Elektron Mikroskobu ve Ultrastrüktür
Elektron mikroskobu, örnekleri görüntülemek için görünür ışık yerine bir elektron demeti kullanmaktadır ve elektronların ışıktan çok daha kısa dalga boyuna sahip olması nedeniyle, optik mikroskobun kırınım sınırının çok altında hücresel ayrıntıları çözümlemektedir. Hücresel ultrastrüktürü — organellerin ve zarların ince mimarisini — ortaya çıkaran tekniktir ve hücrenin en küçük özelliklerinin incelenmesi için referans modalite olmaya devam etmektedir.
Tanım
Elektron mikroskobu, bir mikroskopi türüdür; bu türde, elektromanyetik lensler tarafından odaklanan bir elektron demeti, büyütülmüş bir görüntü oluşturmak için kullanılmaktadır. Hücrelere uygulandığında, ışık mikroskobunun çözünürlüğünün altında kalan zarların ve organellerin ince iç organizasyonu olan ultrastrüktürü çözümlemektedir.
Kapsam
Bu madde, elektron-optik görüntülemenin temelini, hücreleri görüntülemek için gereken örnek hazırlığını (fiksasyon, gömme, kesit alma, ağır metal boyama) ve yöntemin ortaya koyduğu ultrastrüktürel ayrıntıyı ele almaktadır. Elektron mikroskobunu hücre biyolojisi içinde bir görüntüleme yöntemi olarak ele almakta, klinik bir talimat olarak değerlendirmemektedir.
Temel sorular
- Bir elektron demeti neden görünür ışıktan daha fazla ayrıntı çözümler?
- Hücreler görüntülenmek için nasıl fikse edilmeli, gömülmeli ve boyanmalıdır?
- Hangi ultrastrüktürel özellikler sadece elektron mikroskobu ile görünür hale gelmektedir?
- Hangi hazırlık artefaktları görünen yapıyı bozabilmektedir?
Anahtar kavramlar
- Elektron demeti görüntüleme
- Işık kırınım sınırının altında çözünürlük
- Kimyasal fiksasyon
- Ağır metal boyama ve elektron yoğunluğu
- Ultra ince kesit alma
- Transmisyon ve tarama modları
- Vitrifiye örneklerin kriyoelektron mikroskobu
- Hazırlık artefaktları
Mekanizmalar
Bir mikroskobun çözme gücü, aydınlatıcı radyasyonun dalga boyu kısaldıkça arttığı için, hızlandırılmış elektronların çok kısa dalga boyu, elektron mikroskobunun nanometre ölçeğindeki ultrastrüktürü çözümlemesine olanak tanımaktadır. Hücreler, cihazda görünür ve stabil hale getirilmelidir: kimyasal fiksasyon yapıyı korumaktadır; Sabatini ve arkadaşları tarafından tanıtılan aldehit fiksasyonu, hem ultrastrüktürün hem de enzimatik aktivitenin iyi korunmasını sağlamaktadır; ağır metal boyalar ise kontrast oluşturan elektron yoğunluğunu sağlamaktadır. Palade'nin fiksasyon ve mitokondriyal ince yapı üzerine yaptığı çalışmalar, dikkatli hazırlığın organel mimarisini nasıl yorumlanabilir kıldığını örneklemektedir. Dubochet ve arkadaşları tarafından geliştirilen kriyoelektron mikroskobu ise, örnekleri neredeyse doğal, hidrate bir durumda görüntülemek için vitrifiye etmekte ve birçok boyama ve dehidrasyon artefaktını önlemektedir.
Klinik önem
Elektron mikroskobu, tanısal ultrastrüktürel patolojiyi desteklemektedir — örneğin böbrek biyopsisi yorumlamasında ve sillerin ve virüslerin incelenmesinde — ve hastalık mekanizmaları üzerine araştırmalara bilgi sağlamaktadır. Bu madde, ultrastrüktürel görüntülerin nasıl üretildiğini ve okunduğunu açıklamaktadır; referans-eğitim amaçlı olup, bireysel tanı veya tedavi kararları için bir temel oluşturmamaktadır.
Tarihçe
1930'larda geliştirilen elektron mikroskobu, yüzyılın ortalarında hücre üzerinde kullanılmaya başlanmış ve hücre biyolojisini hızla dönüştürmüştür. Palade'nin 1950'lerin başlarındaki fiksasyon ve mitokondriyal yapı üzerine yaptığı çalışmalar, hücresel örneklerin nasıl hazırlanacağını ve yorumlanacağını belirlemiştir; aldehit fiksasyonu (Sabatini, 1963) yapısal ve enzimatik korumayı iyileştirmiştir; ve kriyoelektron mikroskobunun (Dubochet, 1988) tanıtılması, daha sonra biyolojik materyalin vitrifiye edilmiş, neredeyse doğal bir durumda görüntülenmesine olanak tanımıştır.
Tartışmalar
- Fikse edilmiş, boyanmış, kesit alınmış bir örnek, canlı hücreyi ne kadar sadakatle temsil etmektedir?
- Geleneksel hazırlık fiksasyon, dehidrasyon, gömme ve ağır metal boyamayı içermektedir; bunların her biri artefaktlar oluşturabilmektedir. Hidrate örnekleri vitrifiye eden kriyo-yöntemler, yapıyı doğal durumuna daha yakın görüntülemek amacıyla geliştirilmiştir.
Öne çıkan isimler
- George Palade
- David Sabatini
- Jacques Dubochet
İlgili konular
Temel eserler
- palade-1952
- palade-1953
- sabatini-1963
- dubochet-1988
Sıkça sorulan sorular
- Elektron mikroskobu, ışık mikroskobunun göremediği organelleri neden görebilmektedir?
- Elektronlar, görünür ışıktan çok daha kısa bir dalga boyuna sahiptir ve dalga boyu azaldıkça çözünürlük artmaktadır; bu nedenle elektron mikroskobu, ışığın kırınım sınırının altında kalan nanometre ölçeğindeki ultrastrüktürü çözümlemektedir.
- Hücreler neden elektron mikroskobu için özel olarak hazırlanmalıdır?
- Örnekler, elektron demetinde stabilite ve kontrast sağlamak için fikse edilmeli, gömülmeli, ultra ince kesitler halinde kesilmeli ve ağır metallerle boyanmalıdır. Alternatif olarak, kriyo-yöntemler örneği vitrifiye ederek neredeyse doğal, hidrate bir durumu korumaktadır.