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嵌入(生物化學)
編輯在生物化學中,嵌入是分子在脫氧核糖核酸(DNA)的平面堿基之間插入。這個過程被用作分析DNA的方法,也是某些中毒的基礎。分子(在這種情況下,也稱為配體)可以通過多種方式與DNA相互作用。配體可以通過共價結合、靜電結合或嵌入與DNA相互作用。當適當大小和化學性質的配體適合自身位于DNA堿基對之間時,就會發生嵌入。這些配體大多是多環的、芳香的和平面的,因此通常可以產生良好的核酸染色。深入研究的DNA嵌入劑包括小檗堿、溴化乙錠、黃素、道諾霉素、多柔比星和沙利度胺。DNA嵌入劑用于化學治療以抑制快速生長的癌細胞中的DNA復制。例子包括多柔比星(阿霉素)和柔紅霉素(兩者都用于治療霍奇金淋巴瘤)和放線菌素(用于威爾姆氏腫瘤、尤文氏肉瘤、金屬嵌入劑是金屬陽離子與多環芳族配體的配合物。最常用的金屬離子是釕(II),因為它的配合物在生物環境中分解非常緩慢。已經使用的其他金屬陽離子包括銠(III)和銥(III)。連接到金屬離子上的典型配體是二吡啶和三聯吡啶,它們的平面結構非常適合嵌入。為了使嵌入劑適合堿基對,DNA必須通過展開來動態地打開其堿基對之間的空間。展開程度因嵌入劑而異;例如,乙錠陽離子(在水溶液中發現的溴化乙錠的離子形式)將DNA展開約26°,而黃素將其展開約17°。這種展開導致堿基對分離或上升,形成約0.34nm(3.4?)的開口。這種展開會引起DNA鏈的局部結構變化,例如DNA鏈的延長或堿基對的扭曲。
這些結構修飾可導致功能變化,通常會抑制轉錄和復制以及DNA修復過程,這使得嵌入劑成為有效的誘變劑。出于這個原因,DNA嵌入劑通常是致癌的,1961年,LeonardLerman首次提出插入作為正確大小(堿基對數量級)的陽離子、平面、多環芳族系統之間相互作用的機制。提出的一種插入機制如下:在等滲水溶液中,陽離子嵌入劑被靜電吸引到聚陰離子DNA的表面。配體置換存在于圍繞DNA的此類陽離子的凝聚云中的鈉和/或鎂陽離子(以部分平衡每個磷酸氧攜帶的負電荷的總和),從而與DNA的外表面形成弱靜電締合.從這個位置,配體沿DNA表面擴散,并可能滑入兩個堿基對之間的疏水環境中,這兩個堿基對可能會暫時打開以形成插入位點,從而使乙錠遠離DNA周圍的親水(水)環境并進入插入部位。由于在與溶劑分子碰撞期間吸收的能量,堿基對會瞬時形成這種開口。
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