Интеркалация е интеркалация на частици като молекули или йони в някои химични съединения като кристални решетки. В биохимията терминът е свързан с интеркалирането на частици между съседни базови двойки ДНК, което може да доведе до решетъчни мутации. Интеркаларни свойства притежава, например, веществото талидомид, което породи скандал с малформации.
Какво е интеркалация?
Интеркалацията е включването на частици като молекули или йони в някои химични съединения като кристални решетки. В химията интеркалацията е интеркалация на молекули, йони или атоми в химични съединения. Структурата на частиците остава по същество постоянна по време на процеса на интеркалация. В неорганичната химия интеркалацията се отнася главно до интеркалация на частици между равнините на кристалната решетка на пластовите кристали. В този контекст, например, интеркалирането на алкален метал в графит поражда нови съединения под формата на интеркалационни комплекси. Интеркалационните съединения на кристалите изискват големи сили на взаимодействие в засегнатите слоеве и минимални между съседните слоеве. В биохимията терминът отново се отнася до ДНК. В процеса някои молекули се вмъкват в двойната спирала на ДНК, като се притискат между двойки съседни бази. Процесът на биохимична интеркалация не е физиологичен процес. Това е патофизиологичен процес, който нарушава репликацията и транскрипцията на ДНК. Интеркалацията е причинно свързана с генетични мутации, които са предимно релевантни в процеса на репликация. Резултатът са малформации на отделни тъкани. Освен мутагенни свойства, се казва, че интеркалацията в биохимичен смисъл има и канцерогенна, т.е. рак-причиняващи, свойства. Съединенията с интеркалативен потенциал включват например цитостатици, които се използват в рак притежава. Посредством интеркалативни вещества се причинява увреждане на ДНК като част от лечението, което води до смърт на тумора.
Функция и задача
При биохимичната интеркалация молекулите в ДНК се вмъкват в двойната спирала на съседни базови двойки и пречат на репликацията и транскрипцията на генетичен материал. В процеса на репликация интеркалацията причинява предимно мутации на рамкиране, известни също като мутации на четящи рамки, смени на четящи рамки или мутации на изместване на кадрите. По този начин интеркалацията води до вмъкване на (3n +1) базови двойки, което изкривява мрежата на иРНК в ДНК. Като следствие, мутирал протеини се образуват, чиято аминокиселинна последователност се променя във всички позиции от позицията на мутацията. Така рано се въвежда стоп кодон, който прекратява протеиновия синтез по отношение на транслацията. Растерните мутации към края на рамката за четене понякога удължават полипептида, защото затрудняват разпознаването на физиологичния стоп кодон. Хората се възползват от процесите на интеркалация предимно чрез цитостатици наркотици използва се за лечение рак. Въпреки медицинския напредък през последните десетилетия, цитостатици, поради техните интеркалативни свойства, все още се считат за понякога най-ефективното лечение за злокачествен рак. Токсичните химични вещества се използват в химиотерапия и нарушават, забавят или предотвратяват клетъчния цикъл на туморните клетки, така че злокачествените клетки вече да не се разпространяват или разпръскват. Увреждането на ДНК, причинено от интеркалация, води до хромозомни аберации или нарушава образуването на вретеновия апарат. По този начин разделянето на целевите клетки се забавя или изключва. Групата на цитостатиците наркотици включва различни вещества с химически много различни структури. Добре известни интеркалативни вещества от този тип са актиномицин, антрациклини или даунорубицин. Човекът също се възползва от принципа на интеркалация във връзка с други наркотици. Например, химиотерапевтичният ефект на антибиотици също се приписва на връзката за интеркалация.
Болести и неразположения
Талидомид съответства на производно на глутаминова киселина, което има депресиращ ефект върху централната нервната система и показва противовъзпалителни ефекти в допълнение към имуносупресивните ефекти. Веществото се счита за интеркалативно, тъй като талидомидът има седативен, насърчаване на съня, противовъзпалително, противотуморно развитие и кръв инхибиращи ефекти върху образуването на съдове, той беше предоставен на почти всяко домакинство като талидомид в края на 1950-те години. Въпреки това, поради своите интеркалативни свойства, поглъщането на веществото през първите три месеца на бременност води до процесите на интеркалация, описани по-горе, които показват драматични ефекти върху ембрионалното развитие. Новородените са родени с тежки малформации на крайниците или вътрешни органи. Поради своите интеркалативни свойства, веществото блокира растежния фактор VEGF, така че образуването на кръв съдове в ембрионалното развитие се инхибира. Тъй като зародиш е особено чувствителен към вредни влияния през първите три месеца от развитието, в допълнение към малформации, аборт може дори да се случи през този период. Освен такива опустошителни последици, интеркалативните вещества са свързани с канцерогенен ефект. Това се отнася например за определени багрила. Те включват етидиев бромид или EtBr, който оцветява нуклеиновата киселина в молекулата генетика. Етидиевият бромид има молекулна формула C21H20BrN3 и се интеркалира между двете ДНК вериги, което води до оцветяване. Тъй като багрилото поглъща UV светлина с дължини на вълните от 254 до 366 nm и излъчва оранжево-червена светлина с дължини на вълните 590 nm, тя е незаменима като оцветяващ агент в молекулярните генетика. Етидиев бромид оцветява ДНК проби, които преди това са били разделени с помощта на агарозен гел. Багрилото се добавя директно към гела. Това води до свързване на багрилото с ДНК, което прави ДНК видима по специфичен начин. Тъй като етидиев бромид е потенциално канцерогенен, подходяща безопасност мерки трябва да се приема по време на употреба, за да се предотврати директен контакт с лигавицата or кожа. Същото се отнася и за всички други интеркалативни вещества с канцерогенни ефекти.
