Alkylácia charakterizuje prenos alkylovej skupiny z jednej molekuly na druhú. Alkylácie majú mutagénne a karcinogénne účinky, pretože DNA a RNA sú často napadnuté a zmenené alkylačnými látkami. Takzvané alkylačné činidlá sa používajú v medicíne na jednej strane na inhibíciu bunkového rastu ako cytostatiká a na druhej strane sú spúšťačmi rakovina alebo spôsobiť dedičné poškodenie potomstva.
Čo je to alkylácia?
Alkylácia charakterizuje prenos alkylovej skupiny z jednej molekuly na druhú. DNA a RNA sú často napadnuté a zmenené alkylačnými látkami. Určité chemické látky majú vďaka svojej schopnosti vyvolať alkyláciu mutagénne a karcinogénne účinky. Alkylácia zahrnuje prenos alkylových skupín. Špeciálnym prípadom alkylácií je metylácia. Metylová skupina tiež patrí k alkylom. Metylácie však vždy prebiehajú za fyziologických podmienok v tele, zatiaľ čo alkylové skupiny obsahujú viac ako jednu skupinu uhlík atómy sú zvyčajne indukované látkami cudzorodými pre telo. Metylácie DNA sú zodpovedné za epigenetické zmeny. Okrem toho v tele prebieha aj veľa ďalších metylačných reakcií. Pri týchto reakciách sa metylové skupiny prevedú na špecifické funkčné skupiny, ako sú hydroxylové, amino alebo sulfhydrylové skupiny. Pri prenose etylových, propylových alebo dokonca alkylových skupín s vyšším reťazcom je ovplyvnený najmä genetický materiál. Čím viac alkylových skupín sa viaže na DNA, tým častejšie sa reťazce DNA lámu. Ďalej sa môžu navzájom naviazať rôzne vlákna. Nakoniec vždy vyššie alkylácie reťazca viesť k zmene nukleovej kyseliny molekuly. V dôsledku zmien nukleových kyselín je okrem iného inhibovaný rast buniek.
Funkcia a úloha
Z dôvodu inhibičného účinku alkylácií na rast, potenciálnych aplikácií v rakovina liečba sa navrhuje. Aj keď majú alkylačné zlúčeniny karcinogénny účinok, môžu súčasne zastaviť neinhibovaný rast existujúcich látok rakovina bunky. Zničením DNA sa prerušuje rast v proliferujúcich bunkách (deliacich sa bunkách) v takzvaných kontrolných bodoch bunkového cyklu. Bunka pomaly zomiera. To platí pre rakovinové bunky aj pre bunky, ktoré za fyziologických podmienok silne rastú, ako sú imunitné bunky, bunky sliznice, vlasy koreňové bunky a zárodočné bunky. Zatiaľ čo zmeny v DNA sa vyskytujú v každej bunke, účinok a intenzita sú najväčšie v proliferujúcich bunkách. Bunky, ktoré sa delia obzvlášť rýchlo, sú tak ovplyvnené najviac. Toto je základ pre selektívny účinok cytostatika drogy na rakovinové bunky. Z tohto dôvodu sa pri rakovine používa veľa alkylačných cytostatických látok terapie ako súčasť chemoterapie. Pri dlhodobom užívaní týchto látok sa zvyšuje ich škodlivosť, pretože v menšej miere sú geneticky modifikované aj pomalšie rastúce bunky. V špeciálnom prípade metylácie sa vo veľkej miere metyluje aj DNA. Nijaká genetická zmena sa však nekoná. Základná sekvencia zostáva nezmenená. Metylové skupiny sú pripojené iba k cytidínu. Metylované oblasti DNA sú neaktívne, takže tu už nie je možné prečítať genetický kód. To vedie k epigenetickým zmenám v DNA. DNA je tak modifikovaná, ale genetický kód zostáva nedotknutý. V dôsledku epigenetických zmien sa telo mení aj vo forme modifikácií fenotypu. Práve tieto procesy sú zodpovedné za vplyv životného prostredia na formovanie a vyjadrenie charakteristických znakov, ktoré nie sú genotypom úplne determinované. Diferenciácia jednotlivých buniek na rôzne orgány a tkanivá súvisí aj s epigenetickými zmenami. Diferenciácia je spôsobená diferenciálnou aktivitou génov v rôznych typoch buniek.
Choroby a poruchy
Základom chemoterapie je založená na cytostatickom účinku alkylačných látok. Súčasne však závažné vedľajšie účinky chemoterapeutických látok spočívajú aj v ich alkylačných účinkoch. Tieto činidlá uplatňujú svoj terapeutický účinok proti rakovine vďaka svojmu účinku na potlačenie rastu na bunky. Rakovinové bunky rast najrýchlejší. Preto sú ovplyvnené najviac. Rast imunitných buniek, buniek sliznice alebo zárodočných buniek je však tiež narušený. Výsledkom sú dobre známe vedľajšie účinky chemoterapie ktoré sa prejavujú náchylnosťou na infekciu, nevoľnosť, zvracanie, anémia, vypadávanie vlasov, suché sliznice a ďalšie nepríjemné príznaky. Dôležitými cytostatikami na chemoterapiu sú deriváty dusík-posledné zlúčeniny, alkylsulfonáty, nitrózomočoviny a rôzne ďalšie skupiny látok. Všetky majú spoločné to, že majú alkylačný účinok na DNA, ktorá sa pri tomto procese ničí. Pri rakovine sa dajú použiť všetky účinné látky terapie, ale majú zodpovedajúce nepríjemné vedľajšie účinky. Ak príde zdravý človek do styku s týmito látkami, zvyšuje sa jeho riziko vzniku rakoviny. Krátkodobým účinkom týchto látok je zastavenie bunkového delenia a smrť buniek. Môžu tiež postupné zmeny v DNA v pomaly rastúcich bunkách viesť k ich transformácii na rakovinové bunky z dlhodobejšieho hľadiska. Alkylačné chemické zlúčeniny v priemysle a potravinárskom priemysle majú v niektorých prípadoch tiež karcinogénne a mutagénne účinky. Patria sem dimetylsulfát v chemickom priemysle a studený sterilizátory dimetyl dikarbonát a dietyl dikarbonát v potravinárskom priemysle. Môže tiež vykonávať metylácie tela viesť na choroby, ak sa vyskytnú nesprávne. Teda zvýšené alebo znížené gen aktivita je založená na metylácii DNA. Ak je však metylácia chybná, dôjde k rozvoju chorôb. Napríklad nádory sa môžu vyvinúť v dôsledku nesprávnych gen aktivácia. To je pravda, ak regulačné gen pre bunkové delenie je neaktívny. Ale aktivácia génov, ktoré by normálne mali byť neaktívne, môže tiež viesť k degenerácii buniek. V rôznych nádoroch sa našli odlišné metylačné vzorce pre zodpovedajúce zdravé tkanivá. Nezáleží na tom, či je stupeň metylácie príliš silný alebo príliš slabý.
