و كادافيرين هو البوليامين التي تحدث بشكل طبيعي مع الأشكال النشطة بيولوجيا متعددة. البولي أمينات هي جزيئات ذات خصائص كاتيونية يتم توزيعها في جميع أنحاء العصارة الخلوية وتساعد في تنظيم نمو الخلايا وعمليات التمايز.
في الحيوانات ، ارتبطت الزيادات في تركيز الكادافيرين في العصارة الخلوية للخلايا بشكل عام بنمو الخلايا. ومع ذلك ، في بعض الأحيان ، قد يكون هذا النمو بسبب الأورام السرطانية في الأنسجة.
رسم تخطيطي لجزيء جثة (المصدر: كالفيرو عبر ويكيميديا كومنز)
في النباتات ، ثبت أن الكادافيرين يلعب دورًا أساسيًا في انقسام الخلايا وتكوين الأجنة. يتفاعل مباشرة مع الأحماض النووية والمكونات الأنيونية التي يمتلكها غشاء الخلية النباتية.
يتم تصنيع الكادافيرين بسهولة من أحد الأحماض الأمينية الأساسية ، الغنية بمجموعات النيتروجين ، مثل الألانين. لهذا السبب ، فإن الأطعمة الغنية بالأحماض الأمينية ، إذا لم يتم حفظها بشكل صحيح ، تتسبب في ظهور روائح فاسدة نتيجة تكوين الكادافيرين.
اليوم ، يتم إنتاج الكادافيرين باهتمام تجاري من خلال التخمير الميكروبي المباشر أو المفاعلات الحيوية للخلية الكاملة.
لكل هذه الأسباب ، يحتوي الكادافيرين على عدد كبير من التطبيقات للتكنولوجيا الحيوية في مجالات الزراعة والطب ، واليوم ، أصبح هذا المركب مادة كيميائية صناعية مهمة ، نظرًا لتنوع تطبيقاتها الواسعة.
بناء
يحتوي Cadaverine على نواة مكونة من α-alkane مكونة من 5 ذرات كربون مرتبة بطريقة خطية (بنتان) وفي نهاياتها (كربون 1 و 5) يحتوي على اثنين من الأمينات (ω- ديامين). هيكلها مشابه جدًا لهيكساميثيلين ديامين ، وبالتالي ، يتم استخدامه في تخليق البولي أميد والبولي يوريثان.
يأتي الاسم الشائع "كادافيرينا" من رائحة الجثث المتحللة. البكتيريا التي تبدأ في تحلل الأجسام تنتج كمية كبيرة من الكادافيرين وتسبب تلك الرائحة الكريهة.
الصيغة الجزيئية للكادافيرين هي C5H14N2 واسم المركب الكيميائي يمكن أن يكون 1،5-pentanediamine أو 1،5-diaminopentane. إنه مركب قابل للذوبان في الماء.
الوزن الجزيئي للكادافيرين هو 102.178 جم / مول ، وله نقطة انصهار تبلغ 9 درجات مئوية ونقطة غليان تبلغ 179 درجة مئوية. المركب قابل للاشتعال في وجود مصدر حرارة أعلى من 62 درجة مئوية.
في شكله التجاري ، يكون الكادافيرين في حالة سائلة عديمة اللون مع خاصية الرائحة الطاردة والرائعة للمركب.
هذا المركب متماثل مع البوتريسين ، ومع ذلك ، يحتوي البوتريسين على هيكل عظمي مركزي من أربع ذرات كربون (البوتان) وليس خمس ، مثل الكادافيرين.
تتميز معظم المركبات ذات البنية المشابهة للكادافيرين ، مثل بوتريسين ، نوريسبيميدين ، سبيرميدين ، وسبيرمين ، برائحتها القوية ، والتي تُعرف عادةً بأنها رائحة كريهة مميزة للحوم المتحللة.
المميزات
في البكتيريا
في البكتيريا ، تتمثل إحدى الوظائف الرئيسية للكادافيرين في تنظيم الأس الهيدروجيني في العصارة الخلوية ، أي أنه يحمي الخلايا من الإجهاد الحمضي ويحقق ذلك عندما ينخفض الرقم الهيدروجيني وهناك كميات وفيرة من L-lysine في الوسط ، التي يمكنهم من خلالها تصنيع جادافيرين.
يتم تنشيط آلية الحماية هذه عن طريق إرسال إشارات لبروتينات غشاء تسمى cadaverine C. يتم تنشيطها عندما تكتشف زيادة في تركيز أيونات H + خارج الخلية.
علاوة على ذلك ، عندما تكون الخلايا في ظروف لاهوائية (نقص الأكسجين) فإنها تحميها من عدم وجود الفوسفور غير العضوي (Pi).
في البكتيريا اللاهوائية ، يعتبر الكادافيرين مكونًا أساسيًا لجدار الخلية ، حيث يعمل كرابطة بين الببتيدوغليكان والغشاء الخارجي. يشارك Cadaverine أيضًا في التخليق الحيوي وتصدير حاملات الحديد إلى الوسط خارج الخلية.
في النباتات
تمت دراسة تطبيق الكادافيرين ومشتقاته في النباتات كمعدل للتوتر والشيخوخة. هذا يتدخل في نظام الإشارة لتنشيط أنظمة الدفاع ضد كلا العاملين.
يقترح بعض العلماء أن الكادافيرين يرتبط بالعمود الفقري لفوسفات السكر في الحمض النووي ، مما يحميه ويجعله أكثر استقرارًا ضد العوامل المطفرة ، حيث تم العثور على تركيزات عالية في الخلايا النباتية تحت الضغط الأسموزي والمالحي.
تقلل إضافة الكادافيرين إلى الأنسجة النباتية المجمدة من تلف الحمض النووي ، وتزيد من إنتاج الإنزيمات المضادة للأكسدة و mRNA. تم الكشف عن زيادة في تركيز الكادافيرين في الخلايا المصابة بمسببات الأمراض.
ومع ذلك ، لا يزال هناك العديد من الخلافات حول النشاط الدقيق للكادافيرين في الاستجابة المناعية للنباتات. بشكل عام ، يعتبر الكادافيرين بمثابة موصل ومحول إشارة في عملية التمثيل الغذائي الداخلي للنباتات.
في الحيوانات
لا يُعرف الكثير عن آلية عمل الكادافيرين في الحيوانات. ومع ذلك ، من الواضح أنه لا يتم تصنيعه في العصارة الخلوية ، لأن الخلايا الحيوانية لا تحتوي على الإنزيم الضروري لهذا التفاعل.
يتكون هذا المركب داخل الخلية من خلال طرق مختلفة. تم العثور دائمًا على وجود الكادافيرين في الخلايا الحيوانية النامية ، سواء كانت تظهر نموًا طبيعيًا أو مفرطًا (بسبب بعض الأمراض).
نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة
في جميع الكائنات الحية تقريبًا ، يتم إنتاج الكادافيرين عن طريق نزع الكربوكسيل المباشر من الحمض الأميني L- ألانين ، وذلك بفضل عمل إنزيم اللايسين ديكاربوكسيلاز داخل خلاياها.
مخطط رسومي لتركيب الكادافيرين عن طريق عمل إنزيم ليسين ديكاربوكسيلاز (LDC) (المصدر: RicHard-59 عبر ويكيميديا كومنز
في النباتات ، يوجد إنزيم اللايسين ديكاربوكسيلاز داخل البلاستيدات الخضراء. على وجه التحديد في السدى وفي براعم البذور (الشتلات) تم العثور على زيادة في إنتاج الكادافيرين.
ومع ذلك ، فإن البذور ، والمحور الجنيني ، والنباتات ، وال epicotyl ، و hypocotyl والجذور تظهر أعلى قمم نشاط إنزيم اللايسين decarboxylase في العديد من أنواع النباتات.
على الرغم من ما سبق ، هناك فجوة في المعلومات حول الإنتاج التجريبي للكادافيرين عن طريق التحفيز الأنزيمي المباشر ، حيث يفقد lysine decarboxylase 50 ٪ من نشاطه بعد إنتاج كمية معينة من الكادافيرين.
على المستوى الصناعي ، يتم الحصول على هذا المركب عن طريق طرق الفصل والتنقية من البكتيريا المحفوظة في المفاعلات الحيوية ، والتي يتم تحقيقها باستخدام المذيبات العضوية مثل n-butanol أو 2-butanol أو 2-octanol أو cyclohexanol.
هناك طريقة أخرى يتم من خلالها الحصول على عائد جيد في الحصول على الكادافيرين وهي فصل المراحل عن طريق الفصل الكروماتوجرافي أو التقطير أو الترسيب ، حيث أن لها نقطة انصهار أقل من العديد من المركبات الأخرى في تخمير الخلية.
المراجع
- جامارنيك ، أ ، وفريدمان ، آر بي (1991). Cadaverine ، وهو ثنائي أمين أساسي لنمو الجذور الطبيعي لبذور فول الصويا النابت (Glycine max). فسيولوجيا النبات، 97 (2) ، 778-785.
- Kovács، T.، Mikó، E.، Vida، A.، Sebő، É.، Toth، J.، Csonka، T.،… & Tóth، D. (2019). Cadaverine ، وهو مستقلب للميكروبيوم ، يقلل من عدوانية سرطان الثدي من خلال تتبع مستقبلات الأحماض الأمينية. التقارير العلمية، 9 (1) ، 1300.
- Ma، W.، Chen، K.، Li، Y.، Hao، N.، Wang، X.، & Ouyang، P. (2017). التقدم في إنتاج بكتيريا الجثة وتطبيقاتها. الهندسة ، 3 (3) ، 308-317.
- Samartzidou، H.، Mehrazin، M.، Xu، Z.، Benedik، MJ، & Delcour، AH (2003). يلعب تثبيط جادافيرين للبورين دورًا في بقاء الخلية عند درجة الحموضة الحمضية. مجلة علم الجراثيم، 185 (1) ، 13-19.
- Tomar، PC، Lakra، N.، & Mishra، SN (2013). Cadaverine: ليسين كاتابوليت يشارك في نمو النبات وتطوره. إشارات النبات وسلوكه، 8 (10) ، e25850.