Describimos un protocolo para la preparación de bicapas lipídicas soportadas y su caracterización utilizando microscopía de fuerza atómica y espectroscopía de fuerza.
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Describimos un protocolo para la preparación de bicapas lipídicas soportadas y su caracterización utilizando microscopía de fuerza atómica y espectroscopía de fuerza.
La microscopía de fuerza atómica (AFM) es una técnica de imagen versátil y de alta resolución que permite la visualización de membranas biológicas. Tiene suficiente aumento para examinar subestructuras de membrana e incluso moléculas individuales. AFM puede actuar como una sonda de fuerza para medir las interacciones y las propiedades mecánicas de las membranas. Las bicapas lipídicas soportadas se utilizan convencionalmente como modelos de membrana en estudios de AFM. En este protocolo, demostramos cómo preparar bicapas soportadas y caracterizar su estructura y propiedades mecánicas utilizando AFM. Estos incluyen el espesor de la bicapa y la fuerza de ruptura.
La información proporcionada por la imagen AFM y la espectroscopia de fuerza ayuda a definir las propiedades mecánicas y químicas de las membranas. Estas propiedades desempeñan un papel importante en los procesos celulares, como el mantenimiento de la hemostasia celular del estrés ambiental, la unión de las proteínas de membrana y la estabilización de los complejos proteicos.
Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) genera una imagen de una superficie por la exploración a través de un área de la muestra utilizando un voladizo con una punta muy afilada 1. El movimiento de la voladizo sondea la topología de la superficie de la muestra. AFM ha sido ampliamente aplicado a las moléculas biológicas - incluyendo proteínas, el ADN y las membranas, debido a su versatilidad en el análisis de muestras fijadas en el aire o estado casi nativo en líquido 2-5.
Aparte de su capacidad de imagen de alta resolución en el rango nanométrico, el voladizo AFM actúa como un resorte para sondear fuerzas de interacción (adhesión) y la repulsión y las propiedades mecánicas de la muestra 5,6. Esto se conoce como espectroscopia de fuerza. En este modo, la sonda se acerca primero la muestra y ejerce una fuerza sobre él, entonces se retrae hasta que se pierde el contacto con la muestra (Figura 1A). Las curvas generadas muestran la fuerza como una función de la distancia del voladizo, tanto para la aplicacióncucaracha y retracción. Varias propiedades, incluyendo el módulo elástico para medir la rigidez de un material, y fuerzas de adhesión se pueden derivar.
Bicapas lipídicas soportados son membranas modelo biológicas situadas en la parte superior de un soporte sólido - generalmente mica, vidrio de borosilicato, sílice fundida, o silicio 7 oxidado. Ellos se preparan utilizando diversas técnicas como la deposición de la vesícula, el método Langmuir-Blodgett y spin-coating 8,9. Formación de imágenes AFM se ha utilizado para seguir la formación de estas bicapas soportadas 10, y la sonda diferentes estructuras formadas por membranas de diferentes composiciones 11-15.
Realización de espectroscopia de fuerza en bicapas soportadas resultados en un pico en la curva de enfoque. Este pico indica la fuerza necesaria para perforar la bicapa, y se llama fuerza de avance. El espesor bicapa también se puede medir usando la curva de fuerza 6. La fuerza de avance típico de bicapasrango entre 1-50 nN 6. Estas propiedades dependen de embalaje de lípidos (fase líquida o gel) y la estructura (longitud de la cadena acilo y el grado de insaturación) y alterado por agentes 16-de membrana activa. La teoría detrás de la ruptura ha sido explicada 17 y otros parámetros experimentales tales como suavidad voladizo, radio de la punta y la velocidad de enfoque también afectará la fuerza avance 15,16,18. Espectroscopia de fuerza se ha utilizado para analizar las propiedades de las diferentes fases de lípidos 11,19, cambios en la composición dependiente de 12,20, así como efectos de otras biomoléculas, como los péptidos, sobre la estabilidad de la membrana 21.
La orientación plana de bicapas soportadas es ventajoso para la combinación de AFM con otros métodos tales como resonancia de plasmón superficial 22 y microscopía de fluorescencia 11,19 para caracterizar mejor la estructura y propiedades de las membranas.
Esta detallada proto vídeocol está destinado a preparar a bicapas lipídicas apoyados mediante la deposición de vesículas y analizarlos con AFM y espectroscopia de fuerza. Mientras que las vesículas de varios tamaños se pueden usar para preparar bicapas, este protocolo se centra en pequeñas y grandes vesículas unilamelares. Bicapas soportadas que fase separada en líquido ordenado (L o) y (L d) fases desordenadas líquidos se caracterizaron 11,15. La membrana se compone de di-oleoil-fosfatidilcolina (DOPC), esfingomielina (SM) y el colesterol (Chol) en 2: 2: 1. Esta composición modelos las balsas de lípidos, que se proponen a comportarse como plataformas importantes para el tráfico de proteínas y la clasificación, la señalización celular y otros procesos celulares 23,24.
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1. Preparación de admitidos Bilayers lípidos (SLB) 11,12,21
2. Microscopía de Fuerza Atómica Medidas 11,12
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Bicapas soportadas lípidos compuestos por DOPC: SM: Chol (2: 2: 1) se obtuvieron imágenes de AFM (Figura 2 AC). Debido a la composición lipídica, se observaron SM / Chol-rica o L y DOPC-ricos fases L d. El perfil de la altura de la imagen AFM puede proporcionar información importante sobre la estructura de la membrana. Al observar el perfil de altura, el espesor de la bicapa se puede medir en presencia de defectos en la membrana (Figura 2B), o la diferencia de altu...
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SLBS compuestas de DOPC: SM: Chol (2: 2: 1) se formaron en mica después de la adsorción de vesículas y la ruptura inducida por cloruro de calcio. Esta composición lipídica separa en L d y L o fases. La fase L o se enriquece en la esfingomielina y colesterol, y es menos fluido / más viscoso (Figura 1A) que la fase L 11 d. La separación de L o de la fase L d manifiesta como estructuras circulares elevadas por encima de los alrede...
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Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.
Este trabajo fue apoyado por la Sociedad Max Planck, el Centro Alemán de Investigación Oncológica, la Universidad de Tubinga, y el Bundesministerium für Bildung und Forschung (subvención. No 0312040).
Damos las gracias a Eduard Hermann por ayudarnos a automatizar el análisis de los datos de la curva de la fuerza y el Dr. Jakob Suckale para una lectura cuidadosa de este manuscrito.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1,2-dioleoil-sn-glicero-3-fosfocolina | Avanti Polar Lipids, Inc. | 850375P | Se presenta en forma de polvo liofilizado en viales sellados. Disuelva todo el polvo en cloroformo al abrirlo. Almacene el extra en forma de películas lipídicas secas, en atmósfera inerte, a -20 °C. Visite aquí para obtener más información sobre el almacenamiento y la manipulación. |
| Esfingomielina (Cerebro, Porcino) | Avanti Polar Lipids, Inc. | 860062P | Se presenta en forma de polvo liofilizado en grandes recipientes de plástico sellados. Disuelva la punta de una espátula de polvo en cloroformo al abrir. Almacene el extra en forma de películas lipídicas secas, en atmósfera inerte, a -20 °C. Visita aquí para obtener más información sobre el almacenamiento y la manipulación. |
| Colesterol | Avanti Lípidos Polares, Inc. | 700000P | Se presenta en forma de polvo liofilizado en grandes recipientes de plástico sellados. Disuelva la punta de una espátula de polvo en cloroformo al abrir. Almacene el extra en forma de películas lipídicas secas, en atmósfera inerte, a -20 °C. Visita aquí para obtener más información sobre el almacenamiento y la manipulación. |
| Cloruro de sodio (NaCl), 99,8% | Carl Roth GmbH + Co. KG | 9265.1 | |
| Cloruro de potasio (KCl), 88% | Sigma | P9541 | |
| Hidrogenofosfato de sodio (Na2HPO4), >99% | AppliChem GmbH | A1046 | |
| Dihidrogenofosfato de potasio (KH2PO4), 99% | Carl Roth GmbH + Co. KG | 3904.1 | |
| Cloruro de calcio dihidratado (CaCl2), grado de biología molecular | AppliChem GmbH | A4689 | |
| HEPES, grado de biología molecular | AppliChem GmbH | A3724 | |
| Cubreobjetos de vidrio, 24 x 60 milímetros, 1 mm de espesor | Duran Group | 2355036 | |
| Juego de punzones y troqueles | Precision Brand Products, Inc | 40105 | |
| Adhesivo óptico | Norland Products, Inc. | NOA 88 | Adhesivo líquido que se endurece cuando se cura bajo luz UV de longitud de onda larga. |
| [header] | |||
| Mica bloquea NSC | Mica Exports Ltd. | Se trata de piezas de mica de al menos 1 pulgada cuadrada de área y grosor que van desde 0,006 pulgadas hasta 0,016 pulgadas. Son cortados a un tamaño específico por la empresa para su envío. Los pequeños discos de mica se pueden perforar a partir de los bloques de mica con el juego de punzones y troqueles. Manipule siempre la mica con guantes o pinzas. | |
| Equipo de laboratorio | Barrenador de grasa Chemie AG | Glisseal N | |
| Extrusora de liposomas | Avestin | LiposoFast-Basic | Como alternativa, también se pueden consultar las ofertas de Northern Lipids, Inc. |
| Cinta adhesiva | 3M | Scotch(R) Magic (TM) Cinta 810 (1 pulgada) | |
| Sonicador de baño | Bandelin Sonorex Digitec | DT-31 | Sin calentamiento, Frecuencia: 35 kHz, Potencia máxima ultrasónica: 160 W, Potencia HF: 40 W. (Hoja de datos) |
| Nitruro de silicio AFM Cantilever | Sondas Bruker AFM | DNP-10 | Cada voladizo tiene cuatro puntas y su radio nominal de punta es de 20 nm (con un máximo posible de 60 nm). Según las especificaciones, utilizamos la punta D con una frecuencia de resonancia de 18 kHz y una constante de resorte nominal de 0,06 N/m. |
| AFM | JPK | JPK Nanowizard II montado en Zeiss Axiovert 200 | |
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