A7.7 Skader på DNA og lægemidler

Supplerende stof

Kapitel A7 er et temakapitel og ligger uden for kernestoffet. Dette afsnit bruger reaktionstyper fra afsnit A3.3, komplekser fra afsnit A6.3, indgreb i en ligevægt fra afsnit B2.5 og den reaktion, DNA-polymerase katalyserer, fra afsnit A7.5.

NoteDet skal du kunne
  • forklare, hvordan cytosin kan blive til uracil, og hvorfor det er en skade
  • forklare, hvordan ultraviolet lys binder to thyminbaser sammen
  • forklare, hvordan lægemidlet cisplatin binder sig til DNA
  • forklare, hvordan et lægemiddel, der ligner et nucleotid, kan stoppe en DNA-streng

DNA er et holdbart molekyle, men det er ikke uforgængeligt. Hver dag sker der tusindvis af små kemiske ændringer i hver celles DNA. De fleste bliver repareret, men ikke alle, og en ændring, der bliver stående, er en mutation. Den samme kemi kan vendes til en fordel: mange lægemidler mod kræft og virus virker ved at ødelægge DNA eller ved at stoppe kopieringen af det.

Vand: cytosin bliver til uracil

Aminogruppen i cytosin kan reagere med vand. Den bliver spaltet fra som ammoniak, og tilbage sidder en carbonylgruppe.

Figur 1: Cytosin reagerer med vand og bliver til uracil.

Reaktionen er meget langsom, men DNA er så langt, at det sker omkring hundrede gange om dagen i hver celle.

Ændringen ser lille ud, men den vender om på hydrogenbindingerne. Cytosin giver og tager imod på en måde, der passer til guanin. Uracil passer i stedet til adenin, ligesom thymin gør. Bliver skaden ikke rettet, vil den nye streng få et A, næste gang DNA kopieres, og et basepar af G og C er blevet til et basepar af A og T.

Det forklarer, hvorfor DNA bruger thymin og ikke uracil. Thymin er uracil med en methylgruppe på. Fordi uracil ikke hører hjemme i DNA, kan cellens enzymer kende en uracil som en skadet cytosin, skære den ud og sætte en ny cytosin i. Havde DNA brugt uracil som almindelig base, ville skaden ikke kunne ses.

Lys: to thyminer bindes sammen

Baserne absorberer ultraviolet lys. Energien kan få to thyminbaser, der sidder ved siden af hinanden i samme streng, til at reagere med hinanden.

Figur 2: Ultraviolet lys binder to thyminbaser sammen.

De to dobbeltbindinger mellem carbonatomer åbner sig, og der dannes to nye enkeltbindinger mellem baserne. Hvert af de fire carbonatomer har fået en ny binding, og der er ikke fraspaltet noget. Det er en addition, som i afsnit A3.3, blot mellem to dobbeltbindinger.

Resultatet kaldes en thymindimer. De to baser er låst fast til hinanden og kan ikke længere parre rigtigt med den anden streng. Dobbeltspiralen får en bule, og DNA-polymerase kan ikke læse forbi stedet.

Det er den vigtigste grund til, at sollys kan give hudkræft. Solcreme indeholder stoffer, der selv absorberer det ultraviolette lys, før det når cellernes DNA.

Platin: cisplatin binder til guanin

Cisplatin er et lægemiddel mod kræft. Det er et kompleks, som du lærte om i afsnit A6.3, med en platin(II)ion som centralion og fire ligander: to ammoniakmolekyler og to chloridioner.

Figur 3: Cisplatin binder sig til to guaninbaser.

Chloridionerne kan skiftes ud med vandmolekyler:

[Pt(NH3)2Cl2] + 2 H2O ⇌ [Pt(NH3)2(H2O)2]2+ + 2 Cl−

Ligevægten afhænger af koncentrationen af chloridioner, som i afsnit B2.5:

[Cl−] Ligevægten
i blodet omkring 100 mM ligger til venstre: cisplatin beholder sine chloridioner
inde i cellen omkring 4 mM forskydes mod højre: chloridionerne skiftes ud

Lægemidlet er altså uvirksomt, mens det transporteres i blodet, og bliver først aktivt inde i cellen. Her skiftes vandmolekylerne ud med en bedre ligand: et nitrogenatom med et ledigt elektronpar i guanin. Platin binder sig til to guaninbaser ved siden af hinanden og låser dem sammen.

DNA-strengen får et knæk, og cellen kan ikke kopiere sit DNA. Kræftceller deler sig hele tiden og rammes derfor hårdest, men også andre celler, der deler sig tit, tager skade. Det er forklaringen på bivirkninger som hårtab og kvalme.

Falske byggesten

Den sidste gruppe lægemidler ligner DNA’s egne byggesten så meget, at et enzym tager fejl.

Figur 4: Lægemidlet AZT ligner thymidin, som er thymin bundet til deoxyribose, men mangler OH-gruppen på carbonatom 3′.

AZT var det første lægemiddel mod hiv. Virusets eget enzym bygger AZT ind i den DNA-streng, det er ved at lave. Men i afsnit A7.5 så du, at det næste nucleotid bindes til OH-gruppen på carbonatom 3′. Den gruppe har AZT ikke. Strengen kan ikke blive længere, og viruset kan ikke kopiere sit arvemateriale.

Menneskets egne enzymer er bedre til at kende forskel og bygger sjældent AZT ind. Lægemidlet rammer derfor viruset hårdere end kroppens celler. Flere midler mod herpes og andre virus virker på samme måde.

Fire skader, fire reaktioner

Årsag Det sker Kemien
vand cytosin bliver til uracil aminogruppen spaltes fra med vand
ultraviolet lys to thyminer bindes sammen addition mellem to dobbeltbindinger
cisplatin to guaniner låses sammen ligander skiftes ud i et kompleks
AZT strengen stopper OH-gruppen på carbonatom 3′ mangler
VigtigtTil den skriftlige prøve
  • Lægemidler er en yndet ramme om opgaver. Kernestoffet er det samme: funktionelle grupper, reaktionstyper, ligevægte og bindinger.
  • Skal du forklare, hvordan en ligevægt forskydes, når en koncentration ændres, så brug reaktionsbrøken eller reglen om indgreb.
  • Skal du forklare, hvorfor to molekyler, der ligner hinanden, virker forskelligt, så find den ene gruppe, der er anderledes, og hvad netop den gruppe skulle have gjort.
NoteKort sagt
  • Cytosin kan reagere med vand og blive til uracil, som parrer med adenin i stedet for guanin.
  • Ultraviolet lys kan binde to thyminbaser sammen ved en addition.
  • Cisplatin er et platinkompleks, der bliver aktivt inde i cellen og binder sig til to guaninbaser.
  • AZT mangler OH-gruppen på carbonatom 3′, så en DNA-streng med AZT ikke kan blive længere.
  • Mutationer er skader, der ikke bliver repareret.