Interkalácia je interlácia častíc ako napr molekuly alebo ióny na určité chemické zlúčeniny, ako sú napríklad kryštálové mriežky. V biochémii je tento výraz spojený s interkaláciou častíc medzi susednými pármi báz DNA, čo môže viesť k mriežkovým mutáciám. Interkalárne vlastnosti má napríklad látka talidomid, ktorá spôsobila škandál s malformáciami.
Čo je to interkalácia?
Interkalácia je zabudovanie častíc ako napr molekuly alebo ióny na určité chemické zlúčeniny, ako sú napríklad kryštálové mriežky. V chémii je interkalácia interkaláciou molekuly, ióny alebo atómy na chemické zlúčeniny. Štruktúra častíc zostáva v priebehu procesu interkalácie v podstate konštantná. V anorganickej chémii sa interkalácia týka predovšetkým interkalácie častíc medzi rovinami kryštálovej mriežky vrstvených kryštálov. V tejto súvislosti napríklad interkalácia alkalického kovu v grafite vedie k novým zlúčeninám vo forme interkalačných komplexov. Interkalačné zlúčeniny kryštálov vyžadujú veľké interakčné sily v zapojených vrstvách a minimálne medzi susednými vrstvami. V biochémii sa týmto výrazom opäť označuje DNA. V tomto procese sa určité molekuly vložia do dvojitej špirály DNA vložením medzi páry susedných základy. Proces biochemickej interkalácie nie je fyziologický proces. Je to patofyziologický proces, ktorý narúša replikáciu a transkripciu DNA. Interkalácia je kauzálne spojená s genetickými mutáciami, ktoré sú v procese replikácie prevažne relevantné. Výsledkom sú malformácie jednotlivých tkanív. Okrem mutagénnych vlastností sa hovorí, že interkalácia v biochemickom zmysle má aj karcinogénny charakter, tj rakovina-príčinok, vlastnosti. Medzi zlúčeniny s interkalatívnym potenciálom patria napríklad cytostatiká, ktoré sa používajú v rakovina terapie. Pomocou interkalačných látok sa v rámci liečby indukuje poškodenie DNA, ktoré vedie k odumretiu nádoru.
Funkcia a úloha
Pri biochemickej interkalácii sa molekuly v DNA vkladajú do dvojitej špirály susedných párov báz a interferujú s replikáciou a transkripciou genetického materiálu. V procese replikácie interkalácia primárne spôsobuje rámcové mutácie, tiež známe ako mutácie čítania rámca, posuny čítania rámca alebo mutácie rámcového posunu. Interkalácia má teda za následok inzerciu (3n +1) párov báz, čo deformuje mriežku mRNA v DNA. V dôsledku toho zmutované proteíny sú vytvorené, ktorých aminokyselinová sekvencia je zmenená vo všetkých polohách od polohy mutácie. Stopový kodón je teda zavedený skoro, čo ukončuje syntézu proteínov z hľadiska translácie. Rastrové mutácie na konci čítacieho rámca niekedy predlžujú polypeptid, pretože sťažujú rozpoznávanie fyziologického stop kodónu. Ľudia majú z procesov interkalácie úžitok predovšetkým prostredníctvom cytostatiky drogy používané na liečbu rakovina. Napriek lekárskym pokrokom v posledných desaťročiach cytostatiká, sa pre svoje interkalatívne vlastnosti stále považujú za niekedy najefektívnejšiu liečbu malígneho karcinómu. Toxické chemické látky sa používajú v chemoterapie a narušiť, oddialiť alebo zabrániť bunkovému cyklu nádorových buniek, aby sa zhubné bunky už nešírili alebo nerozšírili. Poškodenie DNA spôsobené interkaláciou vedie k chromozomálnym aberáciám alebo k narušeniu tvorby vretenového aparátu. Týmto spôsobom sa delenie cieľových buniek spomalí alebo vypne. Skupina cytostatických drogy zahŕňa rôzne látky s chemicky veľmi odlišnými štruktúrami. Známe interkalatívne látky tohto typu sú aktinomycín, antracyklíny alebo daunorubicín. Človeku prospieva aj zásada interkalácie v spojení s inými drogy. Napríklad chemoterapeutický účinok látky antibiotiká sa tiež pripisuje interkalačnému spojeniu.
Choroby a choroby
Talidomid zodpovedá derivátu kyseliny glutámovej, ktorý má tlmivý účinok na centrálnu časť nervový systém a vykazuje okrem protizápalových účinkov aj protizápalové účinky. Látka sa považuje za interkalatívnu. Pretože talidomid má upokojujúce, spánok podporujúci, protizápalový, protinádorový rast a krv inhibičné účinky na tvorbu ciev, bol koncom 1950. rokov XNUMX. storočia sprístupnený takmer každej domácnosti ako talidomid. Kvôli svojim interkalačným vlastnostiam je však požitie látky počas prvých troch mesiacov roku XNUMX tehotenstva vedie k vyššie popísaným interkalačným procesom, ktoré vykazujú dramatické účinky na embryonálny vývoj. Novorodenci sa narodili s vážnymi malformáciami končatín resp vnútorné orgány. Vďaka svojim interkalačným vlastnostiam látka blokuje rastový faktor VEGF, takže vytvára krv plavidlá v embryonálnom vývoji je inhibovaný. Keďže embryo je obzvlášť citlivá na škodlivé vplyvy počas prvých troch mesiacov vývoja, okrem malformácií, potrat sa môžu počas tohto obdobia dokonca vyskytnúť. Okrem týchto zničujúcich následkov sú interkalatívne látky spojené s karcinogénnym účinkom. Týka sa to napríklad určitých farbivá. Medzi ne patrí etídiumbromid alebo EtBr, ktoré molekulárne farbia nukleovú kyselinu genetika. Ethídiumbromid má molekulárny vzorec C21H20BrN3 a interkaluje medzi dvoma reťazcami DNA, čo vedie k zafarbeniu. Pretože farbivo absorbuje UV svetlo vo vlnových dĺžkach od 254 do 366 nm a vyžaruje oranžovo-červené svetlo s vlnovými dĺžkami 590 nm, je nenahraditeľné ako farbivo v molekulárnych genetika. Ethídiumbromid zafarbí vzorky DNA, ktoré sa predtým separovali pomocou agarózového gélu. Farbivo sa pridá priamo do gélu. To má za následok väzbu farbiva na DNA, vďaka čomu je DNA špecifickým spôsobom viditeľná. Pretože etídiumbromid je potenciálne karcinogénny, je potrebné dodržať príslušné bezpečnostné opatrenia Opatrenia počas používania sa musí užívať, aby sa zabránilo priamemu kontaktu s sliznice or koža. To isté platí pre všetky ostatné interkalatívne látky s karcinogénnymi účinkami.
