細胞膜は、リン脂質と付着または埋め込まれたタンパク質で構成されています。 膜タンパク質は、細胞の代謝と生命に重要な役割を果たします。 通常の顕微鏡を使用して、細胞膜内の接着タンパク質、輸送タンパク質、およびタンパク質チャネルを視覚化または特性評価することはできません。 電子顕微鏡と、凍結した細胞膜を分離する「凍結破壊」と呼ばれる技術を使用して、 の海の中での膜構造とタンパク質の組織化の視覚化を可能にします リン脂質。 他の方法を凍結破砕と組み合わせると、さまざまな細胞膜の構造を理解するのに役立つだけでなく、 膜タンパク質ですが、特定のタンパク質、細菌、および ウイルス。
フリーズフラクチャーの基本的な手順
液体窒素を使用して、生体組織サンプルまたは細胞を急速に凍結し、細胞成分を固定化します。 細胞膜は、二重層と呼ばれるリン脂質の2つの層で構成されており、疎水性または水を嫌う脂質の尾が指します。 膜の内側と脂質分子の親水性または水を好む端は、外側を向き、内側を向いています。 細胞。 凍結したサンプルは、薄い組織スライスを切断するためのナイフのような器具であるミクロトームでひび割れまたは破壊されます。 これにより、疎水性脂質テール間の引力が最も弱い点を表すため、細胞膜が2つの層の間で正確に分割されます。 破砕後、サンプルは「フリーズエッチング」と呼ばれる真空手順を経ます。 骨折した表面 サンプルは、骨折の輪郭に沿った安定したレプリカを作成するために、炭素とプラチナの蒸気でシャドウイングされます 飛行機。 酸はレプリカに付着した有機物を消化するために使用され、破砕された膜表面の薄いプラチナシェルを残します。 次に、このシェルを電子顕微鏡で分析します。
フリーズエッチング
フリーズエッチングは、固定されていない、凍結された、凍結破砕された生体サンプルの真空乾燥です。 真空乾燥の手順は、食料品店で包装され販売されている果物や野菜の凍結乾燥に似ています。 フリーズエッチングを行わないと、細胞構造の多くの詳細が氷の結晶によって隠されます。 ディープエッチングまたはフリーズエッチングのステップは、元のフリーズフラクチャ法を改善および拡張し、さまざまな活動中の細胞膜の観察を可能にします。 膜構造だけでなく、細胞内成分の分析も可能です バクテリア、ウイルス、大細胞タンパク質に関する詳細な構造情報を提供します コンプレックス。
電子顕微鏡法
電子顕微鏡は、バクテリア、ウイルス、細胞内成分、さらにはタンパク質など、最も小さな生物や構造を100万倍以上も明らかにして拡大することができます。 可視化は、極薄のサンプルに電子ビームを照射することによって作成されます。 2つの電子顕微鏡法は、走査型電子顕微鏡（SEM）と透過型電子顕微鏡（TEM）です。 凍結破壊サンプルは、TEMで定期的に分析されます。 TEMはSEMよりも解像度が高く、レプリカの3ナノメートルまでの構造情報を提供します。
細胞膜構造を明らかにする
凍結破壊電子顕微鏡の開発と使用は、細胞原形質膜が脂質二重層で構成されていることを示し、タンパク質が細胞膜内でどのように組織化されているかを明らかにしました。 凍結破壊は、膜リン脂質を2つの反対の相補的なシートまたは面に分割および分離するため、細胞膜の内部に独特の外観を与えます。 最初の凍結破壊機が導入されてから50年以上経った今でも、細胞膜の構造情報を取得する唯一の方法はプラチナレプリカを作成することです。 この手法は、特定のタンパク質が細胞膜に浮いているか固定されているか、および一部のタンパク質が凝集するかどうか、またどのように凝集するかを示します。 特定のタンパク質を標的とする抗体を使用する新しい方法は、凍結破壊と組み合わせて、タンパク質と細胞膜におけるそれらの機能を特定します。