Az interkaláció olyan részecskék interkalációja, mint pl molekulák vagy ionokat bizonyos kémiai vegyületekké, például kristályrácsokká. A biokémiában a kifejezés a szomszédos DNS-bázispárok közötti részecskék interkalációjához kapcsolódik, ami rácsmutációkat eredményezhet. Az interkaláris tulajdonságokkal rendelkezik például a talidomid anyag, amely malformációs botrányt váltott ki.
Mi az interkaláció?
Az interkaláció olyan részecskék beépítése, mint pl molekulák vagy ionokat bizonyos kémiai vegyületekké, például kristályrácsokká. A kémia területén az interkaláció a molekulák, ionok vagy atomok kémiai vegyületekké. Az interkalációs folyamat során a részecskék szerkezete lényegében állandó marad. A szervetlen kémia területén az interkaláció elsősorban a rétegzett kristályok rácssíkjai közötti részecskék interkalációjára utal. Ebben az összefüggésben például egy alkálifém grafitban történő interkalációja új vegyületeket eredményez interkalációs komplexek formájában. A kristályok interkalációs vegyületei nagy kölcsönhatási erőket igényelnek az érintett rétegekben, és minimális erőt igényelnek a szomszédos rétegek között. A biokémiában a kifejezés ismét a DNS-re utal. Ennek során bizonyos molekulák úgy helyezkednek el a DNS kettős spiráljában, hogy a szomszédos párok közé szorulnak bázisok. A biokémiai interkaláció folyamata nem fiziológiai folyamat. Ez egy patofiziológiai folyamat, amely megzavarja a DNS replikációt és transzkripciót. Az interkaláció oksági összefüggésben van a genetikai mutációkkal, amelyek túlnyomórészt relevánsak a replikációs folyamatban. Ennek eredménye az egyes szövetek rendellenességei. A mutagén tulajdonságok mellett a biokémiai értelemben vett interkalációról azt is mondják, hogy rákkeltő, azaz rákokozó, tulajdonságok. Az interkalatív potenciállal rendelkező vegyületek közé tartoznak például citosztatikumok, amelyeket a rák terápia. Interkalatív anyagok révén a kezelés részeként a DNS károsodását idézik elő, ami a daganat halálát okozza.
Funkció és feladat
Biokémiai interkaláció során a DNS-ben lévő molekulák beilleszkednek a szomszédos bázispárok kettős spiráljába, és zavarják a genetikai anyag replikációját és transzkripcióját. A replikációs folyamatban az interkaláció elsősorban keretezési mutációkat okoz, más néven olvasási keretmutációkat, olvasási kereteltolásokat vagy frame-shift mutációkat. Az interkaláció így (3n +1) bázispárok inszercióját eredményezi, ami torzítja az mRNS rácsát a DNS-ben. Ennek következtében mutálódott fehérjék képződnek, amelyek aminosav-szekvenciája a mutáció helyzetétől minden helyzetben megváltozik. Így korán bevezetnek egy stop kodont, amely a transzláció szempontjából befejezi a fehérjeszintézist. Az olvasási keret vége felé eső raszter mutációk néha megnyújtják a polipeptidet, mert megnehezítik a fiziológiai stop kodon felismerését. Az emberek elsősorban az interkaláció folyamataiban részesülnek előnyben citosztatikus úton szerek kezelésre használták rák. Az elmúlt évtizedek orvosi fejlődésének ellenére citosztatikumokinterkalatív tulajdonságaik miatt még mindig a malignus rák esetenként leghatékonyabb kezelésének tekintik. A mérgező kémiai anyagokat a kemoterápiás kezelés és megzavarja, késlelteti vagy megakadályozza a tumorsejtek sejtciklusát, így a rosszindulatú sejtek már nem terjednek vagy oszlanak el. Az interkaláció okozta DNS-károsodás kromoszóma-rendellenességeket eredményez, vagy megzavarja az orsó készülék kialakulását. Ily módon a célsejtek osztódása lelassul vagy kikapcsol. A citosztatikus csoport szerek magában foglal különféle, kémiailag nagyon különböző szerkezetű anyagokat. Az ilyen típusú közismert interkalatív anyagok az aktinomicin, antraciklinek vagy daunorubicin. Az ember is élvezi az interkaláció elvét másokkal kapcsolatban szerek. Például a kemoterápiás hatása antibiotikumok az interkalációs kapcsolatnak is tulajdonítják.
Betegségek és betegségek
A talidomid egy olyan glutaminsav-származéknak felel meg, amely depresszív hatást gyakorol a centrumra idegrendszer és az immunszuppresszív hatások mellett gyulladáscsökkentő hatásokat mutat. Az anyag interkalatívnak tekinthető. Mivel a talidomid rendelkezik nyugtató, alvást elősegítő, gyulladáscsökkentő, daganatellenes növekedés és vér az érképződés gátló hatása, az 1950-es évek végén szinte minden háztartás számára elérhetővé tették talidomidként. Interkalatív tulajdonságai miatt azonban az anyag lenyelése az első három hónapban terhesség a fent leírt interkalációs folyamatokhoz vezet, amelyek drámai hatást mutatnak az embrionális fejlődésre. Az újszülöttek a végtagok súlyos rendellenességeivel, ill belső szervek. Interkalatív tulajdonságai miatt az anyag blokkolja a VEGF növekedési faktort, így a vér hajók az embrionális fejlődésben gátolt. Mivel a embrió a fejlődési rendellenességek mellett különösen érzékeny a káros hatásokra a fejlődés első három hónapjában, magzatelhajtás akár ebben az időszakban is előfordulhat. Az ilyen pusztító következmények mellett az interkalatív anyagok karcinogén hatással járnak. Ez vonatkozik például bizonyosakra festékek. Ide tartozik az etidium-bromid vagy az EtBr, amely molekulárisan festi a nukleinsavat genetika. Az etídium-bromid molekuláris képlete C21H20BrN3, és interkalál a két DNS-szál között, ami festést eredményez. Mivel a festék 254–366 nm hullámhosszon elnyeli az UV-fényt, és 590 nm hullámhosszúsággal narancsvörös fényt bocsát ki, molekulárisan festékként pótolhatatlan genetika. Az etidium-bromid olyan DNS-mintákat fest, amelyeket korábban agarózgél alkalmazásával szétválasztottak. A festéket közvetlenül a gélhez adják. Ennek eredményeként a festék kötődik a DNS-hez, ami a DNS-t meghatározott módon láthatóvá teszi. Mivel az etídium-bromid potenciálisan rákkeltő, megfelelő biztonság intézkedések használat közben kell bevenni a közvetlen érintkezés elkerülése érdekében nyálkahártya or bőr. Ugyanez vonatkozik minden más rákkeltő hatású interkalatív anyagra.
