Физическая биохимия - Фрайфелдер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим стержнеобразную структуру, проявляющую свойство двулучепреломления и ориентированную таким образом, что продольная ось находится под углом 45° к скрещенным поляризатору и анализатору. Яркость будет максимальной, если струк* тура состоит из вытянутых параллельных молекул и уложенных стопкой дисков, поскольку в этом случае ось и плоскость дисков перпендикулярны, т. е. находятся под углом 45°. Как же можно различить параллельное («положительное») и перпендикулярное
Поляризованный свет
пайает на обзект с двулучепреломлением
Указанный компонент попадает
в анализатор ( —
который пропускает компонент, параллельный направлению анализатора
Анализатпор
РИС. 2-16.
А — разделение поляризованного света объектом с двулучепреломлением; Б — вид объекта с двулучепреломлением, расположенного вдоль поляризатора, вдоль анализатора и под углом 45° к каждому из них.
(«отрицательное») двулучепреломление? Это делается с помощью компенсатора. Для того чтобы понять принцип действия компенсатора, следует вспомнить, что объект проявляет свойство двулучепреломления в том случае, когда показатель преломления света, поляризованного параллельно оси, отличается от показателя света, поляризованного в перпендикулярном направлении. Для положительного двулучепреломления параллельное направление имеет меньший показатель преломления, поэтому свет в этом направлении движется быстрее, чем в перпендикулярном. Если уравнять скорости параллельного и перпендикулярного компонентов, то общее значение двулучепреломления будет равно нулю, а объект станет невидимым. Рассмотрим эффект помещения между объектом и анализатором тонкого слоя кристалла, обладающего двулучепреломлением (например, слюды или гипса), для которого известно, в каком направлении
свет движется быстро и в каком — медленно. Если направление кристалла, в котором свет распространяется медленно параллельно направлению двулучепреломляющего образца, в котором свет движется быстро, скорости параллельного и перпендикулярного компонентов станут близкими и яркость объекта понизится. Поэтому вращение компенсатора позволяет идентифицировать знак двулучепреломления по положению компенсатора, в котором наблюдается максимальная и минимальная яркость. Ценность этого свойства будет понятна при рассмотрении некоторых примеров, приведенных ниже.
Применение поляризационной
микроскопии в биологии и биохимии
Во многих случаях поляризационная микроскопия дает детальную информацию о молекулярной архитектуре за относительно короткое время. При изучении некоторых видов живых клеток этот метод является единственным, поскольку более точные и сложные методики, описанные в следующих главах, требуют либо высушивания образца (что неприменимо к живой клетке), либо больших объемов.
Пример 2-А. Ориентация молекул. Наблюдаемое в клетках двулучепреломление указывает на присутствие структур, содержащих ориентированные молекулы. Знак двулучепреломления свидетельствует о том, как эти компоненты ориентированы. Например, изучение клеток мышц и хвостовых частей сперматозоидов показало, что они содержат молекулы, расположенные параллельно направлению волокон, причем это было установлено до того, как получили данные об этих структурах с помощью электронного микроскопа.
Аналогичным образом двулучепреломление хлоропластов и палочек сетчатки показало, что они обладают ламеллярным (чешуйчатым) строением из упакованных в стопки дисков. Ориентированные волокна ДНК также имеют дисковую структуру, обусловленную пурин-пиримидиновыми парами оснований.
Измерение двулучепреломления может дать также указание на присутствие смеси двух ориентированных компонентов. В частности, миелиновая оболочка нервных клеток обладает положительным двулучепреломлением и состоит из белков и липидов. Если липиды экстрагировать подходящим растворителем, положительное двулучепреломление увеличивается; отсюда можно сделать вывод, что молекулы липидов расположены почти перпендикулярно к сильно ориентированным белкам.
Пример 2-Б. Наблюдение структур, невидимых при применении других методов. Существуют клеточные структуры, которые
РИС. 2-17.
Деление клетки эндосперма Haemanthus, наблюдаемое в поляризационный (слева) и фазово-контрастный (справа) микроскопы. Одна и та же клетка проходит через различные стадии митоза.
А — метафаза, митотическое веретено видно в поляризационный микроскоп за счет его двулучепреломления, а хромосомы видны в фазовоконтрастный микроскоп; Б — анафаза, митотическое веретено начинает распадаться; В — телофаза, веретено почти исчезло и образуется перегородка, разделяющая клетки; Г — фрагмопласт (ориентирован на поверхности клетки) виден в поляризационный микроскоп, а полностью сформировавшаяся перегородка видна в фазово-контрастный микроскоп. Увеличение на снимках справа в 1,6 раза больше, чем слева. Слева клетка не заполняет освещенный участок, который уменьшают апертурой для исключения проходящего мимо света, понижающего контраст. (Микрофотографии любезно предоставили Роберт Хайнс и Раймонд Циркле.)
