Differentialzentrifugation - so erklären Sie den Begriff anschaulich

Vorbemerkungen zur Differentialzentrifugation

Bevor Sie direkt auf die Differentialzentrifugation eingehen, sollten Sie einige Beispiele aus dem Alltag anführen und evtl. mit geeigneten Experimenten untermauern.

• Stoffgemische neigen dazu, sich unter Einwirkung der Schwerkraft zu entmischen. Jedes Kind merkt schnell, dass sich Sand im Wasser wieder absetzt. Es erfolgt also eine Trennung der Stoffe nach der Masse.
• Dabei kann es auch zu einer Beeinflussung des Trennverhaltens durch das Medium kommen. Wenn Sie Papier zu Kügelchen knüllen und mit Fetzen aus dem gleichen Papier mischen und das Gemisch durch eine Luftsäule fallen lassen, werden die Kügelchen schneller fallen, weil diese durch das Medium Luft weniger stark gebremst werden als die Fetzen. Es würde also zu einer Entmischung durch unterschiedliche Fallgeschwindigkeiten kommen.
• Schließlich gibt es noch die Möglichkeit, dass eine Entmischung durch Schwerkraft nicht stattfindet, weil das Medium zu zäh ist, zum Beispiel, wenn Sie Sand in Gelatine eingießen. Wenn Sie die Schwerkraft stark erhöhen, würde die Zähigkeit überwunden werden und die Entmischung stattfinden.

Bei der Differentialzentrifugation wird ausgenutzt, dass sich Teilchen, die sich stark durch die Dichte unterscheiden, unterschiedlich schnell absetzen, wenn die Schwerkraft erhöht wird.

Begriffserklärungen bei der Zentrifugation

Erklären Sie nun die verwendeten Begriffe, damit der Rest besser zu verstehen ist.

• Da nicht die Umdrehung pro Minute wichtig ist, sondern die auf das Gemisch ausgeübte Schwerkraft, wird diese als Vielfaches von g (Erdanziehungskraft) angegeben.
• Der Niederschlag, der sich im Zentrifugenbecher bildet, wird Sediment genannt, der Rest ist der Überstand.

Trennung durch Differentialzentrifugation

Bei der Differentialzentrifugation wird also das unterschiedliche Verhalten von Teilchen, wenn Sie einer Beschleunigung ausgesetzt werden, ausgenützt. Dabei geht es in der Regel um organische Substanzen, es sollen Zellbestandteile getrennt werden.

• Im ersten Schritt wird kurz (etwas 10 Minuten) mit einer Beschleunigung von ca 1.500 g zentrifugiert. Es bildet sich ein Sediment aus intakten Zellen und Zellkernen. Die restlichen Bestandteile bleiben im Überstand.
• Der Überstand wird abgegossen und erneut zentrifugiert. Diesmal wird 15 Minuten mit 10.000 g geschleudert. Es werden die Zellmembranen vom Rest getrennt. Bis schließlich die kleinsten Bestandteile nach stundenlangem Zentrifugieren bei über 100.000 g herausgefiltert werden.

Bei der Differentialzentrifugation wird also erst mit niedriger Geschwindigkeit kurz zentrifugiert, um die großen und schweren Bestandteile auszusortieren, und dann der Überstand länger und schneller, um nun die kleineren und leichteren Teilchen zu separieren.