אנו מתארים פרוטוקול להכנת שכבות דו-שכבתיות ליפידים נתמכות ואפיונו באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי וספקטרוסקופיית כוח.
Method Article
אנו מתארים פרוטוקול להכנת שכבות דו-שכבתיות ליפידים נתמכות ואפיונו באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי וספקטרוסקופיית כוח.
מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) היא טכניקת הדמיה רב-תכליתית ברזולוציה גבוהה המאפשרת הדמיה של ממברנות ביולוגיות. יש לו הגדלה מספקת כדי לבחון תשתיות ממברנה ואפילו מולקולות בודדות. AFM יכול לשמש כבדיקת כוח למדידת אינטראקציות ותכונות מכניות של ממברנות. שכבות דו-שכבתיות נתמכות של שומנים משמשות בדרך כלל כמודלים של ממברנות במחקרי AFM. בפרוטוקול זה, אנו מדגימים כיצד להכין שכבות דו-שכבתיות נתמכות ולאפיין את המבנה והתכונות המכניות שלהן באמצעות AFM. אלה כוללים עובי דו-שכבתי וכוח פריצת דרך.
המידע המסופק על ידי הדמיית AFM וספקטרוסקופיית כוח מסייע בהגדרת תכונות מכניות וכימיות של ממברנות. תכונות אלו ממלאות תפקיד חשוב בתהליכים תאיים כגון שמירה על המוסטזיס של התאים מפני לחץ סביבתי, חיבור חלבוני ממברנה וייצוב קומפלקסים של חלבונים.
מיקרוסקופית כוח אטומי (AFM) מייצר תמונה של פני השטח על ידי סריקה על פני שטח של המדגם באמצעות שלוחה עם קצה חד מאוד 1. התנועה של שלוחה חוקרת את הטופולוגיה של מדגם המשטח. AFM כבר מיושם באופן נרחב למולקולות ביולוגיות - כוללים חלבונים, DNA, וקרומים, בשל צדדיות שלה בניתוח דגימות קבועות באוויר או מצב כמעט טבעי בנוזל 2-5.
מלבד יכולת ההדמיה ברזולוציה הגבוהה שלה בטווח ננומטר, שלוחה AFM פועלת כקפיץ לחקור כוחות אינטראקציה (הידבקות ודחייה) ותכונות מכאניות של המדגם 5,6. התופעה זו ידועה בכח ספקטרוסקופיה. במצב זה, החללית מתקרבת ראשונה המדגם ומפעילה כוח על זה, ואז הוא חזר עד שהוא מאבד קשר עם המדגם (איור 1 א). עקומות שנוצרו להראות כוח כפונקציה של מרחק של שלוחה לשתי האפליקציהמקק והכחשה. מספר נכסים כוללים מודולוס האלסטיות למדוד את הנוקשות של חומר, וניתן לגזור כוחות ההידבקות.
bilayers שומנים הנתמכים הם קרומים ביולוגיים מודל שוכבים על גבי תמיכה מוצקה - בדרך כלל נציץ,, סיליקה הזכוכית בורוסיליקט התמזגה, או חמצון סיליקון 7. הם מוכנים תוך שימוש בטכניקות שונות כמו בתצהיר שלפוחית, שיטת אנגמיור-באגט וספין-ציפוי 8,9. ההדמיה AFM נעשתה שימוש כדי לעקוב אחר היווצרות bilayers הנתמכות הבאות 10, ולחקור מבנים שונים שהוקמו על ידי קרומים של קומפוזיציות שונות 11-15.
ביצוע כוח ספקטרוסקופיה על תוצאות bilayers נתמכות בשיא בעקומת הגישה. שיא זה מצביע על הכוח הדרוש כדי לחדור את bilayer, והוא נקרא כוח פריצת דרך. עובי bilayer גם ניתן למדוד באמצעות כוח העקומה 6. כוח הפריצה האופייני של bilayersטווח שבין 1-50 ננ 6. מאפיינים אלה תלויים באריזת שומנים (שלב נוזלי או ג'ל) ומבנה (אורך שרשרת acyl ומידת unsaturation) ושונה על ידי סוכני קרום פעיל 16. התאוריה מאחורי הקרע הוסברה 17 ופרמטרים ניסיוניים אחרים כגון רכות שלוחה, רדיוס קצה ומהירות גישה משפיעים גם על כוח פריצת הדרך 15,16,18. ספקטרוסקופיה הכוח נעשתה שימוש כדי לנתח את התכונות של שלבים שונים שומנים 11,19, שינויי הרכב תלוי 12,20, כמו גם השפעות של מולקולות ביולוגיות אחרות, כמו פפטידים, ביציבות של הקרום 21.
הנטייה השטוחה של bilayers נתמכת היא יתרון עבור שילוב AFM עם שיטות אחרות כגון מיקרוסקופיה תהודת 22 וקרינת המשטח plasmon 11,19 לאפיין מבנה ותכונות של ממברנות טובות יותר.
פרוטו וידאו מפורט זהcol נועד להכין bilayers שומנים נתמכים באמצעות תצהיר שלפוחית ולנתח אותם עם AFM והכח ספקטרוסקופיה. בעוד שלפוחית בגדלים שונים ניתן להשתמש כדי להכין bilayers, פרוטוקול זה מתמקד בשלפוחית unilamellar קטנה וגדולה. bilayers נתמכת ששלב להפריד לנוזל הורה (o L) ושלבים נוזליים סדר (ד L) התאפיינה 11,15. הקרום מורכב מdi-oleoyl-phosphatidylcholine (dOPC), sphingomyelin (SM), וכולסטרול (חול) בשעה 2: יחס 1: 2. דגמי הרכב זה רפסודות השומנים בדם, אשר הציעו להתנהג כפלטפורמות חשובות לסחר בחלבון ומיון, איתות תא ותהליכים תאיים אחרים 23,24.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. הכנת bilayers שומנים הנתמכים (SLB) 11,12,21
2. מדידות מיקרוסקופית כוח אטומי 11,12
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
bilayers נתמכת שומנים מורכבים מdOPC: SM: חול (2: 2: 1) היו צילם בAFM (איור 2 AC). בגלל הרכב השומנים בדם, o L SM / חול עשירה ושלבי ד L dOPC העשירים נצפו. פרופיל הגובה מהדמית AFM יכול לספק מידע חשוב על מבנה הקרום. על ידי הסתכלות על פרופיל הגובה, עובי bilayer ניתן למדוד בנוכחות של פגמים בקרום (איור 2), או ההבדל בגובה בין שלבי ד L / o L ניתן לספק. בנוסף, AFM מאפשר לאזורים ספציפיים בחרו מייצגים שלבים אלה ולנת...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
SLBs המורכב מdOPC: SM: חול (2: 2: 1) נוצרו על נציץ לאחר ספיחת שלפוחית וקרע שנגרם על ידי סידן כלורי. הרכב שומנים בדם זה מופרד לשלבי ד L וo L. שלב o L מועשר בsphingomyelin וכולסטרול, והוא / (איור 1 א) נוזל צמיג פחות יותר מאשר שלב ד L 11. הפרדת o L משלב ד L באה לידי מבנים עגולים כמוגבהים מעל סביבתו (איור 1, ג). הפלטפורמות הן שלבי o L מוקפים שלבי ד L. ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
עבודה זו נתמכה על ידי אגודת מקס פלנק, המרכז הגרמני לחקר הסרטן, אוניברסיטת טובינגן, וBundesministerium für Bildung und Forschung (מענק לא. 0,312,040).
אנו מודים אדוארד הרמן שעזרו לנו להפוך את ניתוח נתוני כוח עקומת וד"ר יעקב Suckale לקריאה זהירה של כתב היד הזה.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine | Avanti Polar Lipids, Inc. | 850375P | מגיע כאבקה ליופילית בבקבוקונים אטומים. יש להמיס את כל האבקה בכלורופורם עם הפתיחה. אחסן עודף כסרטי ליפידים מיובשים, באטמוספירה אינרטית, ב-20 °C. בקר כאן למידע נוסף על אחסון וטיפול. |
| ספינגומיאלין (מוח, חזיר) | Avanti Polar Lipids, Inc. | 860062P | מגיע כאבקה ליופילית במיכלי פלסטיק אטומים גדולים. יש להמיס נקודת מרית של אבקת אבקה בכלורופורם עם הפתיחה. אחסן עודף כסרטי ליפידים מיובשים, באטמוספירה אינרטית, ב-20 °C. בקר כאן למידע נוסף על אחסון וטיפול. |
| כולסטרול | Avanti Polar Lipids, Inc. | 700000P | מגיע כאבקה ליופילית במיכלי פלסטיק אטומים גדולים. יש להמיס נקודת מרית של אבקת אבקה בכלורופורם עם הפתיחה. אחסן עודף כסרטי ליפידים מיובשים, באטמוספירה אינרטית, ב-20 °C. בקר כאן למידע נוסף על אחסון וטיפול. |
| נתרן כלורי (NaCl), 99.8% | Carl Roth GmbH + Co. KG | 9265.1 | |
| אשלגן כלורי (KCl), 88% | Sigma | P9541 | |
| נתרן מימן פוספט (Na2HPO4), >99% | AppliChem GmbH | A1046 | |
| אשלגן דיהידרוגנפוספט (KH2PO4), 99% | Carl Roth GmbH + Co. | KG 3904.1 | |
| סידן כלוריד דיהידרט (CaCl2), בדרגת ביולוגיה מולקולרית | AppliChem GmbH | A4689 | |
| HEPES, כיסוי זכוכית בדרגת ביולוגיה מולקולרית | AppliChem GmbH | A3724 | |
| , 24 x 60 מ"מ, 1 עובי מ"מ | Duran Group | 2355036 | |
| Punch and Die Set | Precision Brand Products, Inc | 40105 | |
| דבק אופטי | Norland Products, Inc. | NOA 88 | דבק נוזלי המתקשה בעת ריפוי באור UV באורך גל ארוך. |
| [header] | |||
| מיקה חוסם את | NSC Mica Exports Ltd. | מדובר בחתיכות נציץ בשטח ובעובי של לפחות 1 אינץ' רבוע הנעים בין 0.006 אינץ' ל-0.016 אינץ'. הם נחתכים לגודל ספציפי על ידי החברה למשלוח. ניתן לנקב דיסקיות נציץ קטנות מגושי הנציץ באמצעות ערכת האגרוף והקוביות. טפל תמיד בנציץ עם כפפות או פינצטה. | |
| ציוד מעבדה גריז | בורר Chemie AG | Glisseal N | |
| מכבש ליפוזום | Avestin | LiposoFast-Basic | כחלופה אפשר גם להסתכל על הצעות של Northern Lipids, Inc. |
| סרט דבק | 3M | סקוטש (R) קסם (TM) קלטת 810 (1 אינץ') | |
| סוניקטור אמבטיה | Bandelin Sonorex Digitec | DT-31 | ללא חימום, תדר: 35 קילו-הרץ, תפוקת שיא אולטרסאונד: 160 W, הספק HF: 40 W. (גיליון נתונים) |
| סיליקון ניטריד AFM Cantilever | Bruker AFM Probes | DNP-10 | לכל שלוחה יש ארבעה קצוות ורדיוס הקצה הנומינלי שלהם הוא 20 ננומטר (עם מקסימום אפשרי ב-60 ננומטר). בהתבסס על המפרט, אנו משתמשים בקצה D עם תדר תהודה של 18 kHz, וקבוע קפיץ נומינלי של 0.06 N/m. |
| AFM | JPK | JPK Nanowizard II מותקן על Zeiss Axiovert 200 | |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission