Кренархеол
| |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК
[(9 С , 12 С , 16 С , 24 С , 28 Р , 31 Р , 35 С , 43 С , 46 С , 50 С , 58 С , 62 Р , 65 Р )-12-(Гидроксиметил)-9,16,24,28,31,35,43,50,58,62,65-ундекаметил-11,14,45,48-тетраоксагексацикло[63.3.1.1 2,5 .1 20,23 .1 36,39 .154,57]тригептаконтан-46-ил]метанол
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| ХимическийПаук | |
ПабХим CID
|
|
| Характеристики | |
| С 82 Н 154 О 6 | |
| Молярная масса | 1 236 .128 g·mol −1 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Кренархеол представляет собой глицерин- бифитан-глицерин-тетраэфир (GDGT) биологический мембранный липид . Вместе с археолом кренархеол составляет основной компонент мембран архей. [ 1 ] Мембраны архей отличаются от мембран бактерий и эукариот тем, что они содержат изопреноидные GDGT вместо диациллипидов, которые обнаружены в других доменах (бактериях, прокариях). Было высказано предположение, что мембранные липиды GDGT являются адаптацией к высоким температурам, присутствующим в среде обитания экстремофильных архей. [ 2 ]
Открытие и распространение
[ редактировать ]Архейные ГДГТ впервые были обнаружены в пелагических водах. [ 3 ] Неизвестные ГДГТ также были обнаружены в морских отложениях. [ 4 ] и выделен из Cenarchaeum symbiosum , [ 5 ] Морские археи, окисляющие аммиак и живущие в симбиозе с губками .
После открытия GDGT за пределами гидротермальных сред кренархеол был впервые идентифицирован как основной компонент GDGT в поверхностных отложениях и экстрактах C. symbiosum с помощью двумерной спектроскопии ядерного магнитного резонанса (2D-ЯМР). [ 6 ] Он был назван в честь типа Crenarchaeota (ныне Thermoproteota ), к которому, как считалось, принадлежали пелагические археи, окисляющие аммиак и производящие кренархеол, до того, как было предложено считать Crenarchaeota морской группы I отдельным типом Thaumarchaeota (ныне Nitrososphaerota ). [ 7 ]
Встречаемость в организмах, окисляющих аммиак
[ редактировать ]Кренархеол был предложен в качестве биомаркера пелагических , окисляющих аммиак архей (АОА). [ 2 ] Кренархеол продуцируется АОА, принадлежащим к типу Nitrososphaerota (ранее классифицировавшемуся как Crenarchaeota морской группы 1). Было подтверждено, что он продуцируется чистыми культурами пелагического мезотермного C. symbiosum. [ 6 ] и Nitrosopumilus maritimus , [ 8 ] а также умеренно теплолюбивая Nitrososphaera gargensis. [ 2 ] и гипертермофильный Candidatus Nitrosocaldus Yellowstonii . [ 9 ] Открытие того, что кренархеол у Ca. N. Yellowstonii и N. gargensis опровергли предыдущий консенсус о том, что кренархеол специфичен для мезотермных Nitrososphaerota, и позволяют предположить, что он встречается более широко внутри этого типа.
В биологии
[ редактировать ]Химия и функции
[ редактировать ]Структурно молекула состоит из двух длинных углеводородных цепей, которые проходят через клеточную мембрану и каждая связана с глицерином посредством эфирной связи.
Как и другие GDGT, кренархеол представляет собой мембранный липид с четко выраженными гидрофобными и гидрофильными участками. Длинные неполярные углеводородные цепи гидрофобны, тогда как головные группы глицерина с эфирными связями являются полярными и гидрофильными. У большинства организмов клеточная мембрана состоит из липидного бислоя , в котором фосфолипиды расположены так, что их гидрофобные неполярные углеводородные хвосты обращены внутрь друг к другу, а их гидрофильные полярные головные группы обращены наружу, чтобы связываться с полярной средой цитоплазмы или внешней оболочки клетки. Этой организации способствует гидрофобный эффект , который делает гидрофобные молекулы энергетически выгодными для изоляции от водной среды. Поскольку GDGT имеют две гидрофильные головные группы, они образуют липидный монослой в клеточной мембране вместо бислоя, что делает архей, продуцирующих GDGT, исключительными среди всех кладов жизни. [ 10 ] Первоначально считалось, что мембранные липиды ГДГТ являются адаптацией к жизни в условиях высоких температур и кислотности. Поскольку две стороны монослоя липида соединены ковалентными связями, а не более слабыми межмолекулярными силами , которые способствуют сплочению бислоев, они более стабильны, чем типичные бислои. [ 10 ] Эта гипотеза подтверждается наблюдением, что некоторые экстремофильные бактерии синтезируют свои собственные трансмембранные эфирсвязанные аналоги ГДГТ. [ 11 ] Циклические фрагменты ГДГТ также могут быть адаптацией к гипертермическим условиям. [ 6 ] а количество колец в длинных углеводородных цепях GDGT зависит от температуры. [ 12 ] Кренархеол имеет два циклопентильных фрагмента на одной из углеводородных цепей и один циклогексильный и два циклопентильных фрагмента на другой.
Однако открытие того, что кренархеол и другие GDGT производятся организмами, живущими в мезотермальной среде, поставило под сомнение гипотезу гипертермической адаптации. [ 10 ] Было высказано предположение, что отличительная циклогексильная группа кренархеола является адаптацией к пелагической жизни, поскольку она вызывает «перегиб» в одной из углеводородных цепей кренархеола, который препятствует плотной упаковке мембранных липидов, что было бы благоприятно при высоких температурах, но неблагоприятно при умеренные. [ 6 ]
Сохранение и деградация в отложениях
[ редактировать ]Кренархеолы стабильны в окружающей среде на протяжении сотен миллионов лет. Он является частью TEX 86 палеотермометра , температурного показателя температуры поверхности моря , который использовался для реконструкции палеоклимата вплоть до средней юры (~ 160 млн лет назад). [ 13 ]
Кренархеол и другие ГДГТ могут сохраняться в окружающей среде сотни миллионов лет. [ 13 ] при правильных условиях. Большинство ГДГТ разлагаются при температуре от 240 до 300 ° C и поэтому не обнаруживаются в горных породах, подвергшихся нагреву до температур выше 300 ° C. [ 14 ] GDGT подвергаются разложению под воздействием кислорода, но относительная концентрация осадка GDGT имеет тенденцию оставаться неизменной даже во время разложения, а это означает, что разложение не мешает таким прокси, как TEX 86. [ 15 ] которые основаны на соотношениях различных ГДГТ.
ТЭК 86 Палеотермометр
[ редактировать ]Количество колец в углеводородных цепочках GDGT зависит от температуры и составляет основу палеотермометра TEX 86 , прокси-сервера для измерения температуры древней поверхности моря (SST). [ 16 ] это основано на измерениях содержания кренархеола и его изомеров. Кренархеол имеет региоизомер , который, согласно радиоуглеродному анализу, может иметь другое происхождение, чем другие изопреноидные GDGT. Возможные источники региоизомера включают бентосные археи и диагенез кренархеол, поскольку региоизомер встречается в небольших количествах в поверхностных водах и в культурах пелагических таумаркей. Несмотря на это, если его исключить из расчетов TEX 86 , корреляция палеотермометра с температурой поверхности моря становится менее очевидной, что указывает на то, что он является необходимым компонентом TEX 86 . [ 17 ]
Изоляция и измерение
[ редактировать ]GDGT, такие как кренархеол, можно анализировать с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии/ химической ионизации при атмосферном давлении – масс-спектрометрии (ВЭЖХ/APCI-MS) после экстракции и кислотного гидролиза . [ 18 ] Кислотный гидролиз отщепляет полярные головные группы молекулы, оставляя неполярные цепи. Это необходимо для хроматографии, которая плохо подходит для анализа полярных молекул. Было продемонстрировано, что различные методы экстракции эффективны для GDGT. Одним из распространенных методов является экстракция ультразвуком метанола с последующей промывкой неполярным растворителем дихлорметаном (DCM) . [ 18 ] ГДГТ имеют характеристику [M + H] + - 18 и [М+Ч] + - 74 иона [ 18 ] что для кренархеола имеет массу 1218 и 1162 Да соответственно. Относительное содержание GDGT можно определить путем интегрирования площадей пиков их характеристических ионов.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кафорио, Антонелла; Дриссен, Арнольд Дж. М. (2017). «Архейные фосфолипиды: структурные свойства и биосинтез» (PDF) . Биохимия и биофизика Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1862 (11): 1325–1 дои : 10.1016/j.bbalip.2016.12.006 . ПМИД 28007654 .
- ^ Jump up to: а б с Питчер А., Рыхлик Н., Хопманс Э.К., Спик Э., Рийпстра В.И., Оссебаар Дж., Схоутен С., Вагнер М., Дамте Дж.С. (апрель 2010 г.). «Кренархеол доминирует в мембранных липидах Candidatus Nitrososphaera gargensis, термофильной группы I.1b Archaeon» . Журнал ISME . 4 (4): 542–52. дои : 10.1038/ismej.2009.138 . ПМИД 20033067 .
- ^ Хофс М., Схоутен С., Де Леу Дж.В., Кинг Л.Л., Уэйкхэм С.Г., Дамсте Дж. (август 1997 г.). «Эфирные липиды планктонных архей в толще морских вод» . Прикладная и экологическая микробиология . 63 (8): 3090–5. дои : 10.1128/АЕМ.63.8.3090-3095.1997 . ПМЦ 1389224 . ПМИД 16535669 .
- ^ Схоутен С., Хопманс Э.К., Панкост Р.Д., Дамсте Дж.С. (декабрь 2000 г.). «Широкое распространение структурно разнообразных тетраэфирных мембранных липидов: свидетельства повсеместного присутствия низкотемпературных родственников гипертермофилов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (26): 14421–6. дои : 10.1073/pnas.97.26.14421 . ЧВК 18934 . ПМИД 11121044 .
- ^ ДеЛонг Э.Ф., Кинг Л.Л., Массана Р., Читтоне Х., Мюррей А., Шлепер С., Уэйкхэм С.Г. (март 1998 г.). «Липиды дибифитанилового эфира у нетермофильных кренархеот» . Прикладная и экологическая микробиология . 64 (3): 1133–8. дои : 10.1128/АЕМ.64.3.1133-1138.1998 . ПМЦ 106379 . ПМИД 9501451 .
- ^ Jump up to: а б с д Дамсте Дж.С., Схоутен С., Хопманс Э.К., ван Дуин А.С., Джиневасен Дж.А. (октябрь 2002 г.). «Кренархеол: характерный основной липид мембраны глицерин-дибифитанилглицерол-тетраэфир космополитной пелагической кренархеоты» . Журнал исследований липидов . 43 (10): 1641–51. doi : 10.1194/jlr.M200148-JLR200 . ПМИД 12364548 .
- ^ Брошье-Армане К., Буссау Б., Грибальдо С., Фортер П. (март 2008 г.). «Мезофильная Crenarchaeota: предложение о третьем типе архей, Thaumarchaeota». Обзоры природы. Микробиология . 6 (3): 245–52. дои : 10.1038/nrmicro1852 . ПМИД 18274537 . S2CID 8030169 .
- ^ Схоутен С., Хопманс Э.К., Баас М., Буманн Х., Стендфест С., Коннеке М., Шталь Д.А., Синнингхе Дамсте Дж.С. (апрель 2008 г.). «Интактные мембранные липиды Candidatus Nitrosopumilus maritimus, культивируемого представителя космополитной мезофильной группы I Crenarchaeota» . Прикладная и экологическая микробиология . 74 (8): 2433–40. дои : 10.1128/АЕМ.01709-07 . ПМК 2293165 . ПМИД 18296531 .
- ^ де ла Торре-младший, Уокер CB, Ингаллс А.Е., Коннеке М., Шталь Д.А. (март 2008 г.). «Культивирование термофильных аммиачно-окисляющих архей, синтезирующих кренархеол» . Экологическая микробиология . 10 (3): 810–8. дои : 10.1111/j.1462-2920.2007.01506.x . ПМИД 18205821 .
- ^ Jump up to: а б с Схоутен, Стефан; Хопманс, Эллен К.; Синнингхе Дамсте, Яап С. (1 января 2013 г.). «Органическая геохимия липидов тетраэфира диалкилглицерина: обзор». Органическая геохимия . 54 : 19–61. doi : 10.1016/j.orggeochem.2012.09.006 . ISSN 0146-6380 .
- ^ Лэнгуорси Т.А., Хольцер Г., Зейкус Дж.Г., Торнабене Т.Г. (1 января 1983 г.). «Изо- и антеизо-разветвленные диэфиры глицерина термофильной анаэробной коммуны Thermodesulfotobacterium». Систематическая и прикладная микробиология . 4 (1): 1–17. дои : 10.1016/S0723-2020(83)80029-0 . ПМИД 23196295 .
- ^ Схоутен, Стефан; Хопманс, Эллен К.; Шефус, Энно; Синнингхе Дамсте, Яап С. (2002). «Вариации распределения липидов морских кренархеотальных мембран: новый инструмент для реконструкции температуры древней морской воды?». Письма о Земле и планетологии . 204 (1–2): 265–274. Бибкод : 2002E&PSL.204..265S . дои : 10.1016/S0012-821X(02)00979-2 .
- ^ Jump up to: а б Дженкинс, ХК; Схоутен-Хайберс, Л.; Схаутен, С.; Синнингхе Дамсте, JS (2 февраля 2012 г.). «Теплые температуры поверхности моря в высоких широтах средней юры – раннего мела Южного океана» . Климат прошлого . 8 (1): 215–226. Бибкод : 2012CliPa...8..215J . дои : 10.5194/cp-8-215-2012 . ISSN 1814-9332 .
- ^ Схоутен, Стефан; Хопманс, Эллен К.; Шефус, Энно; Синнингхе Дамсте, Яап С. (30 ноября 2002 г.). «Вариации распределения липидов морских кренархеотальных мембран: новый инструмент для реконструкции температуры древней морской воды?». Письма о Земле и планетологии . 204 (1): 265–274. Бибкод : 2002E&PSL.204..265S . дои : 10.1016/S0012-821X(02)00979-2 . ISSN 0012-821X .
- ^ Молленхауэр, Гезине; Эглинтон, Тимоти И.; Хопманс, Эллен К.; Синнингхе Дамсте, Яап С. (01 августа 2008 г.). «Радиоуглеродная оценка характеристик сохранности кренархеола и алкенонов из отложений континентальной окраины» (PDF) . Органическая геохимия . Достижения в органической геохимии 2007. 39 (8): 1039–1045. doi : 10.1016/j.orggeochem.2008.02.006 . hdl : 1912/2459 . ISSN 0146-6380 .
- ^ Ким, Юнг-Хен; Моря — Яап; Схоутен, Стефан; Хельмке, Пер; Уиллмотт, Вероника; Санджорджи, Франческа; Кох, Налиан; Хопманс, Эллен Дж.; Дамте, Яап С. Синнингхе (15 августа 2010 г.). «Новые индексы и калибровки, полученные на основе распределения кренархейных изопреноидных тетраэфирных липидов: значение для прошлых реконструкций температуры поверхности моря». Geochimica et Cosmochimica Acta . 74 (16): 4639–4654. Бибкод : 2010GeCoA..74.4639K . дои : 10.1016/j.gca.2010.05.027 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Шах, Сунита Р.; Молленхауэр, Гезине; Окоучи, Наахико; Эглинтон, Тимоти И.; Пирсон, Энн (2008). «Происхождение архейных тетраэфирных липидов в отложениях: данные радиоуглеродного анализа» . Акта геохимии и космохимии . 72 (18): 4577–4594. Бибкод : 2008GeCoA..72.4577S . дои : 10.1016/j.gca.2008.06.021 . hdl : 1912/2486 .
- ^ Jump up to: а б с Схоутен С., Уге С., Хопманс ЕС, Кинхейс М.В., Дамсте Дж.С. (апрель 2007 г.). «Аналитическая методология палеотермометрии TEX86 методом высокоэффективной жидкостной хроматографии / химической ионизации-масс-спектрометрии при атмосферном давлении». Аналитическая химия . 79 (7): 2940–4. дои : 10.1021/ac062339v . ПМИД 17311408 .