Intercalatie is het tussenvoegen 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 aangrenzende basenparen van DNA, wat kan resulteren in roostermutaties. Intercalaire eigenschappen zijn bijvoorbeeld in het bezit van de stof thalidomide, die tot een misvormingsschandaal heeft geleid.
Wat is tussenvoeging?
Intercalatie is het opnemen van deeltjes zoals moleculen of ionen in bepaalde chemische verbindingen zoals kristalroosters. In de chemie is intercalatie de intercalatie van moleculen, ionen of atomen in chemische verbindingen. De structuur van de deeltjes blijft in wezen constant tijdens het intercalatieproces. In anorganische chemie verwijst intercalatie voornamelijk naar de intercalatie van deeltjes tussen de kristalroostervlakken van gelaagde kristallen. In deze context ontstaan bijvoorbeeld bij het inlassen van een alkalimetaal in grafiet nieuwe verbindingen in de vorm van intercalatiecomplexen. Intercalatieverbindingen van kristallen vereisen grote interactiekrachten in de betrokken lagen en minimale tussen aangrenzende lagen. In de biochemie verwijst de term opnieuw naar DNA. Tijdens het proces voegen bepaalde moleculen zichzelf in de dubbele helix van DNA door zich tussen paren van naburige in te klemmen bases Het proces van biochemische intercalatie is geen fysiologisch proces. Het is een pathofysiologisch proces dat DNA-replicatie en transcriptie verstoort. Intercalatie is causaal geassocieerd met genetische mutaties die voornamelijk relevant zijn in het replicatieproces. Misvormingen van individuele weefsels zijn het gevolg. Naast mutagene eigenschappen zou intercalatie in biochemische zin ook kankerverwekkend zijn, dwz kanker-veroorzakend, eigenschappen. Verbindingen met intercalatief potentieel zijn bijvoorbeeld cytostatica, die worden gebruikt in kanker therapie Door middel van intercalatieve stoffen wordt als onderdeel van de behandeling schade aan het DNA geïnduceerd, waardoor de tumor sterft.
Functie en taak
Bij biochemische intercalatie voegen moleculen in DNA zichzelf in in de dubbele helix van aangrenzende basenparen en interfereren met de replicatie en transcriptie van genetisch materiaal. In het replicatieproces veroorzaakt intercalatie voornamelijk frameverschuivingsmutaties, ook bekend als leesframemutaties, leesframeverschuivingen of frameverschuivingsmutaties. Intercalatie resulteert dus in de insertie van (3n +1) basenparen, wat het raster van het mRNA in het DNA verstoort. Als gevolg daarvan gemuteerd eiwitten worden gevormd waarvan de aminozuursequentie op alle posities wordt gewijzigd vanaf de positie van de mutatie. Aldus wordt al vroeg een stopcodon geïntroduceerd, dat de eiwitsynthese beëindigt in termen van translatie. Rastermutaties tegen het einde van het leeskader verlengen soms het polypeptide omdat ze de herkenning van het fysiologische stopcodon bemoeilijken. Mensen profiteren voornamelijk van intercalatieprocessen door middel van cytostatica drugs gebruikt om te behandelen kanker Ondanks de medische vooruitgang in de afgelopen decennia, cytostatica, vanwege hun intercalatieve eigenschappen, worden ze nog steeds beschouwd als de meest effectieve behandeling voor kwaadaardige kanker. De giftige chemische stoffen worden gebruikt in chemotherapie en de celcyclus van de tumorcellen verstoren, vertragen of voorkomen, zodat de kwaadaardige cellen zich niet langer verspreiden of verspreiden. De DNA-schade veroorzaakt door intercalatie resulteert in chromosomale afwijkingen of verstoort de vorming van het spilapparaat. Op deze manier wordt de deling van de doelcellen vertraagd of uitgeschakeld. De groep van cytostatica drugs omvat verschillende stoffen met chemisch zeer verschillende structuren. Bekende intercalatieve stoffen van dit type zijn actinomycine, anthracyclines of daunorubicine De mens profiteert ook van het principe van intercalatie in verband met anderen drugs Bijvoorbeeld de chemotherapeutische werking van antibiotica wordt ook toegeschreven aan de intercalatieverbinding.
Ziekten en kwalen
Thalidomide komt overeen met een glutaminezuurderivaat dat een depressief effect heeft op de centrale zenuwstelsel en vertoont naast immunosuppressieve effecten ook ontstekingsremmende effecten. De stof wordt als intercalatief beschouwd, aangezien thalidomide dat heeft kalmerend, slaapbevorderende, ontstekingsremmende, antitumorgroei en bloed remmende effecten op de vorming van bloedvaten, werd het eind jaren vijftig voor bijna elk huishouden als thalidomide beschikbaar gesteld. Vanwege de intercalatieve eigenschappen kan de opname van de stof echter gedurende de eerste drie maanden van zwangerschap leidt tot de hierboven beschreven intercalatieprocessen, die dramatische effecten hebben op de embryonale ontwikkeling. De pasgeborenen werden geboren met ernstige misvormingen van de ledematen of interne organen Door zijn intercalatieve eigenschappen blokkeert de stof de groeifactor VEGF, waardoor de vorming van bloed schepen in de embryonale ontwikkeling wordt geremd. Sinds de embryo- is bijzonder gevoelig voor schadelijke invloeden tijdens de eerste drie maanden van ontwikkeling, naast misvormingen, abortus kan zelfs tijdens deze periode voorkomen. Afgezien van dergelijke verwoestende gevolgen, worden intercalatieve stoffen geassocieerd met een kankerverwekkende werking. Dit geldt bijvoorbeeld voor bepaalde kleurstoffen Deze omvatten ethidiumbromide of EtBr, dat nucleïnezuur in moleculair kleurt genetica Ethidiumbromide heeft de molecuulformule C21H20BrN3 en intercaleert tussen de twee DNA-strengen, wat resulteert in kleuring. 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 kleurmiddel in moleculaire genetica Ethidiumbromide kleurt DNA-monsters die eerder zijn gescheiden met een agarosegel. De kleurstof wordt rechtstreeks aan de gel toegevoegd. Hierdoor wordt de kleurstof aan het DNA gebonden, waardoor het DNA op een bepaalde manier zichtbaar wordt. Aangezien ethidiumbromide potentieel kankerverwekkend is, is de juiste veiligheid vereist maatregelen moet tijdens gebruik worden ingenomen om direct contact ermee te voorkomen slijmvlies or huid Hetzelfde geldt voor alle andere intercalatieve stoffen met kankerverwekkende effecten.
