Microscopia Eletrônica e Ultraestrutura

A microscopia eletrônica utiliza um feixe de elétrons em vez de luz visível para formar imagens de amostras e, como os elétrons têm um comprimento de onda muito menor que a luz, ela resolve detalhes celulares muito abaixo do limite de difração do microscópio óptico. É a técnica que revelou a ultraestrutura celular — a arquitetura fina de organelas e membranas — e permanece como a modalidade de referência para as menores características da célula.

Definition

Microscopia eletrônica é uma forma de microscopia na qual um feixe de elétrons, focado por lentes eletromagnéticas, é usado para formar uma imagem ampliada; aplicada a células, ela resolve a ultraestrutura — a organização interna fina de membranas e organelas abaixo da resolução da microscopia de luz.

Scope

Esta entrada aborda a base da imagem eletro-óptica, a preparação da amostra (fixação, inclusão, secção, coloração com metais pesados) necessária para visualizar células, e os detalhes ultraestruturais que o método revela. Ela trata a microscopia eletrônica como um método de imagem dentro da biologia celular e não como instrução clínica.

Core questions

• Por que um feixe de elétrons resolve mais detalhes do que a luz visível?
• Como as células devem ser fixadas, incluídas e coradas para serem imageadas?
• Quais características ultraestruturais se tornam visíveis apenas por microscopia eletrônica?
• Quais artefatos de preparação podem distorcer a estrutura aparente?

Key concepts

• Imagem por feixe de elétrons
• Resolução abaixo do limite de difração da luz
• Fixação química
• Coloração com metais pesados e densidade eletrônica
• Secção ultrafina
• Modos de transmissão versus varredura
• Criomicroscopia eletrônica de amostras vitrificadas
• Artefatos de preparação

Mechanisms

Como o poder de resolução de um microscópio melhora à medida que o comprimento de onda da radiação iluminante diminui, o comprimento de onda muito curto dos elétrons acelerados permite que o microscópio eletrônico resolva a ultraestrutura em escala nanométrica. As células devem ser tornadas visíveis e estáveis no instrumento: a fixação química preserva a estrutura, com a fixação por aldeído introduzida por Sabatini e colegas oferecendo boa preservação tanto da ultraestrutura quanto da atividade enzimática, enquanto os corantes de metais pesados fornecem a densidade eletrônica que produz contraste. O trabalho de Palade sobre fixação e sobre a estrutura fina mitocondrial exemplifica como uma preparação cuidadosa tornou a arquitetura das organelas interpretável. A criomicroscopia eletrônica, desenvolvida por Dubochet e colegas, vitrifica as amostras para imaginá-las em um estado quase nativo e hidratado, evitando muitos artefatos de coloração e desidratação.

Clinical relevance

A microscopia eletrônica apoia a patologia ultraestrutural diagnóstica — por exemplo, na interpretação de biópsias renais e no estudo de cílios e vírus — e informa a pesquisa sobre mecanismos de doenças. Esta entrada descreve como as imagens ultraestruturais são produzidas e lidas; é de caráter educacional-referencial e não uma base para decisões individuais de diagnóstico ou tratamento.

History

O microscópio eletrônico, desenvolvido na década de 1930, foi aplicado à célula em meados do século e rapidamente transformou a biologia celular. Os estudos de Palade no início da década de 1950 sobre fixação e estrutura mitocondrial estabeleceram como preparar e interpretar amostras celulares, a fixação por aldeído (Sabatini, 1963) melhorou a preservação estrutural e enzimática, e a introdução da criomicroscopia eletrônica (Dubochet, 1988) permitiu posteriormente a imagem de material biológico em um estado vitrificado e quase nativo.

Debates

Quão fielmente uma amostra fixada, corada e seccionada representa a célula viva?

A preparação convencional envolve fixação, desidratação, inclusão e coloração com metais pesados, cada um dos quais pode introduzir artefatos; os criométodos que vitrificam amostras hidratadas foram desenvolvidos em parte para obter imagens da estrutura mais próxima do seu estado nativo.

Key figures

• George Palade
• David Sabatini
• Jacques Dubochet

Seminal works

• palade-1952
• palade-1953
• sabatini-1963
• dubochet-1988

Frequently asked questions

Por que o microscópio eletrônico consegue ver organelas que o microscópio de luz não consegue?

Os elétrons têm um comprimento de onda muito menor que a luz visível, e a resolução melhora à medida que o comprimento de onda diminui, então o microscópio eletrônico resolve a ultraestrutura em escala nanométrica que está abaixo do limite de difração da luz.

Por que as células devem ser especialmente preparadas para microscopia eletrônica?

As amostras devem ser fixadas, incluídas, cortadas em seções ultrafinas e coradas com metais pesados para fornecer estabilidade e contraste no feixe de elétrons; alternativamente, os criométodos vitrificam a amostra para preservar um estado quase nativo e hidratado.