Kadaverino yra natūraliai poliaminas su keliais biologiškai aktyvių formų. Poliaminai yra molekulės, turinčios katijonines savybes, kurios pasiskirsto ląstelės citozolyje ir padeda reguliuoti ląstelių augimą bei diferenciacijos procesus.
Gyvūnams cadaverino koncentracijos padidėjimas citozolyje ląstelėse paprastai buvo susijęs su ląstelių augimu. Tačiau kartais tokį augimą gali lemti audinio augliogenezė.
Cadaverino molekulės grafinė schema (Šaltinis: Calvero. Via Wikimedia Commons)
Įrodyta, kad augaluose cadaverinas vaidina svarbų vaidmenį ląstelių dalijimosi ir embriogenezėje. Jis tiesiogiai sąveikauja su nukleorūgštimis ir anijoniniais komponentais, kuriuos turi augalų ląstelių membrana.
Cadaverinas lengvai sintetinamas iš vienos pagrindinių aminorūgščių, turinčių daug azoto grupių, tokių kaip alaninas. Dėl šios priežasties maisto produktai, turintys daug aminorūgščių, jei nėra tinkamai konservuoti, dėl susidariusio cadaverino išskiria supuvusius kvapus.
Šiandien cadaverinas yra gaminamas komerciniais tikslais per tiesioginę mikrobų fermentaciją arba ištisų ląstelių bioreaktorius.
Dėl visų šių priežasčių cadaverinas yra pritaikytas daugeliui biotechnologijų žemės ūkio ir medicinos srityse, todėl šiuo metu šis junginys tampa svarbia pramonine chemikale dėl savo plataus pritaikymo.
Struktūra
Cadaverinas turi branduolį, sudarytą iš α-alkano, sudaryto iš 5 anglies atomų, linijiškai išdėstytų (pentano), o jo galuose (1 ir 5 anglies atomai) yra du aminai (ω-diaminas). Jo struktūra labai panaši į heksametiilendiamino struktūrą, todėl jis naudojamas poliamidų ir poliuretanų sintezėje.
Bendras pavadinimas „cadaverina“ kilęs iš ardančių lavonų kvapo. Bakterijos, kurios pradeda skaidyti kūnus, sintezuoja didelį kiekį cadaverino ir sukelia tą nemalonų aromatą.
Cadaverino molekulinė formulė yra C5H14N2, o cheminio junginio pavadinimas gali būti 1,5-pentanediaminas arba 1,5-diaminopentanas. Tai junginys, tirpus vandenyje.
Cadaverino molekulinė masė yra 102,178 g / mol, jo lydymosi temperatūra yra 9 ° C, virimo temperatūra - 179 ° C. Junginys yra degus esant šilumos šaltiniui virš 62 ° C.
Komercinės formos cadaverinas yra bespalvio skysčio pavidalo ir pasižymi repelentiniu ir nemaloniu kvapu, būdingu junginiui.
Šis junginys yra homologiškas putrescinui, tačiau putrescino centrinis skeletas turi keturis anglies atomus (butaną), o ne penkis, kaip cadaverinas.
Daugeliui junginių, kurių struktūra panaši į cadaveriną, pavyzdžiui, putrescinui, norespimidinui, spermidinui ir sperminui, būdingas stiprus kvapas, paprastai atpažįstamas kaip blogas kvapas, būdingas pūvančiai mėsai.
funkcijos
Esant bakterijoms
Bakterijose viena pagrindinių cadaverino funkcijų yra reguliuoti pH citozolyje, tai yra, ji apsaugo ląsteles nuo rūgštinio streso ir tai pasiekia sumažėjus pH, o terpėje yra gausus L-lizino kiekis, iš kurių jie gali susintetinti cadaveriną.
Šis apsaugos mechanizmas suaktyvinamas signalizuojant apie membraninius baltymus, vadinamus kadaverinu C. Jie suaktyvinami pastebėjus padidėjusią H + jonų koncentraciją ląstelėje.
Be to, kai ląstelės yra anaerobinėmis sąlygomis (nėra deguonies), tai apsaugo jas nuo neorganinio fosforo (Pi) nebuvimo.
Anaerobinėse bakterijose cadaverinas yra svarbus ląstelės sienos komponentas, nes jis veikia kaip ryšys tarp peptidoglikano ir išorinės membranos. Cadaverinas taip pat dalyvauja biosintezėje ir sideroforų eksporte į tarpląstelinę terpę.
Augaluose
Augaluose buvo tiriamas cadaverino ir jo darinių, kaip streso ir senėjimo moduliatoriaus, panaudojimas. Tai įsikiša į signalų sistemą, kad suaktyvintų gynybos sistemas nuo abiejų veiksnių.
Kai kurie mokslininkai siūlo, kad kadaverinas prisijungtų prie cukraus fosfato DNR stuburo, apsaugodamas jį ir padarydamas jį stabilesnį nuo mutageninių veiksnių, nes augalų ląstelėse rasta didelė koncentracija, veikiant osmosiniam ir fiziologiniam tirpalui.
Kadaverino pridėjimas prie šaldytų augalų audinių sumažina DNR pažeidimus, padidina antioksidantų fermentų ir mRNR gamybą. Patogenų užkrėstose ląstelėse nustatyta padidėjusi cadaverino koncentracija.
Tačiau vis dar yra daug ginčų dėl tikslaus kadaverino aktyvumo augalų imuniniame atsake. Apskritai, cadaverinas yra laikomas laidininku ir signalo keitikliu vidiniame augalų metabolizme.
Gyvūnuose
Apie cadaverino veikimo mechanizmą gyvūnams mažai žinoma. Tačiau akivaizdu, kad jis nesintetinamas citozolyje, nes gyvūnų ląstelės neturi šiai reakcijai reikalingo fermento.
Šis junginys ląstelėje susidaro skirtingais keliais. Kadaverino visada buvo rasta augančiose gyvūnų ląstelėse, nesvarbu, ar jos normaliai auga, ar per daug (dėl tam tikros patologijos).
Sintezė
Beveik visuose organizmuose kadaverinas gaminamas tiesiogiai dekarboksilinant aminorūgštį L-alaniną dėl fermento lizino dekarboksilazės veikimo jų ląstelėse.
Grafinė kadavaerino sintezės schema veikiant fermentui lizino dekarboksilazei (LDC) (Šaltinis: RicHard-59, „Wikimedia Commons“
Augaluose fermento lizino dekarboksilazė randama chloroplastų viduje. Konkrečiai stromoje ir sėklų (sodinukų) ūgliuose nustatyta, kad padaugėjo cadaverino.
Tačiau sėklos, embriono ašis, skydliaukės, epikotilas, hipokotilas ir šaknys rodo didžiausią fermento lizino dekarboksilazės aktyvumo viršūnę daugelyje augalų rūšių.
Nepaisant to, kas išdėstyta pirmiau, iš tikrųjų yra informacijos apie eksperimentinę cadaverino gamybą atliekant tiesioginę fermentinę katalizę, nes lizino dekarboksilazė praranda 50% savo aktyvumo pagaminusi tam tikrą kiekį cadaverino.
Pramoniniu lygmeniu šis junginys gaunamas atskyrimo ir gryninimo metodais nuo bakterijų, palaikomų bioreaktoriuose, kuris gaunamas naudojant organinius tirpiklius, tokius kaip n-butanolis, 2-butanolis, 2-oktanolis arba cikloheksanolis.
Kitas būdas, kuriuo gaunamas geras derlius gaunant cadaveriną, yra fazių atskyrimas chromatografijos, distiliavimo ar nusodinimo būdu, nes jo lydymosi temperatūra yra žemesnė nei daugelio kitų junginių ląstelių fermentacijos metu.
Nuorodos
- Gamarnik, A., & Frydman, RB (1991). Cadaverinas, būtinas diaminas normaliam daiginamų sojų (Glycine max) sėklų šaknų vystymuisi. Augalų fiziologija, 97 (2), 778–785.
- Kovács, T., Mikó, E., Vida, A., Sebő, É., Toth, J., Csonka, T.,… ir Tóth, D. (2019). Cadaverinas, mikrobiomo metabolitas, sumažina krūties vėžio agresyvumą per pėdsakų aminorūgščių receptorius. Moksliniai pranešimai, 9 (1), 1300.
- Ma, W., Chen, K., Li, Y., Hao, N., Wang, X. ir Ouyang, P. (2017). Kadaverino bakterijų gamybos ir taikymo pažanga. Inžinerija, 3 (3), 308-317.
- Samartzidou, H., Mehrazin, M., Xu, Z., Benedik, MJ, ir Delcour, AH (2003). Cadaverino slopinimas porina vaidina svarbų vaidmenį ląstelių išgyvenime esant rūgščiam pH. Žurnalas apie bakteriologiją, 185 (1), 13–19.
- „Tomar“, PC, Lakra, N., & Mishra, SN (2013). Cadaverinas: lizino katabolitas, susijęs su augalų augimu ir vystymusi. Augalų signalizavimas ir elgsena, 8 (10), e25850.