קדברין הוא polyamine טבעי עם צורות ביו מרובות. הפוליאמינים הם מולקולות בעלות מאפיינים קטיוניים המופצים בכל ציטוזול התא ומסייעים בוויסות תהליכי צמיחת התא והבדלתו.
אצל בעלי חיים, עלייה בריכוז הקדארין בציטוזול של תאים קשורה בדרך כלל לגידול בתאים. עם זאת, לעיתים, צמיחה כזו יכולה לנבוע מגידול במערכת הרקמה.
תרשים גרפי של מולקולת קדברין (מקור: Calvero. באמצעות Wikimedia Commons)
בצמחים הוכח כי קדארין ממלא תפקיד חיוני בחלוקת התאים ובעוברוגנזה. זה מקיים אינטראקציה ישירה עם חומצות גרעין ורכיבים אניוניים שיש לקרום התא הצמחי.
קדארין מסונתז בקלות מאחת מחומצות האמינו הבסיסיות, העשירה בקבוצות חנקן, כמו אלנין. מסיבה זו, מזונות העשירים בחומצות אמינו, אם אינם נשמרים כראוי, מפתחים ריחות רקובים כתוצאה מהיווצרות קדברין.
כיום מיוצרת קדברין עם עניין מסחרי באמצעות תסיסה ישירה של חיידקים או ביו-ריאקטורים שלמים.
מכל הסיבות הללו יש לקדאברין מספר רב של יישומים לביוטכנולוגיה בתחומי החקלאות והרפואה, וכרגע מתחם זה הופך לכימיקל תעשייתי חשוב, בשל מגוון היישומים הרבים שלו.
מִבְנֶה
לקדארין יש גרעין המורכב מ- α-אלקן המורכב מחמישה אטומי פחמן המסודרים בצורה ליניארית (פנטן) ובקצהו (פחמן 1 ו -5) יש שני אמינים (diam- דימין). המבנה שלו דומה מאוד לזה של הקסאמתילן-דיאמין, ולכן הוא משמש לסינתזה של פוליאמידים ופוליאורטנים.
השם הנפוץ "cadaverina" מקורו בניחוח של גוויות מתפרקות. חיידקים שמתחילים להתפרק גופים מסנתזים כמות גדולה של קדברין וגורמים לארומה לא עבירה זו.
הנוסחה המולקולרית של קדאדין היא C5H14N2 ושם התרכובת הכימית יכול להיות 1,5-pentanediamine או 1,5-diaminopentane. זהו תרכובת מסיסה במים.
המשקל המולקולרי של קדארין הוא 102.178 גרם / מול, יש לו נקודת התכה של 9 מעלות צלזיוס ונקודת רתיחה של 179 מעלות צלזיוס. המתחם דליק בנוכחות מקור חום מעל 62 מעלות צלזיוס.
בצורתו המסחרית, קדברין נמצאת במצב נוזלי חסר צבע עם הריח הדוחה והלא נעים האופייני לתרכובת.
תרכובת זו הומולוגית לפוטרסקין, עם זאת, לפוטרסקין יש שלד מרכזי של ארבעה אטומי פחמן (בוטאן) ולא חמישה, כמו קדברין.
מרבית התרכובות בעלות מבנה הדומה לקדאברין, כמו פוטרסקין, נורספמידדין, זרע זרע וזרע, מאופיינות בריחן החזק, המוכר בדרך כלל כריח רע מבחינה אופיינית לבשר מתפורר.
מאפיינים
בחיידקים
בחיידקים, אחד התפקידים העיקריים של קדאדין הוא ויסות ה- pH בציטוזול, כלומר הוא מגן על התאים מפני לחץ חומצי ומשיג זאת כאשר ה- pH יורד ויש כמויות בשפע של ל-ליזין במדיום, ממנו הם יכולים לסנתז קדברין.
מנגנון הגנה זה מופעל על ידי איתות של חלבוני ממברנה המכונה קדדרין C. אלה מופעלים כאשר הם מגלים עלייה בריכוז יוני H + מחוץ לתא.
יתר על כן, כאשר התאים נמצאים בתנאים אנאירוביים (היעדר חמצן) הוא מגן עליהם מפני היעדר זרחן אורגני (Pi).
בחיידקים אנאירוביים קדאדין הוא מרכיב חיוני בדופן התא, מכיוון שהוא מתפקד כקשר בין פפטידוגליקן לקרום החיצוני. Cadaverine משתתף גם בביוסינתזה ובייצוא של siderophores למדיום החוץ תאי.
בצמחים
בצמחים נבדק היישום של קדווארין ונגזרותיו כמודולטור של לחץ ושל סהרנס. זה מתערב במערכת האותות להפעלת מערכות ההגנה כנגד שני הגורמים.
ישנם מדענים המציעים כי קדברין נקשרת ל עמוד השדרה של פוספט הסוכר של ה- DNA, מגנה עליו והופכת אותו ליציב יותר כנגד חומרים מוטגניים, מכיוון שנמצאו ריכוזים גבוהים בתאי צמחים תחת לחץ אוסמוטי ומלח.
תוספת של קדווה לרקמות צמחים קפואות מורידה את נזקי ה- DNA, מגבירה את ייצור האנזימים הנוגדי חמצון ו- mRNA. עלייה בריכוז קדברין התגלתה בתאים הנגועים בפתוגנים.
עם זאת, עדיין קיימות מחלוקות רבות לגבי הפעילות המדויקת של קדברין בתגובה החיסונית של צמחים. באופן כללי, קדברין נחשבת כמוליכה ומתמרת אות בחילוף החומרים הפנימי של הצמחים.
אצל בעלי חיים
מעט ידוע על מנגנון הפעולה של קדברין בבעלי חיים. עם זאת, ברור שזה לא מסונתז בציטוזול, מכיוון שלתאי בעלי חיים אין את האנזים הדרוש לתגובה זו.
תרכובת זו נוצרת בתוך התא דרך מסלולים שונים. נוכחות קדברין נמצאה מאז ומתמיד בגידול בתאי בעלי חיים, בין אם הם מראים צמיחה תקינה או מוגזמת (בגלל פתולוגיה מסוימת).
סִינתֶזָה
כמעט בכל האורגניזמים, קדארין מיוצר על ידי דק-בוקסילציה ישירה של חומצת האמינו L-alanine, הודות לפעולת האנזים ליזין דקארבוקסילאז בתאים שלהם.
שרטוט גרפי של סינתזה של קדווארין על ידי פעולת האנזים ליזין דקארבוקסילאז (LDC) (מקור: RicHard-59 באמצעות ויקימדיה Commons
בצמחים נמצא האנזים ליזין דקארבוקסילאז בתוך כלורופלסטים. במיוחד בסטרומה ובקלעי הזרעים (שתילים) נמצא עלייה בייצור קדברין.
עם זאת, הזרעים, הציר העוברי, הקוטילדונים, האפיקוטיל, ההיפוקוטיל והשורשים מראים את שיא הפעילות הגבוה ביותר של האנזים ליזין דקארבוקסילאז במינים רבים של צמחים.
למרות האמור לעיל, יש למעשה פער מידע על ייצור ניסיוני של קדארין על ידי קטליזה אנזימטית ישירה, שכן ליזין דקרבוקסילאז מאבד 50% מפעילותו לאחר ייצור כמות מסוימת של קדארין.
ברמה התעשייתית, תרכובת זו מתקבלת בשיטות הפרדה וטיהור מחיידקים המוחזקים בביו-ריאקטורים, אשר מושגת באמצעות ממסים אורגניים כמו n-butanol, 2-butanol, 2-octanol או cyclohexanol.
שיטה נוספת שלפיה מתקבלת תשואה טובה בהשגת קדברין היא הפרדת שלבים באמצעות כרומטוגרפיה, זיקוק או משקעים, מכיוון שיש לה נקודת התכה נמוכה מזו של רבים מהתרכובות האחרות בתסיסה תאים.
הפניות
- Gamarnik, A., & Frydman, RB (1991). קדארין, דימין חיוני להתפתחות שורשית תקינה של זרעי סויה הנובטים (Glycine max). פיזיולוגיה של הצומח, 97 (2), 778-785.
- Kovács, T., Mikó, E., Vida, A., Sebő, É., Toth, J., Csonka, T., … & Tóth, D. (2019). קדארין, מטבוליט של המיקרוביומה, מפחית את האגרסיביות של סרטן השד באמצעות קולטני חומצות אמינו. דוחות מדעיים, 9 (1), 1300.
- מא, וו., חן, ק., לי, י., האו, נ., וואנג, אקס, ואויאנג, פ. (2017). התקדמות בייצור חיידקים קדחתניים ויישומיהם. הנדסה, 3 (3), 308-317.
- Samartzidou, H., Mehrazin, M., Xu, Z., Benedik, MJ, & Delcour, AH (2003). עיכוב קדארין של פורין ממלא תפקיד בהישרדות התא ב- pH חומצי. Journal of bacteriology, 185 (1), 13-19.
- Tomar, PC, Lakra, N., and Mishra, SN (2013). Cadaverine: קטבוליט ליזין המעורב בצמיחת והתפתחות הצמח. איתות צמחים והתנהגות, 8 (10), e25850.