Apa itu Freeze Fracturing dan Mengapa Berguna dalam Biologi Sel?

Membran sel terdiri dari fosfolipid dan protein yang melekat atau tertanam. Protein membran memainkan peran penting dalam metabolisme dan kehidupan sel. Anda tidak dapat menggunakan mikroskop biasa untuk memvisualisasikan atau mengkarakterisasi protein adhesi, protein transpor dan saluran protein dalam membran sel. Menggunakan mikroskop elektron dan teknik yang disebut "fraktur beku", yang memisahkan membran sel beku, memungkinkan visualisasi struktur membran dan organisasi protein di dalam lautan fosfolipid. Menggabungkan metode lain dengan rekah beku tidak hanya membantu kita memahami struktur membran sel yang berbeda dan protein membran, tetapi memungkinkan visualisasi dan analisis rinci tentang fungsi protein spesifik, bakteri dan virus.

Menggunakan nitrogen cair, sampel jaringan biologis atau sel dengan cepat dibekukan untuk melumpuhkan konstituen sel. Membran sel terdiri dari dua lapisan fosfolipid, yang disebut bilayer, di mana ekor lipid hidrofobik, atau membenci air, menunjuk ke bagian dalam membran dan ujung-ujung molekul lipid yang hidrofilik, atau suka air, mengarah ke luar dan ke arah bagian dalam membran. sel. Sampel beku retak atau retak dengan mikrotom, yang merupakan instrumen seperti pisau untuk memotong irisan jaringan tipis. Hal ini menyebabkan membran sel terbelah tepat antara dua lapisan karena tarikan antara ekor lipid hidrofobik merupakan titik terlemah. Setelah rekahan, sampel menjalani prosedur vakum, yang disebut "pengetsa beku". Permukaan retak sampel dibayangi dengan uap karbon dan platinum untuk membuat replika yang stabil, yang mengikuti kontur fraktur pesawat. Asam digunakan untuk mencerna bahan organik yang menempel pada replika, meninggalkan cangkang platina tipis dari permukaan membran yang retak. Cangkang ini kemudian dianalisis dengan mikroskop elektron.

Freeze etching adalah pengeringan vakum dari sampel biologis yang tidak tetap, beku, dan beku. Prosedur pengeringan vakum mirip dengan pengeringan beku buah dan sayuran yang dikemas dan dijual di toko bahan makanan. Tanpa etsa beku, banyak detail struktur seluler dikaburkan oleh kristal es. Langkah deep-atau freeze-etsa meningkatkan dan memperluas metode fraktur beku asli, memungkinkan pengamatan membran sel selama berbagai aktivitas. Ini memungkinkan untuk analisis tidak hanya struktur membran, tetapi juga komponen intraseluler dan memberikan informasi struktural terperinci tentang bakteri, virus, dan protein seluler besar kompleks.

Mikroskop elektron dapat mengungkapkan dan memperbesar lebih dari satu juta kali organisme atau struktur terkecil, seperti bakteri, virus, komponen intraseluler, dan bahkan protein. Visualisasi dibuat dengan membombardir sampel ultra-tipis dengan seberkas elektron. Dua metode mikroskop elektron pemindaian mikroskop elektron, atau SEM, dan mikroskop elektron transmisi, atau TEM. Sampel fraktur beku dianalisis secara rutin dengan TEM. TEM memiliki resolusi yang lebih baik daripada SEM dan menawarkan informasi struktural hingga 3 nanometer replika.

Perkembangan dan penggunaan mikroskop elektron patah beku menunjukkan bahwa membran plasma sel terdiri dari lapisan ganda lipid dan menjelaskan bagaimana protein diatur dalam membran sel. Fraktur beku memberikan tampilan unik pada bagian dalam membran sel, karena membelah dan memisahkan fosfolipid membran menjadi dua lembaran atau permukaan yang berlawanan dan saling melengkapi. Dalam lebih dari 50 tahun sejak pengenalan mesin patah beku pertama, membuat replika platinum masih satu-satunya cara untuk mendapatkan informasi struktural tentang membran sel. Teknik ini menunjukkan apakah protein tertentu mengapung atau berlabuh di membran sel, dan apakah dan bagaimana beberapa protein beragregasi. Metode yang lebih baru - menggunakan antibodi yang menargetkan protein spesifik - dikombinasikan dengan fraktur beku untuk mengidentifikasi protein dan fungsinya dalam membran sel.