Alkilacja

ZA Alkilacja wskazuje na przeniesienie grupy alkilowej z jednej cząsteczki do drugiej. Alkilacja ma działanie mutagenne i rakotwórcze, ponieważ DNA i RNA są często atakowane i zmieniane przez czynniki alkilujące. Tak zwane środki alkilujące są stosowane w medycynie z jednej strony jako cytostatyki do hamowania wzrostu komórek, z drugiej zaś wywołują raka lub prowadzą do genetycznego uszkodzenia potomstwa.

Co to jest alkilacja?

Niektóre substancje chemiczne wywołują skutki mutagenne i rakotwórcze ze względu na ich zdolność do alkilowania. Podczas alkilowania przenoszone są grupy alkilowe. Metylacja jest szczególnym przypadkiem alkilowania. Grupa metylowa również należy do grupy alkilenowej. Jednak metylacja zawsze zachodzi w organizmie w warunkach fizjologicznych, podczas gdy grupy alkilowe z więcej niż jednym atomem węgla są najczęściej powodowane przez substancje egzogenne.

Za zmiany epigenetyczne odpowiada metylacja DNA. W organizmie zachodzi również wiele innych reakcji metylacji. W tym procesie grupy metylowe są przenoszone na określone grupy funkcyjne, takie jak grupy hydroksylowe, aminowe lub sulfhydrylowe.

Gdy przenoszone są grupy etylowe, propylowe lub nawet alkilowe o wyższych łańcuchach, materiał genetyczny jest szczególnie uszkodzony. Im więcej grup alkilowych wiąże się z DNA, tym częściej nici DNA pękają. Ponadto można łączyć ze sobą różne żyły. W końcu alkilacje wyższych łańcuchów zawsze prowadzą do zmian w cząsteczkach kwasu nukleinowego. W wyniku zmian kwasów nukleinowych m.in. hamowany jest wzrost komórek.

Funkcja i zadanie

Ze względu na hamujące wzrost działania alkilacji istnieją możliwe zastosowania w walce z rakiem. Chociaż związki alkilujące są rakotwórcze, mogą również powstrzymać niehamowany wzrost istniejących komórek rakowych. Niszcząc DNA, następuje przerwanie wzrostu komórek proliferujących (komórek dzielących się) w tzw. Punktach kontrolnych cyklu komórkowego. Cela powoli umiera. Dotyczy to zarówno komórek nowotworowych, jak i komórek, które ulegają silnemu wzrostowi w warunkach fizjologicznych, takich jak komórki odpornościowe, komórki błony śluzowej, komórki korzenia włosów i komórki rozrodcze.

W każdej komórce zachodzą zmiany w DNA, ale efekt i intensywność są największe w proliferujących komórkach. Dlatego najbardziej dotknięte są komórki, które dzielą się szczególnie szybko. To jest podstawa do selektywnego działania cytostatyków na komórki rakowe. Z tego powodu w chemioterapii stosuje się wiele cytostatyków alkilujących.

Przy długotrwałym stosowaniu tych substancji zwiększa się ich szkodliwość, gdyż w mniejszym stopniu wolniej rosnące komórki są modyfikowane genetycznie. W szczególnym przypadku metylacji DNA jest również w dużym stopniu metylowane. Jednak nie ma zmiany genetycznej. Sekwencja zasad jest zachowana. Grupy metylowe są związane tylko z cytydyną. Zmetylowane obszary DNA są nieaktywne, więc nie można już tutaj odczytać kodu genetycznego. Prowadzi to do zmian epigenetycznych w DNA. Więc DNA jest modyfikowane, dzięki czemu zachowany jest kod genetyczny.

W wyniku zmian epigenetycznych organizm zmienia się również w postaci modyfikacji fenotypu. To właśnie te procesy są odpowiedzialne za wpływ środowiska na rozwój i ekspresję charakterystycznych właściwości, które nie są całkowicie zdeterminowane genotypem. Zróżnicowanie poszczególnych komórek w różne narządy i tkanki ma również związek ze zmianami epigenetycznymi. Różnicowanie jest spowodowane różną aktywnością genów w różnych typach komórek.

Choroby i dolegliwości

Podstawą chemioterapii jest cytostatyczne działanie substancji alkilujących. Jednocześnie jednak silne skutki uboczne leków stosowanych w chemioterapii wynikają również z ich działania alkilującego. Te aktywne składniki rozwijają swoje terapeutyczne działanie przeciwko rakowi ze względu na hamujący ich wpływ na komórki. Najszybciej rosną komórki rakowe. Dlatego są pod największym wpływem.

Jednak komórki odpornościowe, komórki błony śluzowej lub komórki rozrodcze są również upośledzone we wzroście. W rezultacie znane skutki uboczne chemioterapii objawiają się podatnością na infekcje, nudnościami, wymiotami, anemią, wypadaniem włosów, suchością błon śluzowych i innymi nieprzyjemnymi objawami.

Ważnymi cytostatykami w chemioterapii są pochodne iperytu azotowego, alkilosulfoniany, nitrozomoczniki i różne inne grupy substancji, które łączy działanie alkilujące na DNA, które ulega zniszczeniu w procesie. Wszystkie składniki aktywne mogą być stosowane w leczeniu raka, ale mają one nieprzyjemne skutki uboczne. Jeśli zdrowa osoba wejdzie w kontakt z tymi substancjami, zwiększa się ryzyko zachorowania na raka.

Krótkotrwałe działanie tych substancji polega na zatrzymaniu podziałów komórkowych i śmierci komórek. Stopniowe zmiany DNA w wolno rosnących komórkach mogą również w dłuższej perspektywie prowadzić do ich przekształcenia w komórki rakowe.

Ponadto alkilujące związki chemiczne w przemyśle i przemyśle spożywczym czasami wywołują skutki rakotwórcze i mutagenne. Należą do nich siarczan dimetylu w przemyśle chemicznym oraz środki dezynfekujące na zimno, diwęglan dimetylu i diwęglan dietylu w przemyśle spożywczym.

Własne metylacje organizmu mogą również prowadzić do chorób, jeśli są nieprawidłowe. Zwiększona lub zmniejszona aktywność genów jest oparta na metylacji DNA. Jednak gdy metylacja jest wadliwa, rozwijają się choroby. Nieprawidłowa aktywacja genów może na przykład skutkować guzami. Dzieje się tak, gdy gen regulatorowy podziału komórki jest nieaktywny. Aktywacja genów, które normalnie powinny być nieaktywne, może również prowadzić do degeneracji komórek. W różnych guzach stwierdzono różne wzorce metylacji w porównaniu z odpowiadającymi im zdrowymi tkankami. Nie ma znaczenia, czy stopień metylacji jest za silny czy za słaby.