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Kompaktlexikon der Biologie: Zentrifugation

Zentrifugation, ein Analyseverfahren zur Trennung von in einer Lösung als Suspension vorkommenden Biomolekülen und Zellbestandteilen in einem künstlichen Zentrifugalkraftfeld. In Abhängigkeit von Größe, Dichte und Form sedimentieren diese mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, sodass eine Auftrennung erfolgt. Die Z. erfolgt mittels Zentrifugen, wobei sich die Proben in einem Rotor befinden, der zentral auf der Antriebswelle der Z. montiert wird. Die Sedimentationsgeschwindigkeit hängt dabei von der eingesetzten relativen Zentrifugalkraft RCF ab, die als Vielfaches der Gravitationskonstante g (980 cm/s2) angegeben wird. Je höhere g-Werte erforderlich sind, desto höher ist auch die Umdrehungszahl des Rotors pro Minute. Auf diese Weise lassen sich Zellhomogenate oder Gemische von Makromolekülen voneinander trennen. Zellkerne sedimentieren bereits bei 500 g, Chloroplasten bei 1000 g und Mitochondrien bei 8000 g. Für die so genannte Mikrosomenfraktion müssen hingegen 100000 g eingesetzt werden. Eine sedimentierte Fraktion ist dann häufig als ein Niederschlag, das so genannte Pellet, am Boden eines Zentrifugenröhrchens oder Mikroreaktionsgefäßes sichtbar, das sich nach Entfernen des Überstandes weiterbearbeiten lässt. Je nach Zweck und Probenvolumen einer Z. stehen verschiedene Zentrifugen zur Verfügung, die von einfachen Tischzentrifugen über großvolumige Kühlzentrifugen bis hin zu Ultrazentrifugen (Ultrazentrifugation) reichen, die zu präparativen oder analytischen Verfahren genutzt werden können.

Wichtige Z.-Verfahren sind die Differenzial-Z., bei der die zu untersuchende Probe einer Reihe unterschiedlicher RCF-Werte ausgesetzt wird. Durch Kombinationen verschiedener Zentrifugationsschritte, bei denen entweder Überstände oder resuspendierte Pellets verwendet werden, lassen sich z.B. aus einem Leberhomogenat Zellkerne, Mitochondrien und Lysosomen voneinander abtrennen. Bei der Dichtegradienten-Z. wird die Probe auf eine tragende Flüssigkeitssäule aufgetragen, deren Dichte zum Boden des Zentrifugenröhrchens hin zunimmt. Dabei kommen kontinuierliche und diskontinuierliche oder Stufengradienten zum Einsatz. Zur Erzeugung von Gradienten werden eine Vielzahl von einfachen Substanzen (Cäsiumchlorid, Saccharose) und komplexen kommerziell vertriebenen Produkten (z.B. Kieselgele, Polymere von Saccharose und Epichlorhydrin) benutzt. Cäsiumchlorid dient der Trennung der DNA von Proteinen, wohingegen Saccharose die Trennung subzellulärer Fraktionen gestattet. Bei diesem Verfahren wird teilweise die Schwebedichte der zu trennenden Partikel ausgenutzt, sodass sich z.B. subzelluläre Strukturen aufgrund unterschiedlicher Dichten im Gradienten voneinander trennen (isopyknische Dichtegradienten-Z.).

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  • Die Autoren

Redaktion:
Dipl.-Biol. Elke Brechner (Projektleitung)
Dr. Barbara Dinkelaker
Dr. Daniel Dreesmann

Wissenschaftliche Fachberater:
Professor Dr. Helmut König, Institut für Mikrobiologie und Weinforschung, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Professor Dr. Siegbert Melzer, Institut für Pflanzenwissenschaften, ETH Zürich
Professor Dr. Walter Sudhaus, Institut für Zoologie, Freie Universität Berlin
Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

Essayautoren:
Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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