Kas ir sasalšanas lūzums un kāpēc tas ir noderīgs šūnu bioloģijā?

Šūnu membrānas sastāv no fosfolipīdiem un piesaistītiem vai iegultiem proteīniem. Membrānas olbaltumvielām ir būtiska loma šūnu metabolismā un dzīvē. Jūs nevarat izmantot parasto mikroskopiju, lai vizualizētu vai raksturotu adhēzijas olbaltumvielas, transporta olbaltumvielas un olbaltumvielu kanālus šūnu membrānā. Izmantojot elektronu mikroskopiju un paņēmienu, ko sauc par "sasalšanas lūzumu", kas sadala sasalušās šūnu membrānas, ļauj vizualizēt membrānas struktūru un olbaltumvielu organizāciju Jūras jūrā fosfolipīdi. Citu metožu apvienošana ar sasaldēto lūzumu palīdz ne tikai izprast dažādu šūnu membrānu struktūru un membrānas olbaltumvielas, bet ļauj vizualizēt un detalizēti analizēt specifisku olbaltumvielu, baktēriju un vīrusi.

Izmantojot šķidro slāpekli, bioloģisko audu paraugi vai šūnas tiek ātri sasaldētas, lai imobilizētu šūnu sastāvdaļas. Šūnu membrānas sastāv no diviem fosfolipīdu slāņiem, kurus sauc par divslāņiem, kur hidrofobās jeb ūdeni ienīstošās lipīdu astes norāda uz membrānas iekšpuse un lipīdu molekulas hidrofilie vai ūdeni mīlošie gali ir vērsti uz ārpusi un pret šūna. Sasaldētais paraugs ir saplaisājis vai salauzts ar mikrotomu, kas ir nazim līdzīgs instruments plānu audu šķēlīšu griešanai. Tas liek šūnu membrānai precīzi sadalīties starp abiem slāņiem, jo ​​pievilcība starp hidrofobo lipīdu astēm ir vājākā vieta. Pēc sasmalcināšanas paraugam tiek veikta vakuuma procedūra, ko sauc par "iesaldēšanas kodināšanu". Lūzuma virsma paraugs tiek aizēnots ar oglekļa un platīna tvaikiem, lai izveidotu stabilu kopiju, kas seko lūzuma kontūrām lidmašīna. Skābi izmanto, lai sagremotu organisko materiālu, kas pielipis reprodukcijai, atstājot plānu saplēstas membrānas virsmas platīna apvalku. Pēc tam šo apvalku analizē ar elektronu mikroskopiju.

Saldēšanas kodināšana ir nefiksēta, sasaldēta un sasaldēta lūzuma bioloģiskā parauga vakuuma žāvēšana. Vakuuma žāvēšanas procedūra ir līdzīga augļu un dārzeņu saldēšanas žāvēšanai, kas tiek iepakoti un pārdoti pārtikas preču veikalos. Bez iesaldēšanas kodināšanas ledus kristāli aizēno daudzas šūnu struktūras detaļas. Dziļā vai sasalšanas-kodināšanas solis uzlabo un paplašina sākotnējo sasalšanas lūzumu metodi, ļaujot novērot šūnu membrānas dažādu darbību laikā. Tas ļauj analizēt ne tikai membrānas struktūru, bet arī intracelulārus komponentus un sniedz detalizētu strukturālo informāciju par baktērijām, vīrusiem un lielo šūnu olbaltumvielām kompleksi.

Elektronu mikroskopija var vairāk nekā miljonu reižu atklāt un palielināt vismazākos organismus vai struktūras, piemēram, baktērijas, vīrusus, intracelulārus komponentus un pat olbaltumvielas. Vizualizācija tiek izveidota, bombardējot īpaši plānu paraugu ar elektronu kūli. Divas elektronu mikroskopijas metodes ir skenējošā elektronu mikroskopija jeb SEM un transmisijas elektronu mikroskopija jeb TEM. Sasaldēto lūzumu paraugus regulāri analizē ar TEM. TEM ir labāka izšķirtspēja nekā SEM, un tā piedāvā strukturālu informāciju līdz 3 nanometriem kopiju.

Saldēšanas lūzuma elektronu mikroskopijas izstrāde un izmantošana parādīja, ka šūnu plazmas membrānas sastāv no lipīdu divslāņiem un noskaidroja, kā olbaltumvielas tiek organizētas šūnu membrānās. Saldēšanas lūzums piešķir unikālu izskatu šūnu membrānu iekšienē, jo tas sadala un atdala membrānas fosfolipīdus divās pretējās un papildinošās loksnēs vai sejās. Vairāk nekā 50 gadu laikā kopš pirmās iesaldēšanas lūzuma iekārtas ieviešanas platīna reprodukcijas izgatavošana joprojām ir vienīgais veids, kā iegūt strukturālu informāciju par šūnu membrānu. Tehnika parāda, vai specifiski proteīni peld vai ir noenkuroti šūnas membrānā, un vai un kā daži proteīni agregējas. Jaunāka metode - izmantojot antivielas, kuru mērķis ir specifiski proteīni - tiek kombinēta ar iesaldēšanas lūzumu, lai identificētu olbaltumvielas un to funkcijas šūnu membrānā.