Enterkalasyon (kimya)

Kimyada enterkalasyon bir molekül (veya grubun) iki molekül (veya grubun) arasına tersinir şekilde girmesidir. DNA enterkalasyonu ve grafit enterkalasyonu bunun örneklerindendir.

Kimyasal bileşikler DNA ile birkaç şekilde etkileşebilir. Moleküller DNA ile kovalent veya elektrostatik olarak, veya enterkalasyon yoluyla bağlanabilir. Molekül eğer uygun şekilde ve kimyasal yapıda olursa DNA'daki baz çiftleri arasına girebilirler. Bu moleküller tersinir bağlandıkları için onlara ligand demek uygundur. Ligandlar çoğunlukla çok halkalı, aromatik ve düzlemseldir ve bu yüzden laboratuvarda nükleik asitlerin boyamakta iyi işlev görürler. Üzerlerinde çok çalışılmış olan DNA enterkalatörleri arasında etidyum bromür (EtBr), proflavin, daunomisin, doksorubisin ve talidomit sayılabilir.

Leonard Lerman ilk defa 1961'de, katyonik, düzlemsel, çokhalkalı aromatik sistemler arasında etkileşimin mekanizması olarak enterkalasyonu önermiştir. Enterkalasyonun bir çalışma biçimi şöyledir: sulu bir çözeltide katyonik enterkalatör, elektrostatik olarak polinayonik olan DNA tarafından çekilir. Enterkalatör iyon, DNA'ya her zaman bağlı durumda olan bir sodyum veya magnezyum katyonu ile yer değiştirir ve DNA'nın dış yüzeyi ile zayıf bir elektrostatik bağ kurar. Ligand, sonra bu hidrofilik konumdan baz çiftleri arasındaki hidrofobik ortamın içine kayabilir. DNA molekülünün çözeltideki moleküllerle çarpışmalardan absorpladığı enerji, baz çiftlerinin kısa süreli olarak açılmalarını sağlar, geçici bir aralanma sırasında enterkalatör oluşan boşluğa girebilir.

Bir enterkalatörün baz çiftleri arasına girebilmesi için DNA'nın kısmen çözülerek baz çiftleri arasında yer açması gerekir. Çözülmenin derecesi enterkalatöre bağlıdır, örneğin etidyum katyonu (sulu çözeltide etidyum bromürün iyonik şekli) DNA'yı 26° burarak açar, buna karşın, proflavin onu 17° bir açıyla burgusunu açar. Bu açılma baz çiftlerinin ayrılmalarına veya bir baz çiftinin öbürüne göreceli olarak "yükselmesine" neden olur, öyle ki DNA'da 0,34 nm (3.4 Å)'lik bir aralık oluşur. Bu açılma DNA molekülünde yerel yapısal değişikliklere neden olur, DNA ikili sarmalının uzaması veya baz çiftlerinin burulması gibi.

DNA molekülün pozitif süpersarımlı olması halinde enterkalatörlerin DNA'yı açıp baz çiftleri arasına girmeleri daha zordur, buna karşın negatif süpersarımlı DNA'ya ise bağlanması daha kolaydır. Dairesel plazmitin süpersarım derecesi ona ne kadar miktarda enterkalatör bağlanabileceğini belirler.

Enterkalatör bağlanmasından kaynaklanan DNA'daki yapısal değişim işlevsel değişimlere yol açar. Çoğu zaman, transkripsiyon, DNA ikileşmesi ve DNA tamir işlemleri engellenir, bu yüzden DNA enterkalatörleri etkili mutajenler arasında yer alırlar. Mutajen olmalarından dolayı DNA enterkalatörleri genelde kanserojendir, örneğin aflatoksin B1'in 8,9 ekso ama (endo değil) epoksiti, proflavin veya kuinakrin gibi akridinler veya etidyum bromür.

DNA enterkalatörleri bu nedenle kemoterapide, hızla büyüyen kanser hücrelerinde DNA ikileşmesini engellemekte kullanılır. Bunlara örnek olarak, doksorubisin (adriamisin) ve daunorubisin (Hodgkin lymphomasında kullanılır); ve daktinomisin (Wilm tumörü, Ewing Sarkoması ve rabdomiyosarkoma'da kullanılır) belirtilebilir.

Bir plazmit DNA'sının kesikli mi, kovalent kapalı olduğuna bağlı olarak ona farklı miktarda etidyum bromür bağlanır. Bundan dolayı, laboratuvar uygulamalarında, Etidyum bromür içinde elektroforez veya santrifügasyon teknikleri ile gevşek ve farklı derecede süpersarımlı plazmitleri ayırmak mümkündür.