Химико-аналитические методы в экологии

Центрифугирование — разделение неоднородных систем (напр., жидкость — твердые частицы) на фракции по плотности при помощи центробежных сил. Приборы, применяемые для этой цели, называют центрифугами. Основной частью центрифуги является ротор с монтированными в нем гнездами для центрифужных пробирок. Ротор вращается с большой скоростью, вследствие чего создаются значительные по величине центробежные силы, под действием которых происходит разделение механических смесей, например, осаждение взвешенных в жидкости частиц.

Центрифугирование применяется для отделения осадка от раствора, для отделения загрязненных жидкостей, производится также центрифугирование эмульсий (напр., сепарирование молока). Центрифугирование бетона применяется для увеличения его прочности. В клинических и санитарно-гигиенических лабораториях центрифугирование используют для отделения эритроцитовот плазмы крови,сгустков кровиотсыворотки, плотных частиц от жидкой части мочи и т. д.

Конструктивные особенности центрифуг заключаются в способе крепления к валу барабана и в пространственном его расположении. Все конструкции должны обеспечить, прежде всего, хорошую устойчивость ротора центрифуги. Поскольку вал приводит во вращение большую массу, он должен быть особенно устойчивым. Скорость вращения вала не должна равняться его критической скорости вращения, а должна быть больше или меньше ее. В первом случае вал называют гибким, во втором жёстким.

Препаративное центрифугирование. 

Препаративное центрифугирование заключается в выделении биологического материала для последующих биохимических исследований. При этом можно брать большие количества исходного биологического материала, например, посевы микробных клеток из периодических и непрерывных культур, а также посевы растительных и животных клеток из культур ткани и плазмы крови. С помощью препаративного центрифугирования выделяют большое количество клеточных частиц для изучения их морфологии, структуры и биологической активности. Методы применяются также для выделения таких биологических молекул, как ДНК и белки из предварительно очищенных препаратов.

Дифференциальное центрифугирование. 

Этот метод основан на различиях в скорости седиментации частиц, отличающихся друг от друга размерами и плотностью. Различный материал, например, гомогенат ткани, центрифугируют при ступенчатом увеличении центробежного ускорения, которое выбирается так, чтобы на каждом этапе на дно пробирки осаждалась определённая фракция. 

Электрофорез белков в полиакриламидном геле — метод разделения смесей белков в полиакриламидном геле в соответствии с их электрофоретической подвижностью (функцией длины полипептидной цепочки или молекулярной массы, а также укладки белковой молекулы, посттрансляционных модификаций и других факторов). Данный способ фракционирования белков и пептидов широко применяют в современноймолекулярной биологии, биохимии, генетике.

Разработано большое количество модификаций электрофореза белков в полиакриламидном геле для решения разных задач и для различных белков и пептидов. Наиболее распространённой разновидностью является электрофорез белков в полиакриламидом геле в присутствии додецилсульфата натрия по Лэммли (англ. SDS PAGE).

Механизм разделения

Элетрофоретическая подвижность биополимеров в геле зависит от ряда параметров. Скорость миграции пропорциональна заряду молекулы, и в свободной жидкости молекулы с одинаковым удельным зарядом мигрируют с равной скоростью. В случае разделения в среде, имеющей жесткую пространственную матрицу, происходит сегрегация за счет трения о гель. Сила трения зависит от пространственной конфигурации молекулы, в том числе от её размера. Таким образом, в случае электрофоретического разделения нативных белков будет наблюдаться сложная картина их распределения в зависимости от вышеприведенных факторов.

SDS PAGE по Лэммли

В 1970 году Лэммли для изучения процесса сборки капсида бактериофага Т4 предложил метод электрофоретического разделения белков в полиакриламидном геле в зависимости от молекулярной массы. Для этого перед нанесением на гель образцы кипятили в присутствии додецилсульфата натрия (SDS) и 2-меркаптоэтанола. Под воздействием 2-меркаптоэтанола происходит восстановление дисульфидных связей, что предотвращает выпетливание денатурированных полипептидов и повышение их подвижности. SDS является сильным детергентом, его молекула состоит из двенадцатичленной алифатической неразветвленной цепи и ковалентно связанного с ним сульфата, имеющего в растворе отрицательный заряд.

При использовании описываемого метода исходят из следующих допущений:

• белки после обработки SDS находятся в полностью денатурированном состоянии;

• количество молекул SDS, связанных с полипептидом, пропорционально его длине, и, следовательно, молекулярной массе;

• собственный заряд полипептида несущественен в сравнении с зарядом связанного с ним SDS.