intercalation

De intercalation er inkorporering av partikler slik som molekyler eller ioner i visse kjemiske forbindelser som krystallgitter. I biokjemi er begrepet assosiert med innkalking av partikler mellom nabobaseparene av DNA, noe som kan resultere i gittermutasjoner. Stoffet talidomid har for eksempel interkalative egenskaper, noe som forårsaket en misdannelsesskandale.

Hva er interkalasjonen?

I kjemi forstås interkalkering som interkalkering av molekyler, ioner eller atomer i kjemiske forbindelser. Strukturen til partiklene forblir i det vesentlige konstant under lagringsprosessen. I uorganisk kjemi refererer interkalkasjonen først og fremst til innkalking av partikler mellom krystallgitterplanene til lagkrystallene. I denne sammenheng bør for eksempel innkalking av et alkalimetall i grafitt nevnes, noe som skaper nye forbindelser i form av interkaleringskomplekser. Interkalasjonsforbindelser av krystaller krever store interaksjonskrefter i lagene som er involvert og minimale krefter mellom tilstøtende lag.

I biokjemi refererer begrepet igjen til DNA. Under prosessen setter visse molekyler seg inn i den doble heliksen av DNA ved å klemme mellom nabobasepar.

Prosessen med biokjemisk interkalkering er ikke en fysiologisk prosess. Det er en patofysiologisk prosess som forstyrrer replikasjonen og transkripsjonen av DNA.

Interkalasjonen er årsakssammenheng med genetiske mutasjoner som hovedsakelig er relevante i replikasjonsprosessen. Resultatet er misdannelser i individuelle vev. I tillegg til de mutagene egenskapene, sies interkalking i biokjemisk forstand også å være kreftfremkallende, dvs. kreftfremkallende.

Forbindelsene med interkalativ potensiale inkluderer for eksempel cytostatika som brukes i kreftbehandling. Ved bruk av interkalative stoffer er skade på DNA forårsaket under behandlingen, noe som får svulsten til å dø.

Funksjon & oppgave

Under biokjemisk innkalking setter molekyler i DNA seg i dobbelt helixen av nabobaseparene og forstyrrer replikasjonen og transkripsjonen av arvestoffet. I replikasjonsprosessen forårsaker interkalkering primært rastermutasjoner, som også er kjent som leserammemutasjoner, leserammeskift eller rammeskiftmutasjoner.

Under interkalering blir (3n + 1) basepar satt inn, noe som forfalsker mRNA-rutenettet i DNA. Som en konsekvens dannes det muterte proteiner hvis aminosyresekvens blir endret i alle posisjoner fra mutasjonens stilling. Et stoppkodon introduseres på et tidlig stadium, som avslutter proteinsyntese når det gjelder translasjon. Skjermmutasjoner mot slutten av leserammen forlenger noen ganger polypeptidet fordi de gjør det vanskelig å gjenkjenne det fysiologiske stoppkodonet.

Mennesker drar fordel av interkalkingsprosesser primært gjennom cytostatika som brukes til kreftbehandling. Til tross for den medisinske utviklingen de siste tiårene, er cytostatika fortsatt ansett for å være den mest effektive behandlingsmetoden for ondartet kreft på grunn av deres interkalative egenskaper. De giftige kjemiske stoffene brukes i cellegift og forstyrrer, forsinker eller forhindrer svulstcellens cellesyklus slik at de ondartede cellene ikke lenger sprer seg eller sprer seg.

DNA-skaden forårsaket av intercalation forårsaker kromosomavvik eller forstyrrer utviklingen av spindelapparatet. På denne måten blir delingen av målcellene bremset eller slått av.

Gruppen cytostatika inkluderer forskjellige stoffer med kjemisk veldig forskjellige strukturer. Kjente interkalative stoffer av denne typen er actinomycin, antracykliner eller daunorubicin. Mennesker drar også fordel av interkalksjonsprinsippet i forbindelse med andre medisiner. For eksempel tilskrives den kjemoterapeutiske effekten av antibiotika til interkalasjonsforbindelsen.

Du finner medisinene dine her

Sykdommer og plager

Thalidomid tilsvarer et glutaminsyrederivat som har en dempende effekt på sentralnervesystemet og i tillegg til immunsuppressivt, også har antiinflammatoriske effekter. Stoffet anses å være interkalativt.

Siden talidomid har en beroligende, søvnfremmende, inflammatorisk, tumorvekst og dannelse av blodkardannelse, ble det gjort tilgjengelig for nesten alle husholdninger som Contergan® på slutten av 1950-tallet. På grunn av dets interkalative egenskaper fører det å ta stoffet i de første tre månedene av svangerskapet til interkalasjonsprosessene beskrevet ovenfor, som har dramatiske effekter på embryonal utvikling. De nyfødte ble født med alvorlige misdannelser i lemmer eller indre organer.

På grunn av dets interkalative egenskaper blokkerer stoffet vekstfaktoren VEGF, slik at dannelsen av blodkar i embryonal utvikling hemmes. Siden embryoet reagerer spesielt følsomt på skadelige påvirkninger de tre første månedene av utviklingen, i tillegg til misdannelsene, kan det til og med føre til tap i løpet av denne tiden.

Bortsett fra slike ødeleggende konsekvenser, er interkalative stoffer assosiert med en kreftfremkallende, dvs. kreftfremkallende effekt. Dette gjelder for eksempel visse fargestoffer. Disse inkluderer etidiumbromid eller EtBr, som i molekylær genetikk farger nukleinsyrer. Etidiumbromid har den empiriske formelen C21H20BrN3 og interkalerer mellom de to DNA-strengene, slik at farging oppstår.

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 fargestoff i molekylær genetikk. Etidiumbromid farger DNA-prøver som tidligere har blitt separert ved bruk av en agarosegel. Fargestoffet tilsettes gelen umiddelbart. På denne måten binder fargestoffet seg til DNAet, noe som gjør DNA synlig på en spesifikk måte. Siden etidiumbromid potensielt er kreftfremkallende, må det tas passende sikkerhetstiltak når du bruker det for å forhindre direkte kontakt med slimhinner eller hud. Det samme gjelder alle andre interkalative stoffer med kreftfremkallende effekter.