Interkalering (biokjemi) - Intercalation (biochemistry)

Interkalering induserer strukturelle forvrengninger. Venstre: uendret DNA -streng. Høyre: DNA -streng interkalert på tre steder (svarte områder).

I biokjemi er interkalering innsetting av molekyler mellom de plane basene til deoksyribonukleinsyre (DNA). Denne prosessen brukes som en metode for å analysere DNA, og den er også grunnlaget for visse typer forgiftning.

Etidium interkalerte mellom to adenin-tymin-basepar.

Det er flere måter molekyler (i dette tilfellet, også kjent som ligander ) kan samhandle med DNA. Ligander kan interagere med DNA ved kovalent binding , elektrostatisk binding eller interkalering. Interkalering skjer når ligander av passende størrelse og kjemisk natur passer seg mellom basepar av DNA. Disse ligander er for det meste polycyklisk, aromatisk , og plane, og derfor ofte gjøre gode nukleinsyre- flekker . Intensivt undersøkte DNA -interkalatorer inkluderer berberin , etidiumbromid , proflavin , daunomycin , doxorubicin og talidomid . DNA -interkalatorer brukes i kjemoterapeutisk behandling for å hemme DNA -replikasjon i raskt voksende kreftceller. Eksempler inkluderer doxorubicin (adriamycin) og daunorubicin (som begge brukes til behandling av Hodgkins lymfom) og dactinomycin (brukt i Wilms svulst, Ewing's Sarcoma, rabdomyosarcoma).

Metallinterkalatorer er komplekser av et metallkation med polycykliske aromatiske ligander. Det mest brukte metallionen er rutenium (II), fordi dets komplekser er veldig treg til å brytes ned i det biologiske miljøet. Andre metalliske kationer som har blitt brukt inkluderer rodium (III) og iridium (III). Typiske ligander festet til metallionen er dipyridin og terpyridin hvis plane struktur er ideell for interkalering.

For at en intercalator skal passe mellom basepar, må DNA dynamisk åpne et mellomrom mellom baseparene ved å vikle av. Graden av avvikling varierer avhengig av intercalator; for eksempel avvikler etidiumkation (den ioniske formen av etidiumbromid som finnes i vandig oppløsning) DNA med omtrent 26 °, mens proflavin ruller det av med omtrent 17 °. Denne avviklingen får grunnparene til å skille seg eller "stige", og skaper en åpning på omtrent 0,34 nm (3,4 Å). Denne avviklingen induserer lokale strukturelle endringer i DNA -strengen, for eksempel forlengelse av DNA -strengen eller vridning av baseparene. Disse strukturelle modifikasjonene kan føre til funksjonelle endringer, ofte til inhibering av transkripsjon og replikasjon og DNA -reparasjonsprosesser, noe som gjør intercalators til kraftige mutagener . På grunn av dette, DNA-interkalatorer er ofte kreftfremkallende , slik som den ekso- (men ikke den endo) 8,9 epoksyd av aflatoksin B ₁ og acridiner , slik som proflavin eller kinakrin .

Interkalering som en mekanisme for interaksjon mellom kationiske, plane, polycykliske aromatiske systemer av riktig størrelse (i størrelsesorden et basepar) ble først foreslått av Leonard Lerman i 1961. En foreslått mekanisme for interkalering er som følger: I vandig isotonisk løsning, den kationiske interkalatoren tiltrekkes elektrostatisk til overflaten av det polyanioniske DNA. Liganden fortrenger en natrium- og/eller magnesiumkation som er tilstede i "kondensskyen" av slike kationer som omgir DNA (for delvis å balansere summen av de negative ladningene som bæres av hvert fosfatoksygen), og danner dermed en svak elektrostatisk forbindelse med den ytre overflaten av DNA. Fra denne posisjonen diffunderer liganden langs overflaten av DNA og kan gli inn i det hydrofobe miljøet som finnes mellom to basepar som forbigående kan "åpne" seg for å danne et interkaleringssted, slik at etidium kan bevege seg bort fra det hydrofile (vandige) miljøet rundt DNA og inn i interkaleringsstedet. Baseparene danner forbigående slike åpninger på grunn av energi som absorberes under kollisjoner med løsningsmiddelmolekyler.

Se også

• Molekylær pinsett
• Interkalering (kjemi)

Referanser