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Lexikon der Biologie: Gefrierätztechnik

Gefrierätztechnik, Gefrierbruchtechnik, Verfahren zur Darstellung der Skulptur von Bruchflächen durch Zellen und Cyto-Membranen in der Durchlicht-Elektronenmikroskopie. Ergänzend zum Durchstrahlungsbild von Schnittpräparaten gibt die Gefrierätztechnik wertvolle Aufschlüsse z.B. über molekulare Muster in Membranen, die im Schnittbild verborgen bleiben. Dazu wird das ohne vorherige Fixierung tiefgefrorene und im Vakuum gefriergetrocknete (Gefriertrocknung) Objekt (ebenfalls im Vakuum) gebrochen oder mit einem Spezial-Mikrotom (Ultramikrotom) angeschnitten (Gefrierschnitte; ä vgl. Abb. 1 ). In beiden Fällen entsteht statt einer glatten Schnittfläche eine unregelmäßige Bruchfläche, die häufig Phasengrenzen (Lipidtropfen, Ober- oder Innenflächen der Bilipidschichten von Cytomembranen) folgt. Im Hochvakuum sublimieren Wassermoleküle von der freien Bruchfläche ab, von Lipidflächen weniger als aus freiliegendem Plasma, so daß sich ein an angeätzte Metallflächen erinnerndes differenziertes Oberflächenrelief bildet: glatte Membranflächen und eingesenkte („geätzte“), körnig erscheinende Plasmaareale. Große Moleküle, etwa Enzymkomplexe einer Membran, treten als deutlich erhabene Strukturen hervor. Das Relief wird nun, gleichfalls im Vakuum, mit einer Schwermetall- (Gold, Platin) und Kohleschicht schräg bedampft (Metallbeschattung, mikroskopische Präparationstechniken). Dabei entsteht eine „schrägbeleuchtete“ Licht-Schatten-Zeichnung. Nach Auftauen läßt man den aufgedampften Metall-Kohlefilm auf Wasser abschwimmen und fängt ihn mit einem Kupfernetzchen auf. Im Durchlicht-Elektronenmikroskop zeigt er ein kontrastreiches Abdruckrelief der Bruchfläche in hoher Auflösung ( ä vgl. Abb. 2 ). Da das Material nicht durch vorherige Fixierung denaturiert (Denaturierung) wurde, ist die Strukturerhaltung biologischer Objekte lebensgetreu und bietet eher eine „Momentaufnahme“ aus der lebenden Zelle, als das bei fixiertem Material der Fall ist. Gefrierätzungen verlangen zu ihrer Deutung aber den steten Vergleich mit dem Schnittpräparat. Die Gefrierätztechnik wurde von H. Moor (ETH Zürich) in die Elektronenmikroskopie eingeführt. Cyanobakterien (Abb.), Gasvakuolen (Abb.).



Gefrierätztechnik

Abb. 1:
1 in Eis eingebettetes, eingefrorenes Objekt; 2 schematische Darstellung des Schneide- bzw. Bruchvorgangs; 3 unterschiedliche Sublimation des Eises an der Bruchoberfläche; 4 Aufdampfen (Schrägbedampfung) eines Metall-Kohle-Films.



Gefrierätztechnik

Abb. 2: Gefrierätzaufnahme eines Bakteriums (Rhodospirillum rubrum)

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