Копростанол
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( Март 2019 г. ) |
| |
| |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК
5β-холестан-3β-ол
| |
| Другие имена
5β-копростанол
копростанол | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| КЭБ | |
| ХЭМБЛ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.006.036 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID
|
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| С 27 Ч 48 О | |
| Молярная масса | 388.680 g·mol −1 |
| Температура плавления | 102 ° С (216 ° F; 375 К) |
| Плохо растворим | |
| Опасности | |
| точка возгорания | Невоспламеняющийся |
| Родственные соединения | |
Родственные станолы
|
24-этилкопростанол 5α-холестанол эпи-копростанол |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
5β-Копростанол ( 5β-холестан-3β-ол ) представляет собой 27- углеродный станол, образующийся в результате чистого восстановительного метаболизма холестерина кишечнике (холест-5ен-3β-ол) в большинства высших животных и птиц. Это соединение часто используется в качестве биомаркера присутствия человеческих фекалий в окружающей среде . Считается, что 5β-копростанол имеет исключительно бактериальное происхождение.
Химические свойства
[ редактировать ]Растворимость
[ редактировать ]5β-копростанол имеет низкую растворимость в воде и, следовательно, высокий коэффициент распределения октанол-вода (log K ow = 8,82) . Другими словами, 5β-копростанол имеет сродство к октанолу почти в 1 миллиард раз выше, чем к воде . Это означает, что в большинстве экологических систем 5β-копростанол будет связан с твердой фазой .
Деградация
[ редактировать ]В анаэробных отложениях и почвах 5β-копростанол стабилен в течение многих сотен лет, что позволяет использовать его в качестве индикатора прошлых фекальных выбросов. Таким образом, записи о 5β-копростаноле из палеоэкологических архивов использовались для дальнейшего ограничения сроков заселения людей в регионе, а также для реконструкции относительных изменений в популяциях людей и сельскохозяйственной деятельности за несколько тысяч лет. [ 1 ]
Химический анализ
[ редактировать ]Поскольку молекула имеет гидроксильную (-ОН) группу, она часто связана с другими липидами , включая жирные кислоты ; используется сильная щелочь (KOH или NaOH) Поэтому в большинстве аналитических методов для омыления сложноэфирных связей . Типичные растворители для экстракции включают 6% КОН в метаноле . Свободные стерины и станолы (насыщенные стерины) затем отделяются от полярных липидов путем разделения в менее полярный растворитель, такой как гексан . Перед анализом гидроксильную группу часто дериватизируют с помощью BSTFA (бис-триметилсилилтрифторацетамида) для замены водорода менее обменной триметилсилильной (TMS) группой. Инструментальный анализ часто проводят на газовом хроматографе (ГХ) с пламенно-ионизационным детектором (ПИД) или масс-спектрометром (МС). Масс -спектр эфира 5β-копростанола - ТМС можно увидеть на рисунке. В качестве альтернативы для обнаружения копростанола в положительном режиме также можно использовать методы жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии (ЖХ-МС), в которых используется химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI).
Изомеры
[ редактировать ]Помимо станола, полученного из фекалий, в окружающей среде можно идентифицировать два других изомера; 5α-холестанол
Формирование и возникновение
[ редактировать ]Фекальные источники
[ редактировать ]5β-копростанол образуется в результате превращения холестерина в копростанол в кишечнике большинства высших животных кишечными бактериями . Принято считать, что метаболизм холестерина в копростанол кишечными бактериями происходит непрямым путем через кетоновые промежуточные соединения, а не прямым восстановлением Δ 5,6 двойная связь. [ 2 ] можно увидеть на рисунке, предложенном Grimalt et al. (1990).
| Животные, производящие копростанол | Животные, НЕ производящие копростанол |
|---|---|
| Люди | Собаки |
| Крупный рогатый скот | ? |
| Овца | ? |
| Птицы | ? |
Однако было показано, что у небольшого количества животных не вырабатывается 5β-копростанол, и это можно увидеть в таблице.
Использование в качестве индикатора сточных вод.
[ редактировать ]Основным источником 5β-копростанола в окружающей среде являются отходы жизнедеятельности человека. Концентрация 5β-копростанола в сырых, неочищенных сточных водах составляет около 2-6% от сухого остатка. Эта относительно высокая концентрация и ее стабильность позволяют использовать ее при оценке фекальных веществ в пробах, особенно в отложениях.
Соотношение 5β-копростанол/холестерин
[ редактировать ]Поскольку 5β-копростанол образуется из холестерина в позвоночных кишечнике , соотношение продукта и реагента можно использовать для определения степени содержания фекалий в образцах. Необработанные неочищенные сточные воды обычно имеют соотношение 5β-копростанол/холестерин, равное ~10, которое уменьшается на очистных сооружениях (STP), так что в сбрасываемых жидких сточных водах это соотношение составляет ~2. Неразбавленные сточные воды STP можно идентифицировать по этому высокому соотношению. Поскольку фекалии рассеиваются в окружающей среде, это соотношение будет уменьшаться по мере поступления большего количества (нефекального) холестерина от животных. Гримальт и Альбайж ( год? ) [ нужна ссылка ] предположили, что образцы с соотношением 5β-копростанол/холестерол более 0,2 можно считать загрязненными фекальными материалами.
Соотношение 5β-копростанол/(5β-копростанол + 5α-холестанол)
[ редактировать ]Другой мерой фекального загрязнения человека является доля двух изомеров 3β-ола в насыщенной форме стерина. 5α-холестанол естественным образом образуется в окружающей среде бактериями и обычно не имеет фекального происхождения. Образцы с соотношением выше 0,7 могут быть загрязнены человеческими фекалиями; образцы со значениями менее 0,3 можно считать незагрязненными. Образцы с соотношениями между этими двумя пороговыми значениями нелегко отнести к категории только на основе этого соотношения.
Отложения, попадающие в красную область, классифицируются как «загрязненные» по обоим двум соотношениям, а отложения в зеленой области классифицируются как «незагрязненные» по тем же критериям. Те, что находятся в синей области, являются «незагрязненными» по соотношению 5β-копростанол/холестерин и «неопределенными» по соотношению 5β-копростанол/(5β-копростанол + 5α-холестанол). Большинство образцов между пороговыми значениями 0,3 и 0,7 считаются «незагрязненными» согласно соотношению 5β-копростанол/холестерин, поэтому значение 0,3 следует рассматривать как несколько консервативное.
Соотношение 5β-копростанола и общего количества стеринов
[ редактировать ]Предельные значения и т. д.
5β-копростанол/24-этилкопростанол
[ редактировать ]Травоядные животные, такие как коровы и овцы, потребляют наземные растения (траву), которые содержат β-ситостерин в качестве основного стерина. β-ситостерин представляет собой 24-этилпроизводное холестерина и может использоваться в качестве биомаркера наземных растений (см. раздел). В кишечнике этих животных бактерии биогидрируют двойную связь в положении 5, образуя 24-этилкопростанол, поэтому это соединение можно использовать в качестве биомаркера фекалий травоядных животных. Типичные значения в разных исходных материалах можно увидеть в таблице по Гилпину ( год? ). [ нужна ссылка ]
| Источник | 5β-коп / 24-этилкоп |
|---|---|
| Септики | 2.9 – 3.7 |
| Общественные сточные воды | 2.6 – 4.1 |
| Скотобойня – овцы, крупный рогатый скот | 0.5 – 0.9 |
| Мойка коровника | 0.2 |
Эпи-копростанол / 5β-копростанол
[ редактировать ]Во время очистки сточных вод 5β-копростанол может превращаться в форму 5β-холестан-3α-ола, эпи-копростанол. В окружающей среде также происходит медленное превращение 5β-копростанола в эпи-копростанол, поэтому это соотношение будет указывать либо на степень очистки сточных вод, либо на их возраст в окружающей среде. Перекрестный график соотношения 5β-копростанол/холестерин с эпи-копростанолом/5β-копростанолом может указывать как на фекальное загрязнение, так и на лечение.
Связанные маркеры
[ редактировать ]5α-холестанол/холестерин
[ редактировать ]В окружающей среде бактерии преимущественно производят 5α-холестан-3β-ол (5α-холестанол) из холестерина, а не изомера 5β. Эта реакция происходит главным образом в анаэробных восстановительных отложениях, и соотношение 5α-холестанол/холестерин может использоваться в качестве вторичного (технологического) биомаркера для таких условий. Для этого маркера не предложено никаких пороговых значений, поэтому он используется в относительном смысле; чем больше соотношение, тем больше ухудшается состояние окружающей среды. Восстановительная среда часто связана с районами, в которых наблюдается высокий уровень поступления органических веществ; сюда могут относиться сбросы сточных вод. Взаимосвязь между восстановительными условиями и потенциальным источником можно увидеть на перекрестном графике с индикатором сточных вод.
На основании этой взаимосвязи можно предположить, что сбросы сточных вод частично ответственны за анаэробные восстановительные условия в отложениях.
Использование в археологических исследованиях
[ редактировать ]Копростанол и его производное эпикопростанол используются в археологических и палеоэкологических исследованиях в качестве индикаторов прошлой деятельности человека из-за их долговечности в почвах и тесной связи с производством в кишечнике человека. [ 3 ] [ 4 ] Исследователи использовали присутствие копростанола для выявления археологических особенностей, таких как выгребные ямы или ландшафтных действий, таких как навоз . [ 5 ] [ 6 ] Изменения концентрации копростанола с течением времени можно использовать для реконструкции человеческой популяции в конкретной среде отложений. [ 1 ] [ 7 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Д'Анжу Р.М., Брэдли Р.С., Баласио Н.Л., Финкельштейн Д.Б. (декабрь 2012 г.). «Воздействие климата на населенные пункты и сельскохозяйственную деятельность в северной Норвегии, выявленное с помощью биогеохимии отложений» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (50): 20332–20337. Бибкод : 2012PNAS..10920332D . дои : 10.1073/pnas.1212730109 . ПМЦ 3528558 . ПМИД 23185025 .
- ^ Кенни Д.Д., Пличта Д.Р., Шунгин Д., Коппель Н., Холл А.Б., Фу Б. и др. (август 2020 г.). «Метаболизм холестерина некультивируемыми кишечными бактериями человека влияет на уровень холестерина в организме хозяина» . Клетка-хозяин и микроб . 28 (2): 245–257.e6. дои : 10.1016/j.chom.2020.05.013 . ПМЦ 7435688 . ПМИД 32544460 .
- ^ Bull ID, Симпсон И.А., ван Берген П.Ф., Эвершед Р.П. (1999). «Навоз и молекулы: органические геохимические методы обнаружения древних навозов» . Античность . 73 (279): 86–96. дои : 10.1017/S0003598X0008786X . ISSN 0003-598X . S2CID 56237722 .
- ^ Систьяга А., Берна Ф., Лаурсен Р., Голдберг П. (01.01.2014). «Анализ стероидных биомаркеров предполагаемого человеческого копролита возрастом 14 000 лет из пещеры Пейсли, штат Орегон» . Журнал археологической науки . 41 : 813–817. Бибкод : 2014JArSc..41..813S . дои : 10.1016/j.jas.2013.10.016 . ISSN 0305-4403 .
- ^ Бетелл П.Х., Гоуд Л.Дж., Эвершед Р.П., Оттауэй Дж. (сентябрь 1994 г.). «Изучение молекулярных маркеров человеческой деятельности: использование копростанола в почве в качестве индикатора фекалий человека» . Журнал археологической науки . 21 (5): 619–632. Бибкод : 1994JArSc..21..619B . дои : 10.1006/jasc.1994.1061 . ISSN 0305-4403 .
- ^ Bull ID, Evershed RP, Betancourt PP (2001). «Органическое геохимическое исследование практики внесения навоза на минойском стоянке на острове Псейра, Крит» . Геоархеология . 16 (2): 223–242. doi : 10.1002/1520-6548(200102)16:2<223::AID-GEA1002>3.0.CO;2-7 . ISSN 1520-6548 .
- ^ Уайт Эй.Дж., Стивенс Л.Р., Лоренци В., Муньос С.Е., Липо КП, Шредер С. (01.05.2018). «Оценка фекальных станолов как индикаторов изменения численности населения в Кахокии, штат Иллинойс» . Журнал археологической науки . 93 : 129–134. Бибкод : 2018JArSc..93..129W . дои : 10.1016/j.jas.2018.03.009 . ISSN 0305-4403 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Мадж С.М., Болл А.С. (2006). Моррисон Р., Мерфи Б. (ред.). Сточные воды. Экологическая криминалистика: подход к конкретным загрязнителям . Эльзевир. п. 533.
- Бетелл П. (1994). «Изучение молекулярных маркеров деятельности человека: использование копростанола в почве как индикатора фекалий человека». Журнал археологической науки . 21 (5): 619–632. Бибкод : 1994JArSc..21..619B . дои : 10.1006/jasc.1994.1061 .
- Bull ID, Lockheart MJ, Elhmmali MM, Roberts DJ, Evershed RP (март 2002 г.). «Происхождение фекалий посредством обнаружения биомаркеров». Интернационал окружающей среды . 27 (8): 647–654. Бибкод : 2002EnInt..27..647B . дои : 10.1016/S0160-4120(01)00124-6 . ПМИД 11934114 .