Intercalatie

De Intercalatie is de opname van deeltjes zoals moleculen of ionen in bepaalde chemische verbindingen zoals kristalroosters. In de biochemie wordt de term geassocieerd met de intercalatie van deeltjes tussen naburige basenparen van het DNA, wat kan resulteren in grid-mutaties. De stof thalidomide heeft bijvoorbeeld intercalatieve eigenschappen, die een misvormingsschandaal veroorzaakten.

Wat is de tussenvoeging?

In de chemie wordt onder intercalatie verstaan ​​de intercalatie van moleculen, ionen of atomen in chemische verbindingen. De structuur van de deeltjes blijft tijdens het opslagproces nagenoeg constant. In anorganische chemie verwijst de intercalatie voornamelijk naar de intercalatie van deeltjes tussen de kristalroostervlakken van de laagkristallen. In dit verband moet bijvoorbeeld de intercalatie van een alkalimetaal in grafiet worden genoemd, waardoor nieuwe verbindingen ontstaan ​​in de vorm van intercalatiecomplexen. Intercalatieverbindingen van kristallen vereisen grote interactiekrachten in de betrokken lagen en minimale krachten tussen aangrenzende lagen.

In de biochemie verwijst de term opnieuw naar DNA. Daarbij voegen bepaalde moleculen zichzelf in de dubbele helix van DNA door zichzelf tussen aangrenzende basenparen te duwen.

Het proces van biochemische intercalatie is geen fysiologisch proces. Het is een pathofysiologisch proces dat de replicatie en transcriptie van DNA verstoort.

De intercalatie is causaal geassocieerd met genetische mutaties die voornamelijk relevant zijn in het replicatieproces. Het resultaat is misvormingen van individuele weefsels. Naast de mutagene eigenschappen zou intercalatie in biochemische zin ook kankerverwekkend zijn, dat wil zeggen kankerverwekkend.

De verbindingen met intercalatief potentieel omvatten bijvoorbeeld cytostatica die worden gebruikt bij kankertherapie. Met behulp van intercalatieve stoffen wordt tijdens de behandeling schade aan het DNA veroorzaakt, waardoor de tumor sterft.

Functie en taak

Tijdens biochemische intercalatie glijden moleculen in het DNA in de dubbele helix van aangrenzende basenparen en verstoren de replicatie en transcriptie van het genetisch materiaal. In het replicatieproces veroorzaakt intercalatie voornamelijk rastermutaties, ook wel leesframemutaties, leesframeverschuivingen of frameverschuivingsmutaties genoemd.

Tijdens het tussenvoegen worden (3n + 1) basenparen ingevoegd, wat het mRNA-raster in het DNA vervalst. Als gevolg hiervan worden gemuteerde eiwitten gevormd waarvan de aminozuursequentie op alle posities wordt veranderd vanaf de positie van de mutatie. Een stopcodon wordt in een vroeg stadium geïntroduceerd, waardoor de eiwitsynthese in termen van translatie wordt beëindigd. Schermmutaties tegen het einde van het leeskader verlengen soms het polypeptide omdat ze het moeilijk maken om het fysiologische stopcodon te herkennen.

Mensen hebben baat bij intercalatieprocessen, voornamelijk door middel van cytostatica die worden gebruikt om kanker te behandelen. Ondanks de medische vooruitgang van de afgelopen decennia, worden cytostatica nog steeds beschouwd als de meest effectieve behandelmethode voor kwaadaardige kanker vanwege hun intercalatieve eigenschappen. De giftige chemische stoffen worden gebruikt bij chemotherapie en verstoren, vertragen of verhinderen de celcyclus van de tumorcellen zodat de kwaadaardige cellen zich niet meer verspreiden of verspreiden.

De DNA-schade veroorzaakt door intercalatie veroorzaakt chromosomale afwijkingen of verstoort de ontwikkeling van het spilapparaat. Op deze manier wordt de deling van de doelcellen vertraagd of uitgeschakeld.

De groep cytostatica omvat verschillende stoffen met chemisch zeer verschillende structuren. Bekende intercalatieve stoffen van dit type zijn actinomycine, anthracyclines of daunorubicine. Mensen hebben ook baat bij het principe van intercalatie in combinatie met andere medicijnen. Zo wordt de chemotherapeutische werking van antibiotica ook toegeschreven aan de intercalatieverbinding.

Uw medicatie vindt u hier

Ziekten en aandoeningen

Thalidomide komt overeen met een glutaminezuurderivaat dat een depressief effect heeft op het centrale zenuwstelsel en, naast immunosuppressief, ook ontstekingsremmende effecten heeft. De stof wordt als intercalatief beschouwd.

Omdat thalidomide een kalmerende, slaapbevorderende, ontstekingsremmende, tumorgroei en bloedvatvorming remmende werking heeft, werd het eind jaren vijftig als Contergan® voor bijna elk huishouden beschikbaar gesteld. Vanwege zijn intercalatieve eigenschappen leidt het innemen van de stof tijdens de eerste drie maanden van de zwangerschap tot de hierboven beschreven intercalatieprocessen, die dramatische effecten hebben op de embryonale ontwikkeling. De pasgeborenen werden geboren met ernstige misvormingen van de ledematen of inwendige organen.

Door zijn intercalatieve eigenschappen blokkeert de stof de groeifactor VEGF, waardoor de vorming van bloedvaten bij de embryonale ontwikkeling wordt geremd. Omdat het embryo in de eerste drie maanden van de ontwikkeling bijzonder gevoelig reageert op schadelijke invloeden, kan dit naast misvormingen zelfs tot uitval leiden.

Afgezien van dergelijke verwoestende gevolgen, worden intercalatieve stoffen geassocieerd met een kankerverwekkend, d.w.z. kankerverwekkend effect. Dit geldt bijvoorbeeld voor bepaalde kleurstoffen. Deze omvatten ethidiumbromide of EtBr, dat in moleculaire genetica nucleïnezuren kleurt. Ethidiumbromide heeft de empirische formule C21H20BrN3 en intercaleert tussen de twee DNA-strengen, zodat kleuring optreedt.

Omdat de kleurstof UV-licht absorbeert in golflengten van 254 tot 366 nm en oranjerood licht uitzendt met golflengten van 590 nm, is het onvervangbaar als kleurstof in de moleculaire genetica. Ethidiumbromide kleurt DNA-monsters die eerder zijn gescheiden met een agarosegel. De kleurstof wordt onmiddellijk aan de gel toegevoegd. Op deze manier bindt de kleurstof zich aan het DNA, waardoor het DNA op een specifieke manier zichtbaar wordt. Omdat ethidiumbromide potentieel kankerverwekkend is, moeten bij het gebruik passende veiligheidsmaatregelen worden genomen om direct contact met het slijmvlies of de huid te voorkomen. Hetzelfde geldt voor alle andere intercalatieve stoffen met kankerverwekkende effecten.