Jump to content

Диалкилглицерин тетраэфир глицерина

Химическая структура кальдархеола, прототипа GDGT.

Глицеролдиалкилглицерилтетраэфирные липиды (GDGT) представляют собой класс мембранных липидов, синтезируемых архей и некоторыми бактериями , что делает их полезными биомаркерами для этих организмов в геологической летописи. Их присутствие, структура и относительное содержание в природных материалах могут быть полезны в качестве индикаторов температуры, поступления наземного органического вещества и pH почвы в прошлые периоды истории Земли. [ 1 ] Некоторые структурные формы ГДГТ легли в основу ТЕХ86 палеотермометра . [ 1 ] Изопреноидные GDGT, которые, как теперь известно, синтезируются многими классами архей, впервые были обнаружены в культурах экстремофильных архей. [ 2 ] Разветвленные ГДГТ, вероятно, синтезируются ацидобактериями . [ 3 ] были впервые обнаружены в образце природного голландского торфа в 2000 году. [ 4 ]

Химическая структура

[ редактировать ]
Химическая структура представительных изопреноидных ГДГЦ.

Химическую природу ГДГТ кратко описывает его название: они состоят из двух молекул глицерина, соединенных двумя алкильными цепями, удерживаемых вместе четырьмя эфирными связями. У живого микроба они присоединены к двум фосфатным головным группам, что позволяет им действовать как мембранные фосфолипиды . [ 1 ] По сравнению с типичным липидным бислоем у эукариот и большинства бактерий, GDGT-дифосфаты отличаются наличием двух головных групп, которые позволяют одной молекуле выполнять работу двух типичных фосфолипидов (обеспечивая монослои в воде) и лучше сопротивляются нагреванию. Они также связаны эфирными, а не сложноэфирными связями. [ 5 ]

Двумя основными структурными классами GDGT являются изопреноидные (isoGDGT) и разветвленные (brGDGT), что связано с различиями в структурах углеродного скелета. [ 1 ]

  • Изопреноидные соединения пронумерованы от -0 до -8, причем цифра обозначает количество циклопентановых колец, присутствующих в структуре углеродного скелета. Исключением является кренархеол , продукт Nitrososphaerota с одним фрагментом циклогексанового кольца в дополнение к четырем циклопентановым кольцам. [ 1 ]
  • Разветвленные GDGT имеют ноль, один или два циклопентановых фрагмента и дополнительно классифицируются в зависимости от расположения их разветвлений. [ 1 ] Они нумеруются римскими цифрами и буквами.
    • Римская цифра описывает общее количество модификаций, суммирующих ветвей и циклопентановые фрагменты. «I» означает 4, «II» означает 5, а «III» означает 6. Самый простой brGDGT - это GDGT-I с четырьмя метилами. [ 1 ]
    • Суффикс в нижнем регистре означает, что некоторые модификации представляют собой циклопентаны вместо метильных разветвлений. а означает один циклопентан, б означает два, и наоборот. Например, GDGT-IIb представляет собой соединение с тремя разветвлениями и двумя циклопентановыми фрагментами (всего пять модификаций). [ 1 ]

Биологическое происхождение

[ редактировать ]

архей Изопреноидные GDGT происходят из мембранных липидов , жирные кислоты которых превращаются в глицерин путем этерификации ( эфирный липид ). [ 1 ] Впервые они были признаны связанными с экстремофильными архей. [ 2 ] но исследования последних десятилетий обнаружили эти соединения в широком диапазоне мезофильных сред, включая почвы, озерные отложения и морские отложения. также [ 1 ] Филогенетические классы архей Nitrososphaerota (ранее Thaumarchaeota), Thermoproteota (ранее Crenarchaeota), Euryarchaeota и Korarchaeota производят GDGT. [ 1 ]

Разветвленные ГДГТ чаще всего обнаруживаются в торфах и почвах и наиболее связаны с наземными условиями. На сегодняшний день не получено прямых доказательств существования однозначного организма-источника, но структурное сходство ацидобактериального липида с алкильными цепями brGDGT убедительно свидетельствует о том, что ацидобактерии синтезируют brGDGT. [ 3 ] Стереохимия убедительно намекает на неархейное происхождение. [ 6 ]

GDGT-0 не имеет циклопентановых фрагментов и является наиболее распространенным изоGDGT, синтезируемым архей. Галофильные археи — единственная группа архей, не производящая GDGT-0. [ 1 ] Анализ изотопов углерода и связь с местами анаэробного окисления метана позволяют предположить, что GDGT-0 производится метанотрофами . [ 1 ] В микробиологической литературе, не посвященной геологической летописи, GDGT-0 иногда называют кальдархеолом . [ 1 ]

ГДГТ-1 – ГДГТ-4

[ редактировать ]

GDGT-1, GDGT-2 и GDGT-3 имеют одно, два и три циклопентановых кольца соответственно в своих изопреноидных бифитановых углеродных структурах соответственно. Нитрозосфаэроты являются крупнейшими продуцентами этих групп в морской и озерной среде. [ 1 ] Метаногены не считаются крупными синтезаторами этих молекул, за исключением Methanopyrus kandleri , который их производит. [ 1 ] Эти классы менее распространены, чем GDGT-0 и GDGRT-4. Они используются в палеотермометре TEX86 . [ 1 ]

ГДГТ-4 относится к версии с четырьмя циклопентановыми кольцами. Его довольно много (хотя отличить от кренархеола при помощи ГХ/МС нелегко, см. ниже). Нитрозосфаэрота также производит ГДГТ-4. [ 7 ]

Кренархеол

[ редактировать ]

Кренархеол в основном относят к окисляющим аммоний Nitrososphaerota и имеет четыре циклопентановых кольца плюс одно циклогексановое кольцо, что отличает его от GDGT-4 и уникально для типа Nitrososphaerota. [ 1 ] Эволюция циклогексанового кольца, вероятно, привела к корректировке плотности мембранной упаковки для более оптимального функционирования при более низких температурах океана, к которым адаптировались Nitrososphaerota. [ 8 ] Из-за структурного сходства кренархеол и GDGT-4 имеют одинаковое время элюирования с помощью ГХ/МС. [ 1 ] По распространенности они сходны с GDGT-0 и поэтому не включены в палеотермометр TEX 86, поскольку их численность превосходит менее распространенные группы GDGT. [ 9 ]

кренархеола Однако региоизомер входит в состав TEX 86 палеотермометра . Этот изомер, вероятно, отличается тем, что имеет цис -конфигурацию циклопентанового кольца, соседнего с дополнительным циклогексановым кольцом. Предполагается, что его также производит компания Nitrososphaerota. [ 9 ]

ГДГТ-5 – ГДГТ-8

[ редактировать ]

GDGT от -5 до -8 почти исключительно подходят для сред с экстремально высокими температурами, таких как горячие источники. Большее количество циклопентановых фрагментов способствует более плотной упаковке липидной структуры мембраны, которая лучше ингибирует трансмембранное прохождение протонов и ионов. Это увеличивает термическую стабильность молекул, которая необходима для выживания при экстремальных температурах. [ 10 ] [ 8 ]

Два белка, ответственные за создание этих GDGT, были идентифицированы у Sulfolobus acidocaldarius , термоацидофила. grsA отвечает за образование четырех циклопентановых колец в положении C7 (также наблюдается в менее богатых кольцами GDGT), тогда как grsB циклизуется в уникальном положении C3. Гомологи этих двух генов встречаются у Nitrososphaerota . [ 11 ]

Строительные блоки brGDGT, в частности длинные алкильные группы ( изодиаболовая кислота ), обнаружены в ацидобактериях подразделений 1, 3, 4 и 6. [ 3 ] [ 12 ] [ 13 ] Небольшие количества brGDGT-I были обнаружены в штамме Acidobacteriaceae A2-4c по полному масс-спектру и предположительно в штамме Acidobacteriaceae 307 с помощью одноионного мониторинга MS; [ 3 ] ни один из 44 других протестированных штаммов не был обнаружен по состоянию на 2018 год. [ 13 ] Более сложные известные в природе brGDGT пока не обнаружены ни в одной культуре клеток. [ 12 ]

Прокси на основе GDGT

[ редактировать ]
Молекулярные структуры и обнаружение ГДГТ с помощью ВЭЖХ. Получено из Тирни и Тингли (2015). [ 14 ]

Поскольку количество циклопентановых фрагментов в соединении GDGT связано с температурой среды роста, при этом увеличение количества циклопентановых колец приводит к повышению термической стабильности и позволяет выживать при более высоких температурах, распределение и численность GDGT можно использовать в качестве показателей палеоклимата . [ 1 ] TEX86 является одним из таких палеотермометров , который связывает распределение и относительное содержание GDGT-1, GDGT-2, GDGT-3 и изомера кренархеола с температурой поверхности моря в прошлом (SST) (см. TEX86 ). [ 1 ] GDGT-0, GDGT-4 и кренархеол исключены из рассмотрения для этого прокси из-за их очень высокого содержания по сравнению с isoGDGT 1–3. [ 1 ] Связь между распределением isoGDGT и температурой не является линейной, и некоторые исследования продемонстрировали ее явную склонность к нереально низким температурам в более низких широтах. [ 15 ] Текущие исследования показывают, что TEX86 лучше всего работает в диапазоне температур 15–34 градусов Цельсия. [ 1 ] Прежде чем использовать этот показатель, следует учитывать сезонную изменчивость продуктивности архей и глубины толщи воды, на которой растут археи. [ 1 ]

Индекс БИТ

[ редактировать ]

Индекс разветвленного тетраэфира изопреноида (BIT) связывает относительное содержание brGDGT в природном образце с относительным содержанием органического вещества почвы в этом образце. Он рассчитывается путем отношения суммы содержаний бактериально продуцируемых brGDGT к сумме содержаний brGDGT архей и основан на фундаментальной идее о том, что brGDGT производятся чаще всего в наземной среде (наиболее повсеместно в почвах и торфах), в то время как архейные isoGDGT (особенно кренархеолы) ) производятся в морской среде. [ 1 ] Хотя предостережения и аналитические неопределенности остаются проблемой, индекс BIT является потенциально полезным показателем для оценки количества органического вещества почвы, переносимого реками, по сравнению с морским органическим веществом. [ 1 ]

Индекс ОБТ/КПТ

[ редактировать ]

Индексы метилирования разветвленных тетраэфиров (MBT) и циклизации разветвленных тетраэфиров (CBT) связывают численность и распределение продуцируемых бактериями brGDGT с относительными изменениями pH почвы и среднегодовой температуры воздуха. [ 1 ] Необходимы дальнейшие исследования для оценки сезонной систематической ошибки, соответствующих протоколов калибровки и определения того, регистрируют ли распределения brGDGT температуру воздуха или почвы. [ 1 ]

Методы измерения

[ редактировать ]

GDGT идентифицируются с помощью органического геохимического анализа как полярные головные группы мембранных липидов. Высокоточная жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ВЭЖХ-МС) является основным средством анализа GDGT из-за устойчивости этого метода к высоким температурам. [ 1 ]

  1. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и Схоутен, Стефан; Хопманс, Эллен К.; Синнингхе Дамсте, Яап С. (1 января 2013 г.). «Органическая геохимия липидов тетраэфира диалкилглицерина: обзор» . Органическая геохимия . 54 : 19–61. Бибкод : 2013OrGeo..54...19S . doi : 10.1016/j.orggeochem.2012.09.006 . ISSN   0146-6380 .
  2. ^ Jump up to: а б ДеРоса, Марио; Де Роза, Сальваторе; Гамбакорта, Агата; Минале, Луиджи; Бу'Лок, Джон Д. (1 января 1977 г.). «Химическая структура эфирных липидов термофильных ацидофильных бактерий группы Caldariella» . Фитохимия . 16 (12): 1961–1965. Бибкод : 1977PChem..16.1961D . дои : 10.1016/0031-9422(77)80105-2 . ISSN   0031-9422 .
  3. ^ Jump up to: а б с д Синнингхе Дамте, Яап С.; Рийпстра, В. Ирен К.; Хопманс, Эллен Дж.; Вейерс, Йохан WH; Фозель, Бербель У.; Оверманн, Йорг; Дедыш, Светлана Н. (15 июня 2011 г.). «13,16-Диметилоктакозандиовая кислота (изо-диаболическая кислота), общий трансмембранный липид ацидобактерий подразделений 1 и 3» . Прикладная и экологическая микробиология . 77 (12): 4147–4154. Бибкод : 2011ApEnM..77.4147S . дои : 10.1128/АЕМ.00466-11 . ISSN   0099-2240 . ПМК   3131667 . ПМИД   21515715 .
  4. ^ Дамсте, Яап С. Синнингхе; Хопманс, Эллен К.; Панкост, Ричард Д.; Схоутен, Стефан; Джиневасен, Ян Эй Джей (2000). «Недавно обнаруженные неизопреноидные липиды тетраэфира глицерина, диалкилглицерина в отложениях» . Химические коммуникации (17): 1683–1684. дои : 10.1039/b004517i .
  5. ^ Схоутен, Стефан; ван дер Меер, Марсель Т.Дж.; Хопманс, Эллен К.; Рийпстра, В. Ирен К.; Рейзенбах, Анна-Луиза; Уорд, Дэвид М.; Синнингхе Дамсте, Яап С. (1 октября 2007 г.). «Архейные и бактериальные глицериндиалкилглицеринтетраэфирные липиды в горячих источниках Йеллоустонского национального парка» . Прикладная и экологическая микробиология . 73 (19): 6181–6191. Бибкод : 2007ApEnM..73.6181S . дои : 10.1128/АЕМ.00630-07 . ISSN   0099-2240 . ПМК   2074994 . ПМИД   17693566 .
  6. ^ Вейерс, Дж.В.; Схаутен, С; Хопманс, ЕС; Джиневасен, Дж.А.; Дэвид, Орегон; Коулман, Дж. М.; Панкост, РД; Синнингхе Дамсте, JS (апрель 2006 г.). «Мембранные липиды мезофильных анаэробных бактерий, обитающих в торфе, имеют типичные архейные черты». Экологическая микробиология . 8 (4): 648–57. Бибкод : 2006EnvMi...8..648W . дои : 10.1111/j.1462-2920.2005.00941.x . hdl : 1874/22590 . ПМИД   16584476 . S2CID   40067691 .
  7. ^ Дамсте, Дж.С.; Рийпстра, Висконсин; Хопманс, ЕС; Юнг, МОЙ; Ким, Дж.Г.; Ри, СК; Штигльмайер, М; Шлепер, К. (октябрь 2012 г.). «Интактные полярные и основные глицерин-дибифитанилглицерин-тетраэфирные липиды таумархеоты группы I.1a и I.1b в почве» . Прикладная и экологическая микробиология . 78 (19): 6866–74. Бибкод : 2012ApEnM..78.6866S . дои : 10.1128/АЕМ.01681-12 . ПМЦ   3457472 . ПМИД   22820324 .
  8. ^ Jump up to: а б Дамсте, Яап С. Синнингхе; Схоутен, Стефан; Хопманс, Эллен К.; ван Дуин, Адри Коннектикут; Джиневасен, Ян Эй Джей (октябрь 2002 г.). «Кренархеол» . Журнал исследований липидов . 43 (10): 1641–1651. doi : 10.1194/jlr.M200148-JLR200 . ПМИД   12364548 . S2CID   219230652 .
  9. ^ Jump up to: а б Синнингхе Дамте, Яап С.; Рийпстра, В. Ирен К.; Хопманс, Эллен Дж.; Ден Вейл, Мими Дж.; Вейерс, Йохан WH; Схоутен, Стефан (01 октября 2018 г.). «Загадочная структура изомера кренархеола» . Органическая геохимия . 124 : 22–28. Бибкод : 2018OrGeo.124...22S . doi : 10.1016/j.orggeochem.2018.06.005 . ISSN   0146-6380 . S2CID   102862633 .
  10. ^ Рэттрей, Джейн Э.; Смиттенберг, Риенк Х. (2020). «Разделение изомеров разветвленного и изопреноидного диалкилтетраэфира глицерина (GDGT) в торфяных почвах и морских отложениях с использованием обращенно-фазовой хроматографии» . Границы морской науки . 7 . дои : 10.3389/fmars.2020.539601 . hdl : 20.500.11850/455576 . ISSN   2296-7745 .
  11. ^ Цзэн, З; Лю, XL; Фарли, КР; Вэй, Дж. Х.; Меткалф, WW; Вызов, RE; Веландер, П.В. (5 ноября 2019 г.). «Белки циклизации GDGT идентифицируют доминирующие архейные источники тетраэфирных липидов в океане» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (45): 22505–22511. Бибкод : 2019PNAS..11622505Z . дои : 10.1073/pnas.1909306116 . ПМК   6842593 . ПМИД   31591189 .
  12. ^ Jump up to: а б Синнингхе Дамсте, JS; Рийпстра, Висконсин; Хопманс, ЕС; Фозель, Будапешт; Вюст, ПК; Оверманн, Дж; Танк, М; Брайант, округ Колумбия; Данфилд, ПФ; Хоутон, К; Стотт, МБ (сентябрь 2014 г.). «Эфир- и сложноэфирная связь изодиаболовой кислоты и других липидов у представителей ацидобактерий 4-го подразделения» . Прикладная и экологическая микробиология . 80 (17): 5207–18. Бибкод : 2014ApEnM..80.5207S . дои : 10.1128/АЕМ.01066-14 . ПМК   4136120 . ПМИД   24928878 .
  13. ^ Jump up to: а б Синнингхе Дамсте, Яап С.; Рийпстра, В. Ирен К.; Фозель, Бербель У.; Хубер, Катарина Дж.; Оверманн, Йорг; Накагава, Сатоши; Ким, Джун Джэ; Данфилд, Питер Ф.; Дедыш Светлана Н.; Вильянуэва, Лаура (октябрь 2018 г.). «Обзор появления мембранных липидов изодиаболовой кислоты, связанных с эфирными и эфирными связями, в микробных культурах ацидобактерий: значение палеопрокси brGDGT для температуры и pH» . Органическая геохимия . 124 : 63–76. Бибкод : 2018OrGeo.124...63S . doi : 10.1016/j.orggeochem.2018.07.006 .
  14. ^ Тирни, Джессика Э.; Тингли, Мартин П. (23 июня 2015 г.). «База данных поверхностных отложений TEX86 и расширенная байесовская калибровка» . Научные данные . 2 (1): 150029. doi : 10.1038/sdata.2015.29 . ISSN   2052-4463 . ПМЦ   4477698 . ПМИД   26110065 .
  15. ^ Чжан, И Гэ; Пагани, Марк; Лю, Чжунхуэй (4 апреля 2014 г.). «12-миллионная история температуры тропической части Тихого океана» . Наука . 344 (6179): 84–87. Бибкод : 2014Sci...344...84Z . дои : 10.1126/science.1246172 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   24700856 . S2CID   206552476 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0cbf0f4ca1114e4ef96bed53a632cd7c__1704065580
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0c/7c/0cbf0f4ca1114e4ef96bed53a632cd7c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Glycerol dialkyl glycerol tetraether - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)