En el sentido más simple, el formaldehído o la formalina reaccionan con los diversos grupos funcionales de macromoléculas biológicas en una forma de reticulación.
Esta es una reacción de dos pasos:
- Los sitios reactivos de las moléculas biológicas forman derivados de mono, dimetilol o hidroxilo metilo.
- La posterior reticulación se produce por la formación de un puente de -CH2-metileno.
El formaldehído puede reaccionar con los siguientes tipos de grupos reactivos:
- Aminas primarias
- Amides
- Grupos hidroxilo alcohólicos
- Grupos sulfhidro
- Anillos aromáticos
Hay varios protocolos disponibles para la fijación química de muestras biológicas por formaldehído, y cada uno de estos protocolos puede exhibir diferentes tipos de anomalías estructurales en la célula. El protocolo correcto debe seleccionarse cuidadosamente para evitar artefactos en la morfología celular y las estructuras moleculares. Ejemplos de algunos de estos artefactos están a continuación:
Efectos sobre la morfología celular:
- La contracción celular o tisular es una ocurrencia común en las muestras fijadas con aldehído, y causa alteraciones en la estructura y localización de los orgánulos, y varias estructuras asociadas al citoesqueleto y a la membrana. La mejor forma de corregir estos artefactos es optimizar el protocolo de fijación según el objetivo final de cada estudio.
- La vesiculación o “formación de ampollas” de las membranas celulares se puede observar en células fijadas con aldehído, y puede ser una consecuencia de una ruptura local del acoplamiento membrana-citoesqueleto debido a niveles más bajos de PIP2 en la membrana plasmática.
La fijación con paraformaldehído (izquierda) indujo ampollas grandes, mientras que la fijación con KMnO4 (derecha) no indujo la formación de ampollas. Fuente de la imagen: la formación de ampollas celulares inducidas por fijación en las células extendidas se correlaciona inversamente con el nivel de fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato en la membrana plasmática
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- La deformación del citoesqueleto puede ser causada por la fijación del aldehído. En particular, los microtúbulos parecían estar “curvados” o doblados en células fijadas con aldehído en comparación con células vivas. Esto sugiere que la colocación subcelular de varios orgánulos y también la topología de la membrana puede verse afectada en las células fijadas con aldehído.
Efectos sobre la composición química celular:
- La lixiviación es un fenómeno común en la fijación célula / tejido, y se refiere a la pérdida de pequeñas moléculas de la célula debido a la permeabilización de la membrana. Los efectos totales de la lixiviación varían con la composición química de los tejidos. Las moléculas que comúnmente se “lixivian” incluyen proteínas, aminoácidos, fosfatos, carbohidratos, iones inorgánicos, ATP, ácidos grasos, lípidos insaturados o productos de oxidación de lípidos, etc.
- Sin embargo, de varios fijadores, se ha encontrado que el formaldehído preserva mejor la integridad celular en comparación con una célula viva.
Efectos sobre los ácidos nucleicos:
- Varios estudios han encontrado que la fijación de formaldehído, si se realiza correctamente, no causa la degradación completa del ADN o ARN, aunque la formación de enlaces cruzados hace que las muestras fijas no sean adecuadas para la detección mediante sondas de ADN o ARN. He discutido esto con más detalle aquí.
Efectos sobre la estructura de la proteína:
- La estructura secundaria de la proteína parece estar “bloqueada” en su lugar por la fijación de formaldehído. Esto se demostró por la ausencia de cambios significativos en los espectros infrarrojos de proteínas fijas.
- Las estructuras terciarias o cuaternarias también están “bloqueadas” por la formación de enlaces cruzados en las proteínas globulares, aunque esto generalmente resulta en la inactivación de las funciones de la proteína.
Fuentes y lecturas adicionales:
- Fundamentos químicos y físicos de la fijación rutinaria de formaldehído
- Alteraciones químicas en el tejido cerebral murino inducidas por la fijación de formaling: implicaciones para la obtención de imágenes bioespectroscópicas y estudios de mapeo de la patogénesis de la enfermedad
- Estudios de efectos de fijación química en líneas de células humanas utilizando microspectroscopía Raman
- Efectos reversibles e irreversibles de la fijación química en las propiedades de RMN de células individuales
- Efectos de la fijación de formaldehído en la estructura secundaria de proteínas: una investigación espectroscópica calorimétrica e infrarroja.
- Fijación de formaldehído
- Comparación directa de métodos comunes de fijación de microtúbulos en embriones de pez cebra
- La formación de ampollas celulares inducidas por fijación en células diseminadas se correlaciona inversamente con el nivel de fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato en la membrana plasmática
- La fijación del aldehído causa la vesiculación de la membrana durante la exocitosis plaquetaria: un estudio de sustitución de la congelación
- Redistribución inducida por fijación de la ARN polimerasa II hiperfosforilada en el núcleo de las células humanas
- Microtúbulos Kinky: flexión y rotura inducida por la fijación in vitro con glutaraldehído y formaldehído
- Immunolabelling artefactos y la necesidad de imágenes de células vivas
- Hipótesis de la influencia de los fijadores en los patrones de cromatina de los núcleos interfásicos, basados en la contracción y retracción de las estructuras nucleares y perinucleares
