Cadaverina: estructura, funciones y síntesis
La cadaverina es una poliamina de origen natural con múltiples formas bioactivas. Las poliaminas son moléculas con características catiónicas que se distribuyen por todo el citosol celular y ayudan a regular los procesos de crecimiento y diferenciación celular.
En los animales, los incrementos en la concentración de cadaverina en el citosol de las células generalmente se han relacionado con crecimiento celular. Sin embargo, en ocasiones, dicho crecimiento puede deberse a una tumorogénesis del tejido.
En las plantas se ha demostrado que la cadaverina tiene una función indispensable en la división celular y la embriogénesis. Interactúa de forma directa con los ácidos nucleicos y los componentes aniónicos que posee la membrana celular de las plantas.
La cadaverina se sintetiza fácilmente a partir de uno de los aminoácidos básicos, rico en grupos nitrogenados, como es la alanina. Debido a esto, los alimentos ricos en aminoácidos, si no se conservan debidamente, desarrollan olores putrefactos producto de la formación de cadaverina.
Hoy en día, la cadaverina se produce con interés comercial a través de fermentación microbiana directa o de biorreactores de células enteras.
Por todas estas razones, la cadaverina tiene una gran cantidad de aplicaciones para la biotecnología en las áreas de la agricultura y la medicina y, en la actualidad, este compuesto se está transformando en un importante químico industrial, debido a su gran variedad de aplicaciones.
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La cadaverina posee un núcleo conformado por un α-alcano compuesto por 5 átomos de carbono dispuestos de forma lineal (pentano) y que en sus extremos (carbonos 1 y 5) posee dos aminas (ω-diamina). Su estructura es muy similar a la de la hexametilendiamina y, por tanto, es utilizado en la síntesis de poliamidas y poliuretanos.
El nombre común “cadaverina” proviene del aroma de los cadáveres en descomposición. Las bacterias que comienzan a descomponer los cuerpos sintetizan una gran cantidad de cadaverina y causan ese aroma pestilente.
La fórmula molecular de la cadaverina es C5H14N2 y el nombre del compuesto químico puede ser 1,5-pentanodiamina o 1,5-diaminopentano. Es un compuesto soluble en agua.
El peso molecular de la cadaverina es de 102,178 g/mol, posee un punto de fusión de 9 °C y un punto de ebullición de 179 °C. El compuesto es inflamable en presencia de alguna fuente de calor por encima de los 62 °C.
En su forma comercial, la cadaverina se encuentra en estado líquido incoloro con el olor repelente y desagradable característico del compuesto.
Este compuesto es homólogo a la putrescina, no obstante, la putrescina posee un esqueleto central de cuatro átomos de carbono (butano) y no cinco, como la cadaverina.
La mayoría de los compuestos que poseen una estructura similar a la cadaverina, como son la putrescina, la norespimidina, la espermidina y la espermina, se caracterizan por su fuerte olor, reconocido típicamente como un olor fétido característico de la carne en descomposición.
En las bacterias, una de las principales funciones de la cadaverina es regular el pH en el citosol, es decir, protege a las células frente al estrés acídico y lo consigue cuando el pH disminuye y hay abundantes cantidades de L-lisina en el medio, a partir de la cual pueden sintetizan la cadaverina.
Este mecanismo de protección se activa por la señalización de unas proteínas de membrana llamadas cadaverina C. Estas se activan cuando detectan un incremento de la concentración de iones H+ en el exterior celular.
Además, cuando las células están en condiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno) las protege de la ausencia de fósforo inorgánico (Pi).
En las bacterias anaeróbicas la cadaverina es un componente esencial de la pared celular, ya que funciona como un enlace entre el peptidoglicano y la membrana externa. La cadaverina también participa en la biosíntesis y exportación de sideróforos al medio extracelular.
En las plantas se ha estudiado la aplicación de la cadaverina y sus derivados como modulador del estrés y de la senescencia. Esta interviene en el sistema de señales para activar los sistemas de defensa contra ambos factores.
Algunos científicos proponen que la cadaverina se une al esqueleto de azúcar fosfato del ADN, protegiéndolo y haciéndolo más estable contra los agentes mutagénicos, ya que se han encontrado altas concentraciones en las células vegetales que se encuentran bajo estrés osmótico y salino.
La adición de cadaverina a los tejidos de plantas congeladas disminuye el daño al ADN, incrementa la producción de enzimas antioxidantes y de ARNm. En las células infectadas por patógenos se ha detectado un incremento en la concentración de cadaverina.
Sin embargo, aún existen múltiples controversias sobre la actividad exacta de la cadaverina en la respuesta inmune de las plantas. En términos generales, la cadaverina es considerada como un conductor y transductor de señales en el metabolismo interno de las plantas.
En los animales se conoce poco del mecanismo de acción de la cadaverina. Empero, se tiene claro que no se sintetiza en el citosol, ya que las células animales no poseen a la enzima necesaria para dicha reacción.
Este compuesto se forma en el interior celular a través de rutas diferentes. Siempre se ha encontrado la presencia de cadaverina en las células animales en crecimiento, ya sea que presenten un crecimiento normal o desmedido (debido a alguna patología).
En casi todos los organismos la cadaverina se produce por la descarboxilación directa el aminoácido L-alanina, gracias a la acción de la enzima lisina descarboxilasa en el interior de sus células.
En las plantas, la enzima lisina descarboxilasa se encuentra en el interior de los cloroplastos. Específicamente en el estroma y en los brotes de las semillas (plántulas) se ha encontrado un aumento en la producción de cadaverina.
Sin embargo, las semillas, el eje embrionario, los cotiledones, el epicótilo, el hipocótilo y las raíces muestran los mayores picos de actividad de la enzima lisina descarboxilasa en muchas especies de plantas.
A pesar de lo anterior, existe, en realidad, un vacío de información sobre la producción experimental de cadaverina por catálisis enzimática directa, ya que la lisina descarboxilasa pierde un 50% de su actividad después de producir cierta cantidad de cadaverina.
A nivel industrial, este compuesto es obtenido por métodos de separación y purificación a partir de bacterias mantenidas en biorreactores, lo que se consigue utilizando solventes orgánicos del tipo n-butanol, 2-butanol, 2-octanol o ciclohexanol.
Otro método por el que se obtiene un buen rendimiento en la obtención de cadaverina es la separación de fases por una cromatografía, destilación o precipitación, ya que posee un punto de fusión más bajo que muchos de los otros compuestos en el fermentado celular.
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