alkylácia

alkylácia označuje prenos alkylovej skupiny z jednej molekuly na druhú. Alkylácia má mutagénny a karcinogénny účinok, pretože DNA a RNA sa často atakujú a menia alkylačnými činidlami. Takzvané alkylačné činidlá sa v medicíne používajú na jednej strane na inhibíciu bunkového rastu ako cytostatiká a na druhej strane vyvolávajú rakovinu alebo vedú k genetickému poškodeniu potomstva.

Čo je alkylácia?

Niektoré chemické látky majú mutagénne a karcinogénne účinky z dôvodu ich schopnosti spôsobiť alkyláciu. Počas alkylácie sa prenesú alkylové skupiny. Metylácia je zvláštny prípad alkylácie. Metylová skupina tiež patrí do alkylénovej skupiny. Metylácia sa však vždy uskutočňuje v tele za fyziologických podmienok, zatiaľ čo alkylové skupiny s viac ako jedným atómom uhlíka sú väčšinou spôsobené exogénnymi látkami.

Metylácia DNA je zodpovedná za epigenetické zmeny. V organizme tiež prebieha mnoho ďalších metylačných reakcií. V tomto postupe sa metylové skupiny prevedú na určité funkčné skupiny, ako sú hydroxylové, amino alebo sulfhydrylové skupiny.

Keď sa prenášajú etylové, propylové alebo dokonca vyššie alkylové skupiny, genetický materiál je obzvlášť narušený. Čím viac alkylových skupín sa viaže na DNA, tým častejšie sa vlákna DNA rozpadajú. Ďalej môžu byť tiež navzájom spojené rôzne vlákna. Koniec koncov, alkylácie s vyšším reťazcom vždy vedú k zmenám v molekulách nukleových kyselín. V dôsledku zmien nukleových kyselín sa okrem iného inhibuje rast buniek.

Funkcia a úloha

V dôsledku účinku, ktorý inhibuje rast alkylácií, existujú možné aplikácie v boji proti rakovine. Aj keď sú alkylačné zlúčeniny karcinogénne, môžu tiež zastaviť neinhibovaný rast existujúcich rakovinových buniek. Zničením DNA je rast proliferujúcich buniek (deliacich sa buniek) prerušený pri takzvaných kontrolných bodoch bunkového cyklu. Bunka pomaly zomrie. Toto sa týka tak rakovinových buniek, ako aj buniek, ktoré podliehajú silnému rastu vo fyziologických podmienkach, ako sú imunitné bunky, bunky slizníc, bunky koreňov vlasov a zárodočné bunky.

V každej bunke sú zmeny v DNA, ale účinok a intenzita je najväčšia pri proliferácii buniek. Obzvlášť rýchlo sa delia bunky, ktoré sa delia zvlášť. To je základ selektívneho účinku cytostatík na rakovinové bunky. Preto sa v terapii rakoviny v kontexte chemoterapie používa veľa alkylačných cytostatík.

Pri dlhodobom používaní týchto látok sa zvyšuje ich škodlivosť, pretože v menšej miere sa geneticky modifikujú pomalšie rastúce bunky. V špeciálnom prípade metylácie je DNA do značnej miery metylovaná. Neexistuje však žiadna genetická zmena. Sekvencia báz je zachovaná. Metylové skupiny sa viažu iba na cytidín. Metylované oblasti DNA sú neaktívne, takže tu už nie je možné čítať genetický kód. To vedie k epigenetickým zmenám v DNA. DNA sa teda modifikuje, čím sa zachová genetický kód.

V dôsledku epigenetických zmien sa telo mení aj vo forme modifikácií fenotypu. Práve tieto procesy sú zodpovedné za vplyv prostredia na vývoj a vyjadrenie charakteristických vlastností, ktoré nie sú úplne stanovené genotypom. Diferenciácia jednotlivých buniek do rôznych orgánov a tkanív súvisí tiež s epigenetickými zmenami. Diferenciácia je spôsobená rôznou aktivitou génov v rôznych typoch buniek.

Choroby a choroby

Základ chemoterapie je založený na cytostatickom účinku alkylačných látok. Zároveň sú však silné vedľajšie účinky chemoterapeutických liekov spôsobené aj ich alkylačným účinkom. Tieto aktívne zložky rozvíjajú svoj terapeutický účinok proti rakovine vďaka svojmu inhibičnému rastu na bunky. Rakovinové bunky rastú najrýchlejšie. Preto sú najviac ovplyvnené.

Imunitné bunky, bunky sliznice alebo zárodočné bunky sú však tiež narušené v raste. Výsledkom je, že známe vedľajšie účinky chemoterapie sa prejavujú v náchylnosti na infekciu, nevoľnosť, zvracanie, anémiu, vypadávanie vlasov, suchú sliznicu a ďalšie nepríjemné príznaky.

Dôležitými cytostatikami pre chemoterapiu sú deriváty dusíkatých horčičných zlúčenín, alkylsulfonátov, nitrózomočovín a rôznych ďalších skupín látok, ktoré majú spoločné, je alkylačný účinok na DNA, ktorá sa v procese ničí. Všetky účinné látky sa môžu použiť na liečbu rakoviny, ale majú zodpovedajúce nepríjemné vedľajšie účinky. Ak zdravý človek príde do styku s týmito látkami, zvyšuje sa riziko vzniku rakoviny.

Krátkodobým účinkom týchto látok je zastavenie delenia buniek a odumieranie buniek. Postupné zmeny DNA v pomaly rastúcich bunkách môžu tiež viesť k ich dlhodobej premene na rakovinové bunky.

Taktiež alkylačné chemické zlúčeniny v priemysle a potravinárstve niekedy majú karcinogénne a mutagénne účinky. Patria sem dimetylsulfát v chemickom priemysle a za studena dezinfekčné prostriedky dimetyl dikarbonát a dietyl dikarbonát v potravinárskom priemysle.

Vlastné metylácie tela môžu tiež viesť k chorobám, ak sú nesprávne. Zvýšená alebo znížená génová aktivita je založená na metylácii DNA. Ak je však metylácia chybná, vyvíja sa choroba. Nesprávna aktivácia génu môže napríklad viesť k nádorom. To platí, keď je regulačný gén na delenie buniek neaktívny. Aktivácia génov, ktoré by mali byť normálne neaktívne, však môže viesť k degenerácii buniek. V rôznych nádoroch sa našli rôzne metylačné vzorce v porovnaní so zodpovedajúcimi zdravými tkanivami. Nezáleží na tom, či je stupeň metylácie príliš silný alebo príliš slabý.