interkalácia

interkalácia je začlenenie častíc, ako sú molekuly alebo ióny, do určitých chemických zlúčenín, ako sú kryštálové mriežky. V biochémii je tento pojem spojený s interkaláciou častíc medzi susednými pármi báz DNA, čo môže viesť k mriežkovým mutáciám. Napríklad látka talidomid má interkalatívne vlastnosti, ktoré spôsobili škandál s malformáciami.

Čo je interkalácia?

V chémii sa interkaláciou rozumie interkalácia molekúl, iónov alebo atómov v chemických zlúčeninách. Štruktúra častíc zostáva počas procesu skladovania v podstate konštantná. V anorganickej chémii sa interkalácia vzťahuje predovšetkým na interkaláciu častíc medzi rovinami kryštálovej mriežky vo vrstvách kryštálov. V tejto súvislosti je potrebné spomenúť napríklad interkaláciu alkalického kovu v grafite, ktorá vytvára nové zlúčeniny vo forme interkalačných komplexov. Interkalačné zlúčeniny kryštálov vyžadujú veľké interakčné sily v príslušných vrstvách a minimálne sily medzi susednými vrstvami.

V biochémii sa tento termín opäť týka DNA. Počas tohto procesu sa určité molekuly sami vkladajú do dvojitej špirály DNA stláčaním medzi susednými pármi báz.

Proces biochemickej interkalácie nie je fyziologický proces. Je to patofyziologický proces, ktorý narúša replikáciu a transkripciu DNA.

Interkalácia je príčinne spojená s genetickými mutáciami, ktoré sú prevažne relevantné v procese replikácie. Výsledkom sú malformácie jednotlivých tkanív. Okrem mutagénnych vlastností je interkalácia v biochemickom zmysle tiež považovaná za karcinogénnu, t.j. karcinogénnu.

Medzi zlúčeniny s interkalatívnym potenciálom patria napríklad cytostatiká, ktoré sa používajú pri liečbe rakoviny. Pri použití interkalatívnych látok dôjde počas liečby k poškodeniu DNA, ktoré spôsobí odumretie nádoru.

Funkcia a úloha

Počas biochemickej interkalácie sa molekuly v rámci DNA vkladajú do dvojitej špirály susedných párov báz a narušujú replikáciu a transkripciu genetického materiálu. V procese replikácie interkalácia spôsobuje primárne rastrové mutácie, ktoré sú známe aj ako mutácie čítacieho rámca, posuny čítacieho rámca alebo mutácie posunu rámca.

Počas interkalácie sa vkladajú (3n + 1) páry báz, ktoré falšujú mriežku mRNA v DNA. V dôsledku toho vznikajú mutované proteíny, ktorých aminokyselinová sekvencia je zmenená vo všetkých polohách od pozície mutácie. Stop kodón sa zavedie v skorom štádiu, čo ukončí syntézu proteínu z hľadiska translácie. Mutácie skríningu na konci čítacieho rámca niekedy predlžujú polypeptid, pretože sťažujú rozpoznávanie fyziologického stop kodónu.

Ľudia využívajú interkalačné procesy predovšetkým prostredníctvom cytostatík, ktoré sa používajú na liečbu rakoviny. Napriek lekárskemu pokroku v posledných desaťročiach sa cytostatiká stále považujú za najúčinnejšiu metódu liečby malígnej rakoviny kvôli svojim interkalatívnym vlastnostiam. Toxické chemické látky sa používajú pri chemoterapii a narúšajú, spomaľujú alebo zabraňujú bunkovému cyklu nádorových buniek, aby sa malígne bunky už nerozširovali ani šírili.

Poškodenie DNA spôsobené interkaláciou spôsobuje chromozómové aberácie alebo narušuje vývoj vretenového aparátu. Týmto spôsobom je delenie cieľových buniek spomalené alebo vypnuté.

Skupina cytostatík zahŕňa rôzne látky s chemicky veľmi odlišnými štruktúrami. Známe interkalatívne látky tohto typu sú aktinomycín, antracyklíny alebo daunorubicín. Ľudia tiež profitujú zo zásady interkalácie v súvislosti s inými drogami. Napríklad chemoterapeutický účinok antibiotík sa pripisuje interkalačnému spojeniu.

Svoje lieky nájdete tu

Choroby a choroby

Talidomid zodpovedá derivátu kyseliny glutámovej, ktorý má tlmiaci účinok na centrálny nervový systém a okrem imunosupresívneho má tiež protizápalové účinky. Látka sa považuje za interkaláciu.

Pretože talidomid má upokojujúci, podporujúci spánok, zápal, rast tumoru a inhibíciu tvorby krvných ciev, bol na konci 50. rokov 20. storočia k dispozícii takmer každej domácnosti ako Contergan®. Vzhľadom na interkalatívne vlastnosti vedie užívanie látky v prvých troch mesiacoch tehotenstva k vyššie popísaným interkalačným procesom, ktoré majú dramatický vplyv na embryonálny vývoj. Novorodenci sa narodili so závažnými malformáciami končatín alebo vnútorných orgánov.

Vďaka svojim interkalatívnym vlastnostiam látka blokuje rastový faktor VEGF, takže je inhibovaná tvorba krvných ciev v embryonálnom vývoji. Pretože embryo počas prvých troch mesiacov vývoja reaguje obzvlášť citlivo na škodlivé vplyvy, môže sa popri malformáciách počas tohto obdobia dokonca stratiť.

Okrem týchto ničivých následkov sú interkalatívne látky spojené s karcinogénnym, t.j. karcinogénnym účinkom. To sa týka napríklad určitých farbív. Patria sem etídiumbromid alebo EtBr, ktorý v molekulárnej genetike škvrňuje nukleové kyseliny. Ethidiumbromid má empirický vzorec C21H20BrN3 a interkaluje medzi dvoma reťazcami DNA, takže dochádza k zafarbeniu.

Pretože farbivo absorbuje UV svetlo vo vlnových dĺžkach od 254 do 366 nm a emituje oranžovo-červené svetlo s vlnovými dĺžkami 590 nm, je nenahraditeľné ako farbivo v molekulárnej genetike. Ethidiumbromid zafarbí vzorky DNA, ktoré sa predtým oddelili pomocou agarózového gélu. Farbivo sa okamžite pridá do gélu. Týmto spôsobom sa farbivo viaže na DNA, čím zviditeľňuje DNA špecifickým spôsobom. Keďže etídiumbromid je potenciálne karcinogénny, pri jeho používaní je potrebné prijať vhodné bezpečnostné opatrenia, aby sa zabránilo priamemu kontaktu so sliznicami alebo pokožkou. To isté platí pre všetky ostatné interkalatívne látky s karcinogénnymi účinkami.