Interkalatsioon on selliste osakeste interkalatsioon nagu molekulid või ioonid teatud keemilisteks ühenditeks, näiteks kristallvõredeks. Biokeemias on see termin seotud osakeste interkalatsiooniga külgnevate DNA aluspaaride vahel, mis võib põhjustada võre mutatsioone. Interkalaarseid omadusi omab näiteks aine talidomiid, mis on tekitanud väärarengute skandaali.
Mis on interkalatsioon?
Interkalatsioon on selliste osakeste ühendamine nagu molekulid või ioonid teatud keemilisteks ühenditeks, näiteks kristallvõredeks. Keemias on interkalatsioon interkalatsioon molekulid, ioonid või aatomid keemilisteks ühenditeks. Osakeste struktuur jääb interkalatsiooniprotsessi käigus põhiliselt konstantseks. Anorgaanilises keemias viitab interkalatsioon peamiselt osakeste interkalatsioonile kihiliste kristallide kristallvõre tasapindade vahel. Näiteks tekitab leelismetalli interkaleerimine grafiidis uusi ühendeid interkalatsioonikomplekside kujul. Kristallide interkalatsiooniühendid vajavad asjaomastes kihtides suuri ja külgnevate kihtide vahel minimaalseid koostoimejõusid. Biokeemias viitab see termin taas DNA-le. Selle käigus sisestavad teatud molekulid end DNA topeltheeliksisse, asetades end naaberpaaride vahele alused. Biokeemilise interkalatsiooni protsess ei ole füsioloogiline protsess. See on patofüsioloogiline protsess, mis häirib DNA replikatsiooni ja transkriptsiooni. Interkalatsioon on põhjuslikult seotud geneetiliste mutatsioonidega, mis on replikatsiooniprotsessis valdavalt asjakohased. Tulemuseks on üksikute kudede väärarendid. Lisaks mutageensetele omadustele öeldakse, et interkaleerimisel biokeemilises mõttes on ka kantserogeenne, st vähk-tekitaja, omadused. Interkalatiivse potentsiaaliga ühendite hulka kuuluvad näiteks tsütostaatikumid, mida kasutatakse vähk ravi. Interkalatiivsete ainete abil indutseeritakse ravi osana DNA kahjustus, mis põhjustab kasvaja surma.
Funktsioon ja ülesanne
Biokeemilises interkalatsioonis sisestavad DNA-s olevad molekulid end külgnevate aluspaaride topeltheeliksisse ja häirivad geneetilise materjali replikatsiooni ja transkriptsiooni. Replikatsiooniprotsessis põhjustab interkalatsioon peamiselt raamimutatsioone, mida nimetatakse ka kaadermutatsioonide lugemiseks, kaadri nihke lugemiseks või kaadri nihke mutatsiooniks. Interkalatsiooni tulemuseks on seega (3n + 1) aluspaaride sisestamine, mis moonutab mRNA võrku DNA-s. Selle tagajärjel muteerunud valgud moodustuvad aminohapete järjestused mutatsiooni asukohast kõigis asendites. Seega võetakse varakult kasutusele stoppkoodon, mis lõpetab valgu sünteesi translatsiooni osas. Rastermutatsioonid lugemisraami lõpu poole pikendavad mõnikord polüpeptiidi, kuna need muudavad füsioloogilise stoppkoodoni äratundmise keerulisemaks. Inimestel on interkalatsiooniprotsessid kasulikud peamiselt tsütostaatiliste meetodite kaudu ravimid kasutatakse raviks vähk. Hoolimata viimaste aastakümnete meditsiinilisest arengust, tsütostaatikumid, peetakse nende interkalatiivsete omaduste tõttu mõnikord pahaloomulise vähi kõige tõhusamaks raviks. Mürgiseid keemilisi aineid kasutatakse keemiaravi ja häirida, viivitada või takistada kasvajarakkude rakutsüklit, nii et pahaloomulised rakud ei leviks ega hajuks enam. Interkalatsioonist põhjustatud DNA kahjustus põhjustab kromosomaalseid kõrvalekaldeid või häirib spindli aparaadi moodustumist. Nii aeglustatakse või lülitatakse välja märklaudrakkude jagunemine. Tsütostaatiliste rühm ravimid hõlmab mitmesuguseid keemiliselt väga erineva struktuuriga aineid. Seda tüüpi tuntud interkalatiivsed ained on aktinomütsiin, antratsükliinid või daunorubitsiin. Inimene saab interkalatsiooni põhimõttest kasu ka seoses teistega ravimid. Näiteks kemoteraapiline toime antibiootikumid omistatakse ka interkalatsiooniühendusele.
Haigused ja vaevused
Talidomiid vastab glutamiinhappe derivaadile, millel on tsentraalsele pärssiv toime närvisüsteem ja näitab lisaks immunosupressiivsele toimele ka põletikuvastast toimet. Aine loetakse interkalatiivseks. Kuna talidomiidil on rahusti, und soodustav, põletikuvastane, kasvajavastane kasv ja veri anumate moodustumist pärssivat toimet, tehti see 1950. aastate lõpus peaaegu kõigile leibkondadele talidomiidina kättesaadavaks. Kuid aine interkalatiivsete omaduste tõttu on aine allaneelamine esimese kolme kuu jooksul rasedus viib ülalkirjeldatud interkalatsiooniprotsessideni, mis näitavad dramaatilist mõju embrüo arengule. Vastsündinud sündisid jäsemete raskete väärarengutega või siseorganid. Interkalatiivsete omaduste tõttu blokeerib aine kasvufaktori VEGF, nii et veri laevad embrüonaalses arengus on pärsitud. Kuna embrüo on eriti väärarengute suhtes eriti tundlik kahjustavate mõjude suhtes esimese kolme arengukuu jooksul; abort võib sel perioodil isegi tekkida. Peale selliste laastavate tagajärgede on interkalatiivsed ained seotud kantserogeense toimega. See kehtib näiteks teatud kohta värvained. Nende hulka kuuluvad etiidiumbromiid või EtBr, mis värvib molekulaarselt nukleiinhapet geneetika. Etiidiumbromiidil on molekulvalem C21H20BrN3 ja see interkaleerub kahe DNA ahela vahel, mille tulemuseks on värvimine. Kuna värv neelab UV-valgust lainepikkustel 254–366 nm ja kiirgab oranžpunast valgust lainepikkustega 590 nm, on see molekulaarses värvaines asendamatu geneetika. Etiidiumbromiid värvib DNA proove, mis on eelnevalt agaroosgeeli abil eraldatud. Värvaine lisatakse otse geelile. Selle tulemusena seondub värv DNA-ga, muutes DNA konkreetsel viisil nähtavaks. Kuna etiidiumbromiid on potentsiaalselt kantserogeenne, on asjakohane ohutus meetmed tuleb kasutamise ajal võtta, et vältida otsest kontakti limaskest or nahk. Sama kehtib kõigi teiste kantserogeense toimega interkalatiivsete ainete kohta.
