Що таке заморожене руйнування і чому воно корисне в клітинній біології?

Клітинні мембрани складаються з фосфоліпідів та прикріплених або вбудованих білків. Мембранні білки відіграють життєво важливу роль у метаболізмі та житті клітини. Ви не можете використовувати звичайну мікроскопію для візуалізації або характеристики адгезійних білків, транспортування білків і білкових каналів у клітинній мембрані. Використовуючи електронну мікроскопію та техніку, яка називається "заморожений перелом", яка розщеплює заморожені клітинні мембрани, дозволяє візуалізувати мембранну структуру та організувати білки в морі фосфоліпіди. Поєднання інших методів із замороженим руйнуванням не тільки допомагає нам зрозуміти структуру різних клітинних мембран та мембранних білків, але дозволяє візуалізувати та детально аналізувати функцію конкретних білків, бактерій та віруси.

За допомогою рідкого азоту зразки біологічних тканин або клітини швидко заморожують для іммобілізації складових клітин. Клітинні мембрани складаються з двох шарів фосфоліпідів, які називаються двошарами, де гідрофобні, або ненависні до води, ліпідні хвости вказують на внутрішня частина мембрани та гідрофільні, або водолюбні, кінці молекули ліпіду спрямовані назовні та всередину клітинку. Заморожений зразок тріскається або руйнується мікротомом, який є ножоподібним інструментом для різання тонких шматочків тканини. Це призводить до того, що клітинна мембрана точно розщеплюється між двома шарами, оскільки притягання між гідрофобними ліпідними хвостами представляє найслабше місце. Після руйнування зразок піддається вакуумній процедурі, яка називається "заморожувальне травлення". Поверхня зламаної зразок затінюють вуглецем і парами платини, щоб отримати стійку копію, яка слідує контурам руйнування площині. Кислота використовується для перетравлення органічного матеріалу, що прилипає до репліки, залишаючи тонку платинову оболонку на поверхні тріщини мембрани. Потім цю оболонку аналізують електронною мікроскопією.

Заморожувальне травлення - це сушка у вакуумі незакріпленого, замороженого та замороженого біологічного зразка. Процедура вакуумної сушки схожа на сублімаційну сушку фруктів та овочів, які упаковують і продають у продуктових магазинах. Без заморожувального травлення багато деталей клітинної структури закриваються крижаними кристалами. Етап глибокого або заморожувального травлення покращує та розширює оригінальний метод заморожування, дозволяючи спостерігати клітинні мембрани під час різних видів діяльності. Це дозволяє проводити аналіз не тільки мембранної структури, але і внутрішньоклітинних компонентів і надає детальну структурну інформацію про бактерії, віруси та великі клітинні білки комплекси.

Електронна мікроскопія може виявити і збільшити в мільйон разів найдрібніші організми або структури, такі як бактерії, віруси, внутрішньоклітинні компоненти і навіть білки. Візуалізація створюється шляхом бомбардування надтонкого зразка пучком електронів. Двома методами електронної мікроскопії є скануюча електронна мікроскопія (SEM) та трансмісійна електронна мікроскопія (TEM). Зразки заморожених руйнувань регулярно аналізують за допомогою ТЕМ. TEM має кращу роздільну здатність, ніж SEM, і пропонує структурну інформацію до 3 нанометрів реплік.

Розробка та використання електронної мікроскопії замороженого руйнування показали, що мембрани клітинної плазми складаються з ліпідних бішарів та з'ясували, як організовані білки в клітинних мембранах. Заморожена руйнування дає унікальний погляд на внутрішню частину клітинних мембран, оскільки вона розщеплює і розділяє фосфоліпіди мембран на два протилежні та доповнюючі один одного листи або грані. Протягом понад 50 років з часу впровадження першої машини для заморожування руйнувань виготовлення репліки платини все ще залишається єдиним способом отримання структурної інформації про клітинну мембрану. Методика показує, чи плавають конкретні білки, чи вони закріплені в клітинній мембрані, а також чи і як деякі білки агрегуються. Новіший метод - використання антитіл, націлених на конкретні білки - поєднується із замороженим переломом для ідентифікації білків та їх функції в клітинній мембрані.