嵌入（生物化学）

在生物化学中，嵌入是分子在脱氧核糖核酸(DNA)的平面碱基之间插入。这个过程被用作分析DNA的方法，也是某些中毒的基础。分子（在这种情况下，也称为配体）可以通过多种方式与DNA相互作用。配体可以通过共价结合、静电结合或嵌入与DNA相互作用。当适当大小和化学性质的配体适合自身位于DNA碱基对之间时，就会发生嵌入。这些配体大多是多环的、芳香的和平面的，因此通常可以产生良好的核酸染色。深入研究的DNA嵌入剂包括小檗碱、溴化乙锭、黄素、道诺霉素、多柔比星和沙利度胺。DNA嵌入剂用于化学治疗以抑制快速生长的癌细胞中的DNA复制。例子包括多柔比星（阿霉素）和柔红霉素（两者都用于治疗霍奇金淋巴瘤）和放线菌素（用于威尔姆氏肿瘤、尤文氏肉瘤、金属嵌入剂是金属阳离子与多环芳族配体的配合物。最常用的金属离子是钌(II)，因为它的配合物在生物环境中分解非常缓慢。已经使用的其他金属阳离子包括铑(III)和铱(III)。连接到金属离子上的典型配体是二吡啶和三联吡啶，它们的平面结构非常适合嵌入。为了使嵌入剂适合碱基对，DNA必须通过展开来动态地打开其碱基对之间的空间。展开程度因嵌入剂而异；例如，乙锭阳离子（在水溶液中发现的溴化乙锭的离子形式）将DNA展开约26°，而黄素将其展开约17°。这种展开导致碱基对分离或上升，形成约0.34nm(3.4Å)的开口。这种展开会引起DNA链的局部结构变化，例如DNA链的延长或碱基对的扭曲。

这些结构修饰可导致功能变化，通常会抑制转录和复制以及DNA修复过程，这使得嵌入剂成为有效的诱变剂。出于这个原因，DNA嵌入剂通常是致癌的，1961年，LeonardLerman首次提出插入作为正确大小（碱基对数量级）的阳离子、平面、多环芳族系统之间相互作用的机制。提出的一种插入机制如下：在等渗水溶液中，阳离子嵌入剂被静电吸引到聚阴离子DNA的表面。配体置换存在于围绕DNA的此类阳离子的凝聚云中的钠和/或镁阳离子（以部分平衡每个磷酸氧携带的负电荷的总和），从而与DNA的外表面形成弱静电缔合.从这个位置，配体沿DNA表面扩散，并可能滑入两个碱基对之间的疏水环境中，这两个碱基对可能会暂时打开以形成插入位点，从而使乙锭远离DNA周围的亲水（水）环境并进入插入部位。由于在与溶剂分子碰撞期间吸收的能量，碱基对会瞬时形成这种开口。