カダベリンは、複数の生理活性の形で天然に存在するポリアミンです。ポリアミンは、細胞のサイトゾル全体に分布し、細胞の成長と分化のプロセスを制御するのに役立つカチオン特性を持つ分子です。
動物では、細胞のサイトゾル中のカダベリンの濃度の増加は、一般的に細胞の成長に関連しています。しかしながら、時々、そのような成長は組織の腫瘍形成が原因であるかもしれません。
カダベリン分子の図解（出典：Calvero、Wikimedia Commons経由）
植物では、カダベリンは細胞分裂と胚発生に重要な役割を果たすことが示されています。植物の細胞膜が持つ核酸や陰イオン成分と直接相互作用します。
カダベリンは、アラニンなどの窒素基が豊富な塩基性アミノ酸の1つから簡単に合成されます。このため、アミノ酸が豊富な食品は、適切に保存されないと、カダベリンの形成の結果として腐った臭いが発生します。
今日、カダベリンは直接微生物発酵または全細胞バイオリアクターを通じて商業的関心を持って生産されています。
これらすべての理由により、カダベリンは農業と医学の分野でバイオテクノロジーに多くの用途があり、現在、この化合物はその幅広い用途のために重要な工業用化学品になりつつあります。
構造
カダベリンの核は、5つの炭素原子が直線状に配置されたα-アルカン（ペンタン）で構成され、その末端（炭素1と5）には2つのアミン（ω-ジアミン）があります。その構造はヘキサメチレンジアミンの構造と非常に似ているため、ポリアミドやポリウレタンの合成に使用されます。
通称「カダベリーナ」は、死体を分解する香りからきています。体を分解し始める細菌は大量のカダベリンを合成し、その悪臭を引き起こします。
カダベリンの分子式はC5H14N2で、化合物の名前は1,5-ペンタンジアミンまたは1,5-ジアミノペンタンです。水に溶ける化合物です。
カダベリンの分子量は102.178 g / molで、融点は9°C、沸点は179°Cです。このコンパウンドは、62°Cを超える熱源の存在下で可燃性です。
市販の形態では、カダベリンは無色の液体状態であり、化合物に特有の忌避的で不快な臭いがあります。
この化合物はプトレシンに相同ですが、プトレシンはカダベリンのように5つの炭素原子ではなく4つの炭素原子の中心骨格を持っています。
プトレシン、ノルエピシミジン、スペルミジン、スペルミンなどのカダベリンに似た構造を持つほとんどの化合物は、強い臭いが特徴であり、通常、腐敗肉の悪臭として認識されます。
特徴
バクテリアで
細菌では、カダベリンの主な機能の1つはサイトゾルのpHを調整することです。つまり、酸性ストレスから細胞を保護し、pHが低下して培地に大量のL-リジンが存在する場合にこれを達成します。それらからカダベリンを合成することができます。
この保護メカニズムは、カダベリンCと呼ばれる膜タンパク質のシグナル伝達によって活性化されます。これらは、細胞外のH +イオンの濃度の増加を検出すると活性化されます。
さらに、細胞が嫌気性条件（酸素の不在）にある場合、無機リン（Pi）の不在から細胞を保護します。
嫌気性細菌では、カダベリンはペプチドグリカンと外膜の間の結合として機能するため、細胞壁の必須成分です。カダベリンはまた、細胞外培地へのシデロフォアの生合成および輸出に参加しています。
植物で
植物では、ストレスと老化のモジュレーターとしてのカダベリンとその誘導体の応用が研究されています。これは信号システムに介入して、両方の要因に対して防御システムをアクティブにします。
一部の科学者は、浸透圧と生理食塩水ストレス下の植物細胞で高濃度が見られるため、カダベリンがDNAの糖リン酸バックボーンに結合してそれを保護し、変異原性物質に対してより安定にすることを提案しています。
凍結した植物組織にカダベリンを添加すると、DNA損傷が減少し、抗酸化酵素とmRNAの産生が増加します。病原体に感染した細胞でカダベリンの濃度の増加が検出されました。
しかし、植物の免疫応答におけるカダベリンの正確な活性については、まだ多くの論争があります。一般的に、カダベリンは、植物の内部代謝における導体および信号トランスデューサーと見なされています。
動物で
動物におけるカダベリンの作用機序についてはほとんど知られていない。しかし、動物細胞にはこの反応に必要な酵素がないため、サイトゾルでは合成されないことが明らかです。
この化合物は、異なる経路を介して細胞内で形成されます。カダベリンの存在は、それらが正常または過度の成長を示すかどうかに関係なく、成長している動物細胞で常に見られます（いくつかの病状のため）。
合成
ほとんどすべての生物では、細胞内の酵素リジン脱炭酸酵素の作用により、カダベリンはアミノ酸L-アラニンの直接脱炭酸によって生成されます。
酵素リジン脱炭酸酵素（LDC）の作用によるカダバエリン合成の図式的スキーム（出典：RicHard-59 Via Wikimedia Commons）
植物では、酵素リジン脱炭酸酵素は葉緑体の中にあります。具体的には、間質および種子の苗条（実生）において、カダベリンの生産の増加が見られた。
しかし、種子、胚軸、子葉、上胚軸、胚軸および根は、多くの種の植物において酵素リジン脱炭酸酵素の活性の最高ピークを示します。
上記にも関わらず、リジン脱炭酸酵素は一定量のカダベリンを生成した後、その活性の50％を失うため、直接酵素触媒によるカダベリンの実験的生成には情報ギャップがあります。
工業レベルでは、この化合物は、n-ブタノール、2-ブタノール、2-オクタノール、シクロヘキサノールなどの有機溶媒を使用して達成される、バイオリアクターで維持されている細菌からの分離および精製方法によって得られます。
カダベリンを得る際に良好な収率が得られる別の方法は、細胞発酵における他の多くの化合物よりも融点が低いため、クロマトグラフィー、蒸留、または沈殿による相の分離です。
参考文献
- Gamarnik、A.&Frydman、RB（1991）。カダベリン、発芽ダイズ（Glycine max）種子の通常の根の発達に不可欠なジアミン。植物生理学、97（2）、778-785。
- Kovács、T.、Mikó、E.、Vida、A.、Sebő、É。、Toth、J.、Csonka、T。、…&Tóth、D。（2019）。マイクロバイオームの代謝産物であるカダベリンは、微量のアミノ酸受容体を介して乳がんの攻撃性を低下させます。科学レポート、9（1）、1300。
- Ma、W.、Chen、K.、Li、Y.、Hao、N.、Wang、X.、&Ouyang、P.（2017）カダベリン細菌生産とその応用の進歩。エンジニアリング、3（3）、308-317。
- Samartzidou、H.、Mehrazin、M.、Xu、Z.、Benedik、MJ、&Delcour、AH（2003）。ポリンのカダベリン阻害は、酸性pHでの細胞生存に役割を果たします。細菌学のジャーナル、185（1）、13-19。
- Tomar、PC、Lakra、N.、&Mishra、SN（2013）。カダベリン：植物の成長と発達に関与するリジン異化代謝産物。植物のシグナル伝達と行動、8（10）、e25850。