ما هو التجميد التكسير ولماذا هو مفيد في بيولوجيا الخلية؟

تتكون أغشية الخلايا من الدهون الفوسفورية والبروتينات المرفقة أو المدمجة. تلعب بروتينات الغشاء أدوارًا حيوية في عملية التمثيل الغذائي وحياة الخلية. لا يمكنك استخدام الفحص المجهري العادي لتصور أو توصيف بروتينات الالتصاق ، ونقل البروتينات وقنوات البروتين في غشاء الخلية. باستخدام المجهر الإلكتروني وتقنية تسمى "كسر التجميد" ، والتي تقسم أغشية الخلايا المجمدة عن بعضها ، يسمح بتصور بنية الغشاء وتنظيم البروتينات داخل بحر الفسفوليبيد. إن الجمع بين الطرق الأخرى والتكسير بالتجميد لا يساعدنا فقط على فهم بنية أغشية الخلايا المختلفة و بروتينات الغشاء ، ولكنها تسمح بالتخيل والتحليل التفصيلي لوظيفة بروتينات معينة وبكتيريا و الفيروسات.

باستخدام النيتروجين السائل ، يتم تجميد عينات الأنسجة البيولوجية أو الخلايا بسرعة لشل مكونات الخلية. تتكون أغشية الخلايا من طبقتين من الدهون الفوسفورية ، تسمى طبقة ثنائية ، حيث تشير ذيول الدهون الكارهة للماء ، أو التي تكره الماء ، إلى يشير الجزء الداخلي من الغشاء والنهايات المحبة للماء أو المحبة للماء لجزيء الدهون إلى الخارج وإلى الداخل زنزانة. يتم تكسير العينة المجمدة أو تكسيرها باستخدام مشراح ، وهو عبارة عن أداة تشبه السكين لقطع شرائح الأنسجة الرقيقة. يؤدي هذا إلى انفصال غشاء الخلية بدقة بين الطبقتين لأن التجاذب بين ذيول الدهون الكارهة للماء يمثل أضعف نقطة. بعد التكسير ، تخضع العينة لعملية فراغ ، تسمى "حفر التجميد". سطح الكسر العينة مظللة بالكربون وبخار البلاتين لعمل نسخة طبق الأصل مستقرة ، والتي تتبع ملامح الكسر طائرة. يستخدم الحمض لهضم المادة العضوية الملتصقة بالنسخة المتماثلة ، تاركًا غلاف بلاتينيًا رقيقًا لسطح الغشاء المكسور. ثم يتم تحليل هذه القشرة بواسطة المجهر الإلكتروني.

النقش بالتجميد هو التجفيف بالفراغ لعينة بيولوجية غير مثبتة ومجمدة ومكسورة بالتجميد. إجراء التجفيف بالشفط مشابه لتجفيف الفواكه والخضروات بالتجميد التي يتم تعبئتها وبيعها في محلات البقالة. بدون النقش بالتجميد ، تحجب بلورات الجليد العديد من تفاصيل البنية الخلوية. تعمل خطوة الحفر العميق أو التجميد على تحسين وتوسيع طريقة كسر التجميد الأصلية ، مما يسمح بمراقبة أغشية الخلايا أثناء الأنشطة المختلفة. إنه يسمح بتحليل ليس فقط بنية الغشاء ، ولكن أيضًا لتحليل المكونات داخل الخلايا ويوفر معلومات هيكلية مفصلة عن البكتيريا والفيروسات والبروتين الخلوي الكبير المجمعات.

يمكن للفحص المجهري الإلكتروني أن يكشف ويكبر أكثر من مليون مرة عن أصغر الكائنات الحية أو الهياكل ، مثل البكتيريا والفيروسات والمكونات داخل الخلايا وحتى البروتينات. يتم إنشاء التصور عن طريق قصف عينة بالغة الرقة بشعاع من الإلكترونات. طريقتان المجهر الإلكتروني هما المسح المجهري الإلكتروني ، أو SEM ، والمجهر الإلكتروني للإرسال ، أو TEM. يتم تحليل عينات كسر التجميد بشكل روتيني باستخدام TEM. يتمتع TEM بدقة أفضل من SEM ويقدم معلومات هيكلية تصل إلى 3 نانومتر من النسخ المتماثلة.

أظهر تطوير واستخدام المجهر الإلكتروني للكسر بالتجميد أن أغشية بلازما الخلية تتكون من طبقات ثنائية الدهون وأوضح كيفية تنظيم البروتينات داخل أغشية الخلايا. يعطي كسر التجميد نظرة فريدة من نوعها على الجزء الداخلي من أغشية الخلايا ، لأنه ينقسم ويفصل الغشاء الدهني إلى صفحتين أو وجهين متقابلين ومتكاملين. في أكثر من 50 عامًا منذ إدخال أول آلة كسر التجميد ، لا يزال صنع نسخة طبق الأصل من البلاتين هو الطريقة الوحيدة للحصول على معلومات هيكلية حول غشاء الخلية. توضح هذه التقنية ما إذا كانت بروتينات معينة تطفو أو مثبتة في غشاء الخلية ، وما إذا كانت بعض البروتينات تتجمع وكيف تتجمع. يتم الجمع بين طريقة أحدث - باستخدام الأجسام المضادة التي تستهدف بروتينات معينة - مع كسر التجميد لتحديد البروتينات ووظائفها في غشاء الخلية.