intercalazione

Il intercalazione è l'incorporazione di particelle come molecole o ioni in alcuni composti chimici come i reticoli cristallini. In biochimica, il termine è associato all'intercalazione di particelle tra coppie di basi adiacenti del DNA, che può provocare mutazioni della griglia. La sostanza talidomide, ad esempio, ha proprietà intercalative, che hanno causato uno scandalo di malformazione.

Cos'è l'intercalazione?

In chimica, l'intercalazione è intesa come l'intercalazione di molecole, ioni o atomi in composti chimici. La struttura delle particelle rimane sostanzialmente costante durante il processo di stoccaggio. Nella chimica inorganica, l'intercalazione si riferisce principalmente all'intercalazione di particelle tra i piani del reticolo cristallino dei cristalli dello strato. In questo contesto, va menzionata, ad esempio, l'intercalazione di un metallo alcalino nella grafite, che crea nuovi composti sotto forma di complessi di intercalazione. I composti di intercalazione dei cristalli richiedono grandi forze di interazione negli strati coinvolti e forze minime tra strati adiacenti.

In biochimica, il termine si riferisce ancora al DNA. Durante il processo, alcune molecole si inseriscono nella doppia elica del DNA schiacciandole tra coppie di basi vicine.

Il processo di intercalazione biochimica non è un processo fisiologico. È un processo fisiopatologico che interrompe la replicazione e la trascrizione del DNA.

L'intercalazione è causalmente associata a mutazioni genetiche che sono prevalentemente rilevanti nel processo di replicazione. Il risultato sono malformazioni dei singoli tessuti. Oltre alle proprietà mutagene, si dice anche che l'intercalazione in senso biochimico è cancerogena, cioè cancerogena.

I composti con potenziale intercalativo includono, ad esempio, i citostatici utilizzati nella terapia del cancro. Utilizzando sostanze intercalative, durante il trattamento viene causato un danno al DNA, che causa la morte del tumore.

Funzione e compito

Durante l'intercalazione biochimica, le molecole all'interno del DNA si inseriscono nella doppia elica delle coppie di basi vicine e interrompono la replicazione e la trascrizione del materiale genetico. Nel processo di replicazione, l'intercalazione causa principalmente mutazioni raster, note anche come mutazioni del frame di lettura, spostamenti del frame di lettura o mutazioni dello spostamento del frame.

Durante l'intercalazione, vengono inserite (3n + 1) coppie di basi, il che falsifica la griglia di mRNA nel DNA. Di conseguenza, si formano proteine ​​mutate la cui sequenza amminoacidica è cambiata in tutte le posizioni dalla posizione della mutazione. Un codone di stop viene introdotto in una fase iniziale, che termina la sintesi proteica in termini di traduzione. Le mutazioni dello schermo verso la fine del frame di lettura a volte allungano il polipeptide perché rendono difficile il riconoscimento del codone di stop fisiologico.

Gli esseri umani beneficiano dei processi di intercalazione principalmente attraverso i citostatici utilizzati per il trattamento del cancro. Nonostante il progresso medico degli ultimi decenni, i citostatici sono ancora considerati il ​​metodo di trattamento più efficace per il cancro maligno grazie alle loro proprietà intercalative. Le sostanze chimiche tossiche sono utilizzate nella chemioterapia e interrompono, ritardano o prevengono il ciclo cellulare delle cellule tumorali in modo che le cellule maligne non si diffondano o si diffondano più.

Il danno al DNA causato dall'intercalazione causa aberrazioni cromosomiche o interrompe lo sviluppo dell'apparato del fuso. In questo modo, la divisione delle cellule bersaglio viene rallentata o disattivata.

Il gruppo dei citostatici comprende varie sostanze con strutture chimicamente molto diverse. Sostanze intercalative note di questo tipo sono actinomicina, antracicline o daunorubicina. Gli esseri umani beneficiano anche del principio dell'intercalazione in connessione con altri farmaci. Ad esempio, l'effetto chemioterapico degli antibiotici è attribuito alla connessione di intercalazione.

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Malattie e disturbi

La talidomide corrisponde a un derivato dell'acido glutammico che ha un effetto smorzante sul sistema nervoso centrale e, oltre ad essere immunosoppressivo, ha anche effetti antinfiammatori. La sostanza è considerata intercalativa.

Poiché la talidomide ha un effetto calmante, che favorisce il sonno, l'infiammazione, la crescita del tumore e la formazione dei vasi sanguigni, è stata resa disponibile a quasi tutte le famiglie come Contergan® alla fine degli anni '50. Per le sue proprietà intercalative, l'assunzione della sostanza nei primi tre mesi di gravidanza porta ai processi di intercalazione sopra descritti, che hanno effetti drammatici sullo sviluppo embrionale. I neonati sono nati con gravi malformazioni degli arti o degli organi interni.

Grazie alle sue proprietà intercalative, la sostanza blocca il fattore di crescita VEGF, in modo da inibire la formazione di vasi sanguigni nello sviluppo embrionale. Poiché l'embrione reagisce in modo particolarmente sensibile alle influenze dannose nei primi tre mesi di sviluppo, oltre alle malformazioni, in questo periodo può anche portare alla perdita.

Oltre a tali conseguenze devastanti, le sostanze intercalative sono associate ad un effetto cancerogeno, cioè cancerogeno. Questo vale, ad esempio, per alcuni coloranti. Questi includono il bromuro di etidio o EtBr, che nella genetica molecolare colora gli acidi nucleici. Il bromuro di etidio ha la formula empirica C21H20BrN3 e si intercala tra i due filamenti di DNA, in modo che si verifichi la colorazione.

Poiché il colorante assorbe la luce UV in lunghezze d'onda da 254 a 366 nm ed emette luce rosso-arancio con lunghezze d'onda di 590 nm, è insostituibile come colorante nella genetica molecolare. Il bromuro di etidio colora i campioni di DNA che sono stati precedentemente separati utilizzando un gel di agarosio. Il colorante viene aggiunto immediatamente al gel. In questo modo il colorante si lega al DNA, rendendolo visibile in modo specifico. Poiché il bromuro di etidio è potenzialmente cancerogeno, è necessario adottare adeguate misure di sicurezza quando lo si utilizza per evitare il contatto diretto con le mucose o la pelle. Lo stesso vale per tutte le altre sostanze intercalative con effetti cancerogeni.