifugação diferencial

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

Baseia-se na separação das partículas devido à sua diferença na velocidade de sedimentação, que está diretamente relacionada aos seus tamanhos. Aqueles que são cada vez maiores S, acomodam-se no fundo do tubo; enquanto os menores permanecerão suspensos.

A separação suspensa do precipitado é vital neste tipo de centrifugação. As partículas suspensas devem ser decantadas ou retiradas do tubo, de forma que o sedimento ou pellet possa ser suspenso em outro solvente para posterior purificação; isto é, ele é centrifugado novamente.

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

Centrifugação de zona ou banda

A centrifugação zonal ou de banda realiza a separação dos componentes da amostra com base na diferença de S ao passar por um meio com 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, passa-se pela centrifugação em alta velocidade e a separação ocorre em diferentes faixas dispostas ao meio (como se fosse uma gelatina com múltiplas camadas).

Partículas com menor valor de S permanecem no início do meio, enquanto aquelas que são maiores ou possuem maior S seguem para o fundo do tubo.

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

Centrifugação isopícnica e outros tipos

-Há muitos outros tipos de centrifugação, como a isopícnica. Este é especializado em separar macromoléculas, mesmo que sejam do mesmo tipo. O DNA se encaixa muito bem neste tipo de macromolécula, pois apresenta variações nas sequências e na quantidade de suas bases nitrogenadas; e, portanto, sedimentar em velocidades diferentes.

-Há também a ultracentrifugação, por meio da qual são estudadas as características de sedimentação das biomoléculas, processo que pode ser monitorado por meio de luz ultravioleta, por exemplo.

Tem sido útil na compreensão de estruturas subcelulares ou organelas. Também possibilitou avanços na biologia molecular e no desenvolvimento de polímeros.

Formulários

São inúmeras as áreas da vida diária em que são utilizados os diferentes tipos de centrifugação. São utilizados 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 têm se mostrado extremamente importantes por muitos motivos.

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

Em uma amostra biológica, como sangue, o plasma pode ser separado do componente celular por centrifugação. Isso contribui para a realização de diversos tipos de testes bioquímicos ou imunológicos em 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 leucócitos 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. Desta forma, uma grande variedade de análises pode ser realizada.

Como técnica de caracterização

Também tornou possível estudar ou analisar as características ou propriedades hidrodinâmicas de muitas moléculas; principalmente de moléculas ou macromoléculas complexas.

Bem como numerosas macromoléculas, como ácidos nucléicos. Ele também tornou mais fácil caracterizar detalhes dos subtipos da mesma molécula, como o RNA, entre muitas outras aplicações.

Exemplos de centrifugação

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

-Através da centrifugação, muitos aspectos ultraestruturais e funcionais das moléculas e biomoléculas foram elucidados. Dentre essas biomoléculas, estão as proteínas insulina e hemoglobina; e por outro lado, ácidos nucléicos (DNA e RNA).

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

Nesse mesmo campo de utilidade, tem influenciado o conhecimento das moléculas que compõem a cadeia respiratória. Assim, iluminando o entendimento do complexo processo de fosforilação oxidativa, ou verdadeira respiração celular, entre tantos outros processos.

-Finalmente, tem contribuído para o estudo de vários processos, como as doenças infecciosas, ao permitir a análise da rota seguida pelo DNA injetado por um fago (vírus da bactéria) e das proteínas que a célula hospedeira pode sintetizar.

Referências

1. Parul Kumar. (sf). Centrífuga: Introdução, Tipos, Usos e Outros Detalhes (Com Diagrama). Retirado de: biologydiscussion.com
2. Capítulo 3 Centrifugação.. Recuperado de: phys.sinica.edu.tw
3. Fundamentos de Bioquímica e Biologia Molecular Aplicada. (Bacharel em Biologia) Tópico 2: centrifugação.. Retirado de: ehu.eus
4. Mathews, CK e Van Holde, KE (1998). Biochemistry, 2ª ed. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Centrifugação. Retirado de: en.wikipedia.org