background image

Medical biology

Lecture 3 

Electron Microscopy

And other cellular techniques 


background image

Transmission Electron 
Microscopy

Types of Electron Microscopy

Scanning Electron Microscopy


background image

Transmission and scanning electron
microscopes

are

based

on

the

interaction of electrons and tissue
components

.

The wavelength in the electron beam is
much

shorter than of light

, allowing a

1000 -fold

increase in resolution

.


background image

Transmission Electron Microscopy (TEM) 

(TEM) is an imaging system that permits resolution

around

3 nm

.This high resolution allows magnifications of

up to

400,000 times

to be viewed with details.

Unfortunately, this level of magnification applies

only to

isolated molecules or particles

.

Very thin tissue sections can be observed with

details at magnifications of up to about

120,000

times.


background image

THE LIGHT MICROSCOPE v THE ELECTRON MICROSCOPE

fluorescent (TV) screen,

photographic film

Human eye (retina), 

photographic film

Focussing 
screen

Vacuum

Air-filled

Interior

Magnets

Glass

Lenses

High voltage (50kV) 

tungsten lamp

Tungsten or quartz 

halogen lamp

Radiation 
source

x400 000

x1500

Maximum 
magnification

3nm

Fine detail

app. 200nm

Maximum 
resolving power

Electrons

app. 4nm

Monochrome

Visible light

760nm (red) 

– 390nm 

Colours

Illumination type

ELECTRON MICROSCOPE

LIGHT MICROSCOPE

FEATURE


background image

background image

The TEM functions on the principle that a beam of

electrons can be

deflected by electromagnetic fields

in a

manner similar to light deflection in glass lenses.

The beam is produced by a cathode at the top of the

instrument and passes down through the chamber in a

vacuum.

Because electrons change their path when submitted to

electromagnetic fields, the beam can be focused by

passing through electric coils which can be considered as

electromagnetic lenses.


background image

The first lens is a

condenser

focusing the beam of

electrons on the specimen section.

Some electrons

interact

with atoms in the section and

their course is

modified

, while others simply cross the

specimen without interacting.

Electrons

passing

through the specimen reach the

objective lens, which forms a focused, magnified image

that is then magnified further through other lenses and

captured on a viewing screen.


background image

The image of the specimen shows areas of

white

,

black

,

and

shades of gray

corresponding to areas through which

electrons readily passed (appearing brighter or electron

lucent) and areas where electrons were

absorbed

or

deflected

(appearing darker or more electron dense).


background image

electron micrograph of a cell from the mouse. G, Golgi apparatus; L, lysosome; M, mitochondrion; N, nucleus; Nu,

nucleolus; RER, rough endoplasmic reticulum; S, secretory granule; arrow, base of Paneth cell


background image

To improve contrast and resolution in TEM, compounds

with

heavy metal ions

(like

osmium tetroxide, lead citrate)

are often added to the fixative or dehydrating solutions used

to

prepare

the

tissue.

This

will

bind

cellular

macromolecules, increasing their electron density and

visibility.


background image

To provide a useful interaction between the specimen and

the electrons, TEM

requires very thin sections (40–90 nm)

;

therefore,

embedding

is performed with a

hard epoxy

and

sectioning

is done with a

glass or diamond knife

.

The extremely thin sections are collected on

small metal

grids

and transferred to the interior of the microscope to be

analyzed.


background image

Scanning Electron Microscopy (SEM) 

(SEM) permits

pseudo–three-dimensional

views of the

surfaces of cells, tissues, and organs.

Like the TEM this microscope produces and focuses a very

narrow beam of electrons, but in this instrument the beam

does not pass through the specimen.

Instead the surface of the specimen is first dried and

coated

with a very thin layer of

metal

atoms through which

electrons

do not pass

readily.


background image

When the beam is scanned from point to point across

the specimen it interacts with the metal atoms and

produces

reflected

electrons or

secondary

electrons

emitted from the metal.

These are captured by a detector and the resulting signal

is processed to produce a

black-and-white

image on a

monitor.


background image

SEM images are usually easily understood, because they

present a

3D view

that appears to be illuminated from

above

, in the same way that large objects are seen with

highlights and shadows caused by light from above.


background image

Autoradiography


background image

Autoradiography

Is a method of

localizing

newly synthesized

macromolecules

(DNA, RNA, protein, glycoproteins, and polysaccharides) in

cells or tissue sections.

Radioactively

labeled

metabolites

(nucleotides, amino acids,

sugars)

incorporated

into the macromolecules

emit

weak

radiation

that is

restricted

to the cellular regions where the

molecules are

located


background image

1-

Incorporation

of Radioactively labeled metabolites into

the macromolecules

2-

Coating

of radiolabeled cells or mounted tissue sections

with photographic emulsion in a darkroom

3-

Development

of the slides photographically after an

adequate exposure time

silver bromide crystals reduced by the radiation to small

black grains of metallic silver,

indicating locations of

radiolabeled macromolecules in the tissue

Steps of Autoradiography


background image

Autoradiography:

(a): Black "silver grains" are visible over regions with secretory granules and 

the duct indicating glycoprotein locations. X1500. 

(b): The same tissue prepared for TEM autoradiography shows silver grains 

with a coiled or amorphous appearance again localized mainly over the 

granules (G) and in the gland lumen (L). X7500.


background image

If a

radioactive amino acid

is used, it is possible to know

which cells in a tissue produce more

protein

and which cells

produce less,

If a

radioactive precursor of DNA

(such as tritium-labeled

thymidine) is used, it is possible to know which cells in a

tissue (and how many) are preparing to divide


background image

Histochemistry & Cytochemistry

The terms histochemistry and cytochemistry indicate

methods for

localizing cellular structures

in tissue sections using

unique

enzymatic activity

present in those structures.

To preserve these enzymes histochemical procedures are usually

applied to

unfixed or mildly fixed tissue

, often sectioned on a

cryostat

to avoid adverse effects of heat and paraffin on enzymatic

activity


background image

Enzyme histochemistry steps:

(1) Tissue sections are

immersed in a solution that contains the substrate

of the enzyme to be localized;

(2) The enzyme is

allowed to act on its substrate

;

(3) At this stage or later, the section is put in contact with

a marker

compound

;

(4) This compound

reacts with a molecule produced by enzymatic action

on the substrate

(the product)

(5) The final reaction product, which must be

insoluble

and which is

visible

by light or electron microscopy only if it is

colored

or

electron-

dense

,

precipitates

over the site that contains the enzyme. When

examining such a section in the microscope, one can see the cell regions

(or organelles) covered with a colored or electron-dense material.


background image

Example:

Detection of

Peroxidase enzyme

sections of adequately fixed

tissue are incubated in a solution containing

hydrogen peroxide

and

3,3'-diamino-azobenzidine (DAB).

The latter compound is

oxidized in the presence of peroxidase, resulting in an insoluble,

brown, electron-dense precipitate that permits the localization of

peroxidase activity by light and electron microscopy.

H

2

O

2

3,3'-diamino-

azobenzidine (DAB)

H

2

O

+

Oxidized 

(DAB)

(insoluble, brown, 

electron-dense precipitate 

)

Peroxidase


background image

Immunocytochemistry

A highly specific interaction between molecules is that

between an antigen and its antibody. For this reason,

methods using labeled antibodies are extremely useful

in identifying and localizing specific proteins and

glycoproteins

.


background image

This procedure is done as following:

1-

isolation

and

purification

of the target protein.

2-

injection

of this protein into different animal or

different species.

3- the protein will induce immune response (

production

of

antibody against that protein) .

4- these antibody are

isolated

and

purified

5- the antibodies are

labeled

with fluorescent dyes and allow to react with the

protein wanted to be detected in the histological section.

6- finally, The site that contain the protein will

appear

fluorescent (brilliant) over

dark background.


background image

(a) A single cultured cell stained fluorescently to reveal a
meshwork of intermediate filaments (green) throughout
the cytoplasm.


background image

THANK YOU




رفعت المحاضرة من قبل: علي الشبري
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 83 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل