Интеркаляция (биохимия)
 | Эта статья требует внимания эксперта в области биологии . Конкретная проблема заключается в следующем: необходимо разбить на разделы, чтобы можно было разместить дополнительную информацию. Необходимо упомянуть dsRNA. см. на странице обсуждения Подробности ( ноябрь 2023 г. ) |
В биохимии интеркаляция — это внедрение молекул между плоскими основаниями дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Этот процесс используется как метод анализа ДНК, а также лежит в основе некоторых видов отравлений.
Существует несколько способов молекул (в данном случае также известных как лиганды взаимодействия ) с ДНК. Лиганды могут взаимодействовать с ДНК путем ковалентного связывания , электростатического связывания или интеркалирования. [1] Интеркаляция происходит, когда лиганды соответствующего размера и химической природы располагаются между парами оснований ДНК. Эти лиганды в основном являются полициклическими, ароматическими и плоскими и поэтому часто хорошо окрашивают нуклеиновые кислоты . Интенсивно изучаемые интеркаляторы ДНК включают берберин , бромид этидия , профлавин , дауномицин , доксорубицин и талидомид . Интеркаляторы ДНК используются при химиотерапевтическом лечении для ингибирования репликации ДНК в быстро растущих раковых клетках. Примеры включают доксорубицин (адриамицин) и даунорубицин (оба используются при лечении лимфомы Ходжкина ) и дактиномицин (применяется при опухоли Вильма , саркоме Юинга , рабдомиосаркоме ).
Металлоинтеркаляторы представляют собой комплексы катиона металла с полициклическими ароматическими лигандами. Наиболее часто используемый ион металла — рутений (II), поскольку его комплексы очень медленно разлагаются в биологической среде. Другие используемые катионы металлов включают родий (III) и иридий (III). Типичными лигандами, присоединяемыми к иону металла, являются дипиридин и терпиридин, плоская структура которых идеальна для интеркаляции. [2]
Чтобы интеркалятор мог разместиться между парами оснований, ДНК должна динамически открывать пространство между парами оснований путем раскручивания. Степень раскручивания варьируется в зависимости от интеркалятора; например, катион этидия (ионная форма бромида этидия , обнаруженная в водном растворе) раскручивает ДНК примерно на 26°, тогда как профлавин раскручивает ее примерно на 17°. Это раскручивание заставляет пары оснований разделяться или «подниматься», создавая отверстие размером около 0,34 нм (3,4 Å). Это раскручивание вызывает локальные структурные изменения в цепи ДНК, такие как удлинение цепи ДНК или скручивание пар оснований. Эти структурные модификации могут привести к функциональным изменениям, часто к ингибированию процессов транскрипции и репликации , а также процессов репарации ДНК, что делает интеркаляторы мощными мутагенами . По этой причине интеркаляторы ДНК часто являются канцерогенными , например, экзо (но не эндо) 8,9 эпоксид афлатоксина такие B 1 и акридины, как профлавин или хинакрин .
Интеркаляция как механизм взаимодействия между катионными, планарными, полициклическими ароматическими системами правильного размера (порядка пары оснований) была впервые предложена Леонардом Лерманом в 1961 году. [3] [4] [5] Один из предполагаемых механизмов интеркаляции заключается в следующем: в водном изотоническом растворе катионный интеркалятор электростатически притягивается к поверхности полианионной ДНК. Лиганд вытесняет катион натрия и/или магния, присутствующий в «конденсационном облаке» таких катионов, окружающем ДНК (чтобы частично уравновесить сумму отрицательных зарядов, переносимых каждым фосфатным кислородом), образуя тем самым слабую электростатическую ассоциацию с внешней поверхностью. ДНК. Из этого положения лиганд диффундирует по поверхности ДНК и может скользить в гидрофобную среду, находящуюся между двумя парами оснований, которая может временно «открываться», образуя сайт интеркаляции, позволяя этидию уйти из гидрофильной (водной) среды. вокруг ДНК и в месте интеркаляции. Пары оснований временно образуют такие отверстия за счет энергии, поглощаемой при столкновениях с молекулами растворителя.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ричардс, AD; Роджерс, А. (2007). «Синтетические металломолекулы как агенты контроля структуры ДНК» (PDF) . Обзоры химического общества . 36 (3): 471–83. дои : 10.1039/b609495c . ПМИД 17325786 .
- ^ Шацшнейдер, Ульрих (2018). «Глава 14. Металлоинтеркалаторы и металлоинсерторы: структурные требования для распознавания ДНК и противораковой активности». В Сигеле, Астрид; Сигель, Хельмут; Фрейзингер, Ева; Сигел, Роланд КО (ред.). Металло-лекарства: разработка и действие противораковых средств . Том. 18. Берлин: де Грюйтер ГмбХ. стр. 387–435. дои : 10.1515/9783110470734-020 . ПМИД 29394033 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Лерман, Л.С. (1961). «Структурные аспекты взаимодействия ДНК и акридинов» (PDF) . Журнал молекулярной биологии . 3 (1): 18–30. дои : 10.1016/S0022-2836(61)80004-1 . ПМИД 13761054 .
- ^ Луццати, В.; Массон, Ф.; Лерман, Л.С. (1961). «Взаимодействие ДНК и профлавина: исследование малоуглового рентгеновского рассеяния». Журнал молекулярной биологии . 3 (5): 634–9. дои : 10.1016/S0022-2836(61)80026-0 . ПМИД 14467543 .
- ^ Лерман, Л.С. (1963). «Строение ДНК-акридинового комплекса» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 49 (1): 94–102. Бибкод : 1963ПНАС...49...94Л . дои : 10.1073/pnas.49.1.94 . ПМК 300634 . ПМИД 13929834 .
