Intercalation er intercalation av partikler som molekyler eller ioner i visse kjemiske forbindelser som krystallgitter. I biokjemi er begrepet assosiert med interkalering av partikler mellom tilstøtende basepar DNA, noe som kan resultere i gittermutasjoner. Interkalære egenskaper har for eksempel stoffet talidomid, som har skapt en misdannelsesskandale.
Hva er intercalation?
Interkalering er inkorporering av partikler som molekyler eller ioner i visse kjemiske forbindelser som krystallgitter. I kjemi er intercalation intercalation av molekyler, ioner eller atomer til kjemiske forbindelser. Strukturen til partiklene forblir i det vesentlige konstant under interkaleringsprosessen. I uorganisk kjemi refererer interkalering primært til interkalering av partikler mellom krystallgitterplanene av lagdelte krystaller. I denne sammenhengen, for eksempel, gir interkalering av et alkalimetall i grafitt nye forbindelser i form av interkaleringskomplekser. Interkaleringsforbindelser av krystaller krever store interaksjonskrefter i de involverte lagene og minimale mellom tilstøtende lag. I biokjemi refererer begrepet igjen til DNA. I prosessen setter visse molekyler seg inn i den dobbelte helix av DNA ved å klemme seg mellom par av naboene baser. Prosessen med biokjemisk interkalering er ikke en fysiologisk prosess. Det er en patofysiologisk prosess som forstyrrer DNA-replikasjon og transkripsjon. Interkalering er kausalt assosiert med genetiske mutasjoner som overveiende er relevante i replikasjonsprosessen. Misdannelser av individuelle vev er resultatet. I tillegg til mutagene egenskaper, sies det at interkalering i biokjemisk forstand har kreftfremkallende, dvs. kreft-forårsaker, egenskaper. Forbindelser med interkalativt potensiale inkluderer for eksempel cytostatika, som er brukt i kreft terapi. Ved hjelp av interkalative stoffer induseres DNA-skade som en del av behandlingen, noe som får svulsten til å dø.
Funksjon og oppgave
Ved biokjemisk interkalering setter molekyler i DNA seg inn i den dobbelte helixen til tilstøtende basepar og forstyrrer replikasjonen og transkripsjonen av genetisk materiale. I replikasjonsprosessen forårsaker interkalering primært innrammingsmutasjoner, også kjent som leserammemutasjoner, leserammeskift eller rammeskiftmutasjoner. Interkalering resulterer således i innsetting av (3n +1) basepar, som forvrenger rutenettet til mRNA i DNA. Som en konsekvens, mutert proteiner dannes hvis aminosyresekvens er endret i alle posisjoner fra posisjonen til mutasjonen. Dermed innføres et stoppkodon tidlig, som avslutter proteinsyntese når det gjelder oversettelse. Rastermutasjoner mot slutten av leserammen forlenger noen ganger polypeptidet fordi de vanskeliggjør gjenkjenning av det fysiologiske stoppkodonet. Mennesker drar nytte av interkaleringsprosesser primært gjennom cytostatika narkotika brukes til å behandle kreft. Til tross for medisinske fremskritt de siste tiårene, cytostatika, på grunn av deres interkalative egenskaper, regnes fremdeles for å være noen ganger den mest effektive behandlingen for ondartet kreft. De giftige kjemiske stoffene brukes i kjemoterapi og forstyrre, forsinke eller forhindre cellesyklusen til tumorcellene, slik at de ondartede cellene ikke lenger sprer seg eller spres. DNA-skaden forårsaket av interkalering resulterer i kromosomavvik eller forstyrrer dannelsen av spindelapparatet. På denne måten blir delingen av målcellene bremset eller slått av. Gruppen av cytostatika narkotika inneholder forskjellige stoffer med kjemisk veldig forskjellige strukturer. Kjente interkalative stoffer av denne typen er actinomycin, antracykliner eller daunorubicin. Mennesket drar også nytte av prinsippet om intercalation i forbindelse med andre narkotika. For eksempel den kjemoterapeutiske effekten av antibiotika tilskrives også interkalasjonsforbindelsen.
Sykdommer og plager
Talidomid tilsvarer et glutaminsyrederivat som har en deprimerende effekt på sentralen nervesystemet og viser antiinflammatoriske effekter i tillegg til immunsuppressive effekter. Stoffet betraktes som interkalativ. Siden talidomid har beroligende middel, søvnfremmende, betennelsesdempende, antitumorvekst og blod kardannelseshemmende effekter, ble den gjort tilgjengelig for nesten alle husholdninger som talidomid på slutten av 1950-tallet. Imidlertid, på grunn av dets interkalative egenskaper, inntak av stoffet i løpet av de første tre månedene av graviditet fører til interkaleringsprosessene beskrevet ovenfor, som viser dramatiske effekter på embryonal utvikling. De nyfødte ble født med alvorlige misdannelser i lemmer eller Indre organer. På grunn av sine interkalative egenskaper blokkerer stoffet vekstfaktoren VEGF, slik at dannelsen av blod fartøy i embryonal utvikling er hemmet. Siden embryo er spesielt følsom for skadelige påvirkninger i løpet av de første tre månedene av utviklingen, i tillegg til misdannelser, abort kan til og med forekomme i løpet av denne perioden. Bortsett fra slike ødeleggende konsekvenser, er interkalative stoffer forbundet med kreftfremkallende effekt. Dette gjelder for eksempel visse fargestoffer. Disse inkluderer etidiumbromid eller EtBr, som flekker nukleinsyre i molekylær genetikk. Etidiumbromid har molekylformelen C21H20BrN3 og interkalerer mellom de to DNA-strengene, noe som resulterer i farging. Siden fargestoffet absorberer UV-lys i bølgelengder fra 254 til 366 nm og avgir oransjerødt lys med bølgelengder på 590 nm, er det uerstattelig som et fargemiddel i molekylær genetikk. Etidiumbromid flekker DNA-prøver som tidligere har blitt separert ved hjelp av en agarosegel. Fargestoffet tilsettes direkte til gelen. Dette resulterer i binding av fargestoffet til DNA, noe som gjør DNA synlig på en spesifikk måte. Siden etidiumbromid er potensielt kreftfremkallende, passende sikkerhet målinger må tas under bruk for å forhindre direkte kontakt med slimhinne or hud. Det samme gjelder alle andre interkalative stoffer med kreftfremkallende virkning.
