การแตกหักแบบเยือกแข็งคืออะไรและเหตุใดจึงมีประโยชน์ในชีววิทยาของเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยฟอสโฟลิปิดและโปรตีนที่ยึดติดหรือฝังตัว โปรตีนเมมเบรนมีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญและชีวิตของเซลล์ คุณไม่สามารถใช้กล้องจุลทรรศน์ธรรมดาในการมองเห็นหรือแสดงลักษณะเฉพาะของโปรตีนการยึดเกาะ การขนส่งโปรตีน และช่องโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์ การใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและเทคนิคที่เรียกว่า "การแตกหักแบบเยือกแข็ง" ซึ่งแยกเยื่อหุ้มเซลล์ที่ถูกแช่แข็งออกจากกัน ช่วยให้มองเห็นโครงสร้างเมมเบรนและการจัดระเบียบของโปรตีนในทะเลของ ฟอสโฟลิปิด การผสมผสานวิธีการอื่นๆ กับการแตกร้าวแบบเยือกแข็ง ไม่เพียงแต่ช่วยให้เราเข้าใจโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ต่างๆ และ โปรตีนเมมเบรน แต่ช่วยให้มองเห็นและวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับการทำงานของโปรตีน แบคทีเรีย และ specific ไวรัส.

การใช้ไนโตรเจนเหลว ตัวอย่างเนื้อเยื่อชีวภาพหรือเซลล์จะถูกแช่แข็งอย่างรวดเร็วเพื่อทำให้ส่วนประกอบของเซลล์ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยฟอสโฟลิปิด 2 ชั้น เรียกว่า ไบเลเยอร์ โดยส่วนหางที่ไม่ชอบน้ำหรือเกลียดน้ำ ชี้ไปที่ ด้านในของเมมเบรนและส่วนที่ชอบน้ำหรือชอบน้ำ ปลายของโมเลกุลไขมันชี้ออกไปด้านนอกและไปทางด้านในของ เซลล์ ตัวอย่างที่แช่แข็งจะแตกหรือร้าวด้วยไมโครโทม ซึ่งเป็นเครื่องมือคล้ายมีดสำหรับตัดเนื้อเยื่อบางๆ สิ่งนี้ทำให้เยื่อหุ้มเซลล์แยกออกจากกันอย่างแม่นยำระหว่างสองชั้นเพราะแรงดึงดูดระหว่างหางไขมันที่ไม่เข้ากับน้ำเป็นจุดอ่อนที่สุด หลังจากการแตกหัก ตัวอย่างจะผ่านขั้นตอนสุญญากาศที่เรียกว่า "การกัดแบบเยือกแข็ง" พื้นผิวของรอยแตก ตัวอย่างถูกแรเงาด้วยไอคาร์บอนและแพลตตินั่มเพื่อสร้างแบบจำลองที่มั่นคงซึ่งเป็นไปตามรูปทรงของการแตกหัก เครื่องบิน. กรดใช้ในการย่อยสารอินทรีย์ที่ยึดติดกับแบบจำลอง โดยเหลือเพียงเปลือกทองคำขาวบางๆ ของพื้นผิวเมมเบรนที่ร้าว เปลือกนี้จะถูกวิเคราะห์โดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

การกัดด้วยน้ำแข็งคือการทำให้แห้งด้วยสุญญากาศของตัวอย่างทางชีวภาพที่ไม่ตรึง แช่แข็ง และแตกหักด้วยเยือกแข็ง ขั้นตอนการทำให้แห้งแบบสุญญากาศนั้นคล้ายกับการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็งผักและผลไม้ที่บรรจุและขายในร้านขายของชำ โดยปราศจากการกัดเซาะแบบเยือกแข็ง รายละเอียดจำนวนมากของโครงสร้างเซลล์ถูกบดบังด้วยผลึกน้ำแข็ง ขั้นตอนการแกะสลักแบบลึกหรือแบบแช่แข็งช่วยปรับปรุงและขยายวิธีการแตกหักแบบเยือกแข็งแบบเดิม ทำให้สามารถสังเกตเยื่อหุ้มเซลล์ในระหว่างกิจกรรมต่างๆ ช่วยให้สามารถวิเคราะห์โครงสร้างเมมเบรนได้ไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงส่วนประกอบภายในเซลล์ด้วย และให้ข้อมูลโครงสร้างโดยละเอียดเกี่ยวกับแบคทีเรีย ไวรัส และโปรตีนในเซลล์ขนาดใหญ่ คอมเพล็กซ์

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถเปิดเผยและขยายได้มากกว่าหนึ่งล้านเท่าของสิ่งมีชีวิตหรือโครงสร้างที่เล็กที่สุด เช่น แบคทีเรีย ไวรัส ส่วนประกอบภายในเซลล์ และแม้แต่โปรตีน การแสดงภาพถูกสร้างขึ้นโดยการทิ้งระเบิดตัวอย่างบางเฉียบด้วยลำอิเล็กตรอน วิธีการสองวิธีด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ได้แก่ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดหรือ SEM และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านหรือ TEM ตัวอย่างการแตกหักจากการแช่แข็งจะได้รับการวิเคราะห์เป็นประจำด้วย TEM TEM มีความละเอียดที่ดีกว่า SEM และนำเสนอข้อมูลโครงสร้างแบบจำลองขนาด 3 นาโนเมตร

การพัฒนาและการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแตกหักแบบเยือกแข็งแสดงให้เห็นว่าเยื่อหุ้มเซลล์พลาสมาประกอบด้วยไขมันไบเลเยอร์และชี้แจงวิธีการจัดระเบียบโปรตีนภายในเยื่อหุ้มเซลล์ การแตกหักแบบเยือกแข็งช่วยให้มองเห็นภายในเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างชัดเจน เพราะมันแยกและแยกฟอสโฟลิปิดของเมมเบรนออกเป็นสองแผ่นหรือใบหน้าที่อยู่ตรงข้ามกัน กว่า 50 ปีนับตั้งแต่เปิดตัวเครื่องแตกหักแบบเยือกแข็งเครื่องแรก การทำแบบจำลองแพลตตินัมยังคงเป็นวิธีเดียวที่จะได้ข้อมูลโครงสร้างเกี่ยวกับเยื่อหุ้มเซลล์ เทคนิคนี้แสดงให้เห็นว่าโปรตีนจำเพาะลอยหรือยึดเกาะในเยื่อหุ้มเซลล์หรือไม่ และโปรตีนบางชนิดรวมกันได้อย่างไรและอย่างไร วิธีการใหม่ โดยใช้แอนติบอดีที่กำหนดเป้าหมายโปรตีนจำเพาะ รวมกับการแตกหักแบบเยือกแข็งเพื่อระบุโปรตีนและหน้าที่ของโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์