Interkalace je interkalace částic, jako je molekuly nebo ionty do určitých chemických sloučenin, jako jsou krystalové mřížky. V biochemii je tento termín spojen s interkalací částic mezi sousedními páry bází DNA, což může vést k mřížkovým mutacím. Interkalární vlastnosti má například látka thalidomid, která způsobila malformační skandál.
Co je to interkalace?
Interkalace je začlenění částic, jako jsou molekuly nebo ionty do určitých chemických sloučenin, jako jsou krystalové mřížky. V chemii je interkalace interkalací molekuly, ionty nebo atomy na chemické sloučeniny. Struktura částic zůstává během procesu interkalace v podstatě konstantní. V anorganické chemii se interkalací rozumí především interkalace částic mezi rovinami krystalové mřížky vrstvených krystalů. V této souvislosti například interkalace alkalického kovu v grafitu vede ke vzniku nových sloučenin ve formě interkalačních komplexů. Interkalační sloučeniny krystalů vyžadují velké interakční síly v příslušných vrstvách a minimální mezi sousedními vrstvami. V biochemii tento termín opět odkazuje na DNA. V tomto procesu se určité molekuly vloží do dvojité šroubovice DNA sendvičováním mezi páry sousedních základy. Proces biochemické interkalace není fyziologický proces. Jedná se o patofyziologický proces, který narušuje replikaci a transkripci DNA. Interkalace je kauzálně spojena s genetickými mutacemi, které jsou převážně relevantní v procesu replikace. Výsledkem jsou malformace jednotlivých tkání. Kromě mutagenních vlastností má interkalace v biochemickém smyslu také karcinogenní účinek, tj rakovina-příčiny, vlastnosti. Mezi sloučeniny s interkalativním potenciálem patří například cytostatika, které se používají v rakovina terapie. Pomocí interkalativních látek je v rámci léčby indukováno poškození DNA, které způsobuje smrt nádoru.
Funkce a úkol
Při biochemické interkalaci se molekuly v DNA vloží do dvojité šroubovice sousedních párů bází a interferují s replikací a transkripcí genetického materiálu. V procesu replikace interkalace primárně způsobuje rámcové mutace, známé také jako mutace čtení rámců, posuny čtení rámců nebo mutace rámcového posunu. Interkalace tedy vede k vložení (3 n +1) párů bází, což narušuje mřížku mRNA v DNA. V důsledku toho zmutováno Proteinů jsou vytvořeny, jejichž aminokyselinová sekvence je změněna ve všech polohách od polohy mutace. Stop kodon je tedy zaveden brzy, což ukončuje syntézu proteinů z hlediska translace. Rastrové mutace ke konci čtecího rámce někdy prodlužují polypeptid, protože ztěžují rozpoznávání fyziologického stop kodonu. Lidé těží z procesů interkalace především prostřednictvím cytostatik drogy používá k léčbě rakovina. Navzdory pokroku medicíny v posledních desetiletích cytostatika, vzhledem ke svým interkalativním vlastnostem, jsou stále považovány za někdy nejúčinnější léčbu maligní rakoviny. Toxické chemické látky se používají v chemoterapie a narušit, zpozdit nebo zabránit buněčnému cyklu nádorových buněk, takže se maligní buňky již nešíří ani nerozptýlí. Poškození DNA způsobené interkalací vede k chromozomálním aberacím nebo narušuje tvorbu vřetenového aparátu. Tímto způsobem se dělení cílových buněk zpomalí nebo vypne. Skupina cytostatik drogy zahrnuje různé látky s chemicky velmi odlišnými strukturami. Známými interkalativními látkami tohoto typu jsou aktinomycin, antracykliny nebo daunorubicin. Člověk také těží z principu interkalace ve spojení s jinými drogy. Například chemoterapeutický účinek antibiotika je také přičítáno interkalačnímu spojení.
Nemoci a nemoci
Thalidomid odpovídá derivátu kyseliny glutamové, který má depresivní účinek na centrální nervový systém a kromě protizánětlivých účinků vykazuje protizánětlivé účinky. Látka je považována za interkalativní, protože thalidomid má sedativní, protizánětlivý, protinádorový růst podporující spánek a krev Na konci padesátých let byl jako thalidomid k dispozici téměř každé domácnosti jako inhibiční účinek na tvorbu cév. Vzhledem ke svým interkalativním vlastnostem však požití látky během prvních tří měsíců roku 1950 těhotenství vede k výše popsaným interkalačním procesům, které vykazují dramatické účinky na embryonální vývoj. Novorozenci se narodili s těžkými malformacemi končetin nebo vnitřní orgány. Díky svým interkalativním vlastnostem látka blokuje růstový faktor VEGF, takže dochází k tvorbě krev plavidla v embryonálním vývoji je inhibována. Protože embryo je obzvláště citlivý na škodlivé vlivy během prvních tří měsíců vývoje, kromě malformací, potrat může dokonce dojít během tohoto období. Kromě těchto ničivých následků jsou interkalační látky spojeny s karcinogenním účinkem. To platí například pro určité barviva. Patří mezi ně ethidiumbromid nebo EtBr, které molekulárně barví nukleovou kyselinu genetika. Ethidiumbromid má molekulární vzorec C21H20BrN3 a interkaluje mezi dvěma řetězci DNA, což vede k barvení. Protože barvivo absorbuje UV světlo ve vlnových délkách od 254 do 366 nm a vyzařuje oranžovo-červené světlo s vlnovými délkami 590 nm, je nenahraditelné jako barvicí činidlo v molekulárních genetika. Ethidiumbromid obarví vzorky DNA, které byly dříve separovány pomocí agarózového gelu. Barvivo se přidá přímo do gelu. To má za následek navázání barviva na DNA, čímž je DNA viditelná specifickým způsobem. Vzhledem k tomu, že ethidiumbromid je potenciálně karcinogenní, je třeba dodržovat příslušnou bezpečnost opatření během používání musí být užíváno, aby se zabránilo přímému kontaktu s sliznice or kůže. Totéž platí pro všechny ostatní interkalativní látky s karcinogenními účinky.
