Spermina

La spermina (Spm), insieme alla spermidina sono poliammine, classe di composti contenenti due o più gruppi amminici. La spermina è implicata in molti processi biologici come la regolazione della crescita batterica, la resistenza allo stress e alle malattie infettive, l’impacchettamento degli acidi nucleici e l’apoptosi.

Le poliammine si trovano in tutti i tessuti e le cellule viventi, inclusi microrganismi, animali e piante e svolgono ruoli importanti nella fisiologia cellulare, tra cui effetti sulla struttura delle macromolecole cellulari, espressione genica, funzione proteica, sintesi di acidi nucleici e proteine, regolazione dei canali ionici e protezione dai danni ossidativi.

La spermidina, scoperta dal naturalista olandese Antoni van Leeuwenhoek nel 1678, è una biomolecola naturale che è stata segnalata per possedere un ampio spettro di effetti benefici per la salute, che includono notevoli effetti antinfiammatori e antiossidanti e, a causa della sua carica positiva al pH fisiologico, interagisce con il DNA e contribuisce a stabilizzarlo

La spermina è presente in concentrazione millimolare nel plasma seminale dei mammiferi, compresi gli esseri umani, che è molto più alta rispetto ad altri fluidi corporei e promuove l’esocitosi acrosomiale negli spermatozoi bovini a bassa concentrazione, ma la inibisce ad alta concentrazione. Si è scoperto che l’eparina, un componente principale delle secrezioni del tratto riproduttivo femminile, facilita il rilascio di spermina dalla membrana dello sperma.

Proprietà della spermina

Il suo nome I.U.P.A.C. è N,N’-bis(3-amminopropil)butan-1,4-diammina e presenta quattro gruppi amminici di cui due primari e due secondari. Ha formula bruta C₁₀H₂₆N₄. Può essere considerata formalmente derivante dal tetradecano che ha formula CH₃(CH₂ )₁₂CH₃ in cui gli atomi di carbonio in posizione 1, 5, 10 e 14 sono sostituiti da atomi di azoto.

La spermina è solubile in acqua (50 mg/ml) e le soluzioni appaiono incolori o di colore giallo chiaro. Le soluzioni sono più stabili se preparate in acqua degassata e conservate in aliquote congelate, sotto gas inerte come argon o azoto.

È solubile in solventi organici come cloroformio, metanolo e alcoli a basso peso molecolare mentre è poco solubile in etere, benzene ed etere di petrolio. A causa dell’effetto induttivo, dell’ingombro sterico e dell’effetto di solvatazione degli ioni i quattro gruppi amminici presenti non hanno la stessa basicità che è dovuta, come per tutte le ammine alla presenza del doppietto elettronico solitario presente sull’atomo di azoto, che le rende basi secondo Brønsted e Lowry.

Pertanto il valore di K_b del primo gruppo amminico è di 7.9 · 10^-4 , maggiore rispetto a quello dell’ammoniaca, il valore di K_b del gruppo amminico terminale è pari a 1.3 · 10^-4. Come ci si può aspettare il valore di K_b dei gruppi amminici secondari è molto più basso e infatti K_b del gruppo amminico in posizione 4 è di 6.3 · 10^-6 e quello del gruppo amminico in posizione 7 vale 1.0 · 10^-6

Biosintesi

La spermina è generata tramite una serie di reazioni enzimatiche che utilizzano altre poliammine come substrati. Il principale precursore della biosintesi delle poliammine è l’arginina da cui si ottiene l’ornitina che è formata nel fegato dal ciclo dell’urea tramite la scissione enzimatica dell’arginina da parte dell’arginasi.

L’ornitina è decarbossilata dall’ornitina decarbossilasi (ODC),  che costituisce l’enzima limitante nella sintesi delle poliammine, in putrescina, che è il precursore immediato per la sintesi di spermidina e spermina.

La sintesi richiede un gruppo amminopropilico, che è fornito dalla S-adenosilmetionina (SAM) decarbossilasi, e dalla spermidina sintasi, una transferasi che trasferisce il gruppo amminopropilico della SAM alla putrescina che costituisce il substrato dell’enzima, generando spermidina.

La spermina sintasi, enzima appartenente alla classe delle transferasi, catalizza il trasferimento di un secondo gruppo amminopropile alla spermidina, formando la spermina. Un metodo per sintetizzare la spermina, già sviluppato nel 1948, è la riduzione del succinonitrile a 1,4-diamminobutano, seguita dalla cianoetilazione con acrilonitrile a un precursore diciano, seguita da un’ulteriore riduzione

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