Бифитан
| |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК
3,7,11,15,18,22,26,30-октаметилдотриаконтан
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| ХимическийПаук | |
ПабХим CID
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| С 40 Ч 84 | |
| Молярная масса | 565.112 g/mol |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Бифитан (или бисфитан ) представляет собой C 40 изопреноид , получаемый в результате разложения тетраэфира диалкилглицерина (GDGT). [ 1 ] Бифитан, являющийся обычным компонентом липидных мембран, широко используется в качестве биомаркера архей . [ 2 ] В частности, учитывая его связь с местами активного анаэробного окисления метана (АОМ), его считают биомаркером метанотрофных архей. [ 3 ] Он был обнаружен как в морской, так и в наземной среде. [ 2 ] [ 4 ]
Химическая структура
[ редактировать ]
Тетраэфиры диалкилглицерина (ГДГТ) представляют собой основные мембранные липиды, синтезируемые архей и некоторыми бактериями. [ 5 ] В частности, для изопреноидных ГДГТ характерны изопреноидные углеродные цепи, соединенные с молекулами глицерина эфирными связями. [ 5 ] Бифитан получают путем химического разрыва эфирных связей изопреноида ГДГТ (ГДГТ-0). [ 1 ] Он состоит из звеньев изопрена, связанных эфирными связями, с шестью звеньями изопрена (или двумя фитанами ), связанными друг с другом связью «голова к голове». [ 6 ]
Бифитан можно найти в циклических формах, содержащих от одного до трех пентациклических колец, если он получен из изопреноидных GDGT с такими биосинтетически циклизованными изопреноидными углеродными скелетами. [ 5 ] В большинстве анализируемых образцов из окружающей среды ациклическая форма с бифитаном в качестве углеродной цепи изопреноида обычно является наиболее распространенной формой. [ 2 ] Следовательно, в этой статье бифитан используется для обозначения ациклической формы, если не указано иное.
Биологическое происхождение
[ редактировать ]Бифитан, как и в пределах GDGT, был обнаружен в толще воды, морских отложениях, отложениях, подвергшихся гидротермальному влиянию, отложениях холодного просачивания, в которых преобладает анаэробное окисление метана, и известняке. [ 2 ] Хотя его в первую очередь изучали в водной среде, недавние исследования также начали изучать наземную среду, например, торфяные болота, где источником бифитана были идентифицированы метаногенные торфяные археи. [ 4 ] Исследования также сообщили об обнаружении бифитана в нефти. [ 6 ]
Хотя ранние исследования считали GDGT (и, следовательно, бифитан) биомаркерами экстремофильных архей, с конца 1970-х годов были доступны как косвенные, так и прямые доказательства происхождения GDGT из архей мезофильной морской среды или озерной среды с неэкстремальными значениями pH и солености. [ 3 ] Поскольку бифитан, в частности, широко обнаружен в участках с активной активностью АОМ, его считают биомаркером метанотрофных архей. [ 3 ]
Аналогично стеролам в мембранах эукариот, GDGT играет аналогичную роль в повышении жесткости мембран клеток архей. [ 7 ] В подтверждение этого сообщалось, что термофилы увеличивают степень циклизации с повышением температуры роста, что еще больше улучшает текучесть мембраны. [ 8 ]
Методы измерения
[ редактировать ]
Обычно измерение бифитана проводится как непрямой анализ ГДГТ. При химическом получении бифитана из таких эфирных липидов эфирные связи сначала расщепляются с помощью иодоводорода (HI), трихлорида бора (BCl 3 ) или трибромида бора (BBr 3 ), что приводит к образованию алкилгалогенидов. Затем алкилгалогениды либо восстанавливают до насыщенных углеводородов с помощью HI/NaSCH 3 или LiAlH 4 , либо превращают в метилтиоэфиры с помощью NaSCH 3 . Полученные насыщенные или дериватизированные углеводороды впоследствии можно разделить и измерить с использованием стандартных газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС). процедур [ 6 ]
Альтернативно, прямой анализ GDGT может быть проведен с помощью жидкостной хроматографии, но, когда требуется дополнительная структурная характеристика, фрагменты MS, характерные для бифитана, могут быть получены с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии, связанной с тандемной масс-спектрометрией (ВЭЖХ-МС/МС). [ 3 ]
Диагностическими ионами масс-спектрального фрагмента бифитана являются m/z 197, 259, 267, 323, 383, 393 и 463. [ 6 ] Поскольку циклические бифитаны дают разные ионы фрагментов масс-спектра, модифицированные формы бифитана, присутствующие в образце, можно дифференцировать. [ 9 ]
Применение в качестве биомаркера
[ редактировать ]Считается, что бифитан обладает относительно высокой стабильностью, учитывая его обнаружение в большом количестве как в современных, так и в древних отложениях и нефти, что позволяет предположить его способность сохранять термическое созревание. [ 7 ] Остается неясным, разлагается ли бифитан до более коротких изопреноидов с течением времени. [ 10 ]
Бифитан является хорошо зарекомендовавшим себя биомаркером архей, поскольку он обнаружен исключительно у архей и всех основных групп, за исключением галофильных архей. [ 2 ] [ 3 ] В сочетании с другими анализами его можно использовать для получения дополнительной информации об анализируемом образце. Например, соотношение содержания бифитана (как ациклического, так и циклического) к фитану использовалось для различения различных групп анаэробных метанотрофных архей (ANME) из морских отложений, учитывая его более высокую распространенность в ANME-1, чем -2. [ 11 ]
Альтернативно, δ 13 Измерения C можно объединить для дальнейшего подтверждения происхождения. Поскольку метанотрофы используют изотопно легкие источники углерода, они характеризуются очень отрицательными значениями изотопов углерода (т.е. обеднены 13 С). [ 12 ] Например, сравнивая δ 13 Значения C бифитановых двухкислот и бифитана, полученного из GDGT, из одних и тех же просачивающихся известняков; исследование показало, что, несмотря на химическое сходство соединений, они, вероятно, были получены из разных источников; в то время как бифитановые двухкислоты в основном были получены из окисляющих метан эвриархей, бифитаны были из смешанных источников. [ 13 ]
Практический пример: позднеархейские отложения
[ редактировать ]В 2006 году Вентура и др. измерил экстрагируемые растворителем углеводороды с помощью ГХ-МС из метаосадочных пород , отобранных из комплексов Тисдейл и Поркьюпайн (от 2707 до 2685 млн лет назад) недалеко от Тимминса, Онтарио, Канада. [ 14 ] В извлеченных образцах авторы измеряли бифитан, циклические бифитаны и производные бифитанов. [ 14 ] Поскольку постархейское отложение соединений можно было исключить, учитывая пониженную адсорбционную способность и ограниченную пористость отложений, авторы смогли заключить, что присутствие бифитана, наряду с другими молекулярными окаменелостями , предполагает существование архей в позднем периоде. Архейские осадочные среды и подземные гидротермальные условия. [ 14 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Схоутен, Стефан; Уэйкхэм, Стюарт Дж.; Дамсте, Яап С. Синнингхе (1 октября 2001 г.). «Доказательства анаэробного окисления метана архей в эвксиновых водах Черного моря» . Органическая геохимия . 32 (10): 1277–1281. Бибкод : 2001OrGeo..32.1277S . дои : 10.1016/S0146-6380(01)00110-3 . ISSN 0146-6380 .
- ^ Jump up to: а б с д и Сайто, Хироюки; Сузуки, Нориюки (01 сентября 2010 г.). «Распределение ациклических и циклических бифитандиолов в современных морских отложениях с участка IODP C0001, Нанкайский желоб» . Органическая геохимия . Достижения в органической геохимии 2009. 41 (9): 1001–1004. Бибкод : 2010OrGeo..41.1001S . doi : 10.1016/j.orggeochem.2010.05.007 . hdl : 2115/47336 . ISSN 0146-6380 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж 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 .
- ^ Jump up to: а б Панкост, Ричард Д.; ван Гил, Бас; Баас, Марианна; Синнингхе Дамсте, Яап С. (2000). <663:cvardo>2.0.co;2 «Значения δ13C и радиоуглеродные даты микробных биомаркеров как индикаторы рециркуляции углерода в торфяных месторождениях» . Геология . 28 (7): 663. Бибкод : 2000Geo....28..663P . doi : 10.1130/0091-7613(2000)28<663:cvardo>2.0.co;2 . ISSN 0091-7613 .
- ^ Jump up to: а б с д Го, Цзиньцян, Хуамао; Сун, Цзиньмин; Цюй, Баосяо в стратифицированной толще морской воды: последствия для TEX86 на основе GDGT; Палеотермометрия» . Границы морской науки 8. doi . : 10.3389 /fmars.2021.715708 . ISSN 2296-7745 .
- ^ Jump up to: а б с д Питерс, Кеннет Э., Клиффорд К. Уолтерс и Дж. Майкл Молдован. Руководство по биомаркерам: Том 2, Биомаркеры и изотопы в нефтяных системах и истории Земли . Издательство Кембриджского университета, 2007.
- ^ Jump up to: а б Чапп, Б.; Альбрехт, П.; Михаэлис, В. (2 июля 1982 г.). «Полярные липиды архебактерий в отложениях и нефти» . Наука . 217 (4554): 65–66. Бибкод : 1982Sci...217...65C . дои : 10.1126/science.217.4554.65 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17739984 . S2CID 42758483 .
- ^ Дамсте, Яап С. Синнингхе; Схоутен, Стефан; Хопманс, Эллен К.; ван Дуин, Адри Коннектикут; Джиневасен, Ян Эй Джей (2002). «Кренархеол» . Журнал исследований липидов . 43 (10): 1641–1651. doi : 10.1194/jlr.M200148-JLR200 . ПМИД 12364548 . S2CID 219230652 .
- ^ Сайто, Рёске; Кайхо, Кунио; Оба, Масахиро; Тонг, Джиннан; Чен, Чжун-Цян; Тиан, Ли; Такахаши, Сатоши; Фудзибаяси, Мегуму (01 сентября 2017 г.). «Предварительная идентификация диагенетических продуктов циклических бифитанов в осадочных породах верхней перми и нижнего триаса» . Органическая геохимия . 111 : 144–153. Бибкод : 2017OrGeo.111..144S . doi : 10.1016/j.orggeochem.2017.04.013 . ISSN 0146-6380 .
- ^ Финкель, Пабло Л.; Карризо, Дэниел; Парро, Виктор; Санчес-Гарсия, Лаура (2023). «Обзор липидных биомаркеров в экстремальных земных средах, имеющих отношение к исследованию Марса» . Астробиология . 23 (5): 563–604. Бибкод : 2023AsBio..23..563F . дои : 10.1089/ast.2022.0083 . ISSN 1531-1074 . ПМК 10150655 . ПМИД 36880883 .
- ^ Блюменберг, Мартин; Зейферт, Ричард; Райтнер, Иоахим; Пейп, Томас; Михаэлис, Уолтер (27 июля 2004 г.). «Мембранные липидные структуры типичны для различных анаэробных метанотрофных консорциумов» . Труды Национальной академии наук . 101 (30): 11111–11116. Бибкод : 2004PNAS..10111111B . дои : 10.1073/pnas.0401188101 . ISSN 0027-8424 . ПМК 503748 . ПМИД 15258285 .
- ^ Грайс, Клити; Брокс, Йохен Дж. (2011), «Биомаркеры (органические изотопы, специфичные для соединений)» , в Райтнере, Иоахиме; Тиль, Волкер (ред.), Энциклопедия геобиологии , Серия Энциклопедии наук о Земле, Дордрехт: Springer Нидерланды, стр. 167–182, doi : 10.1007/978-1-4020-9212-1_29 , ISBN 978-1-4020-9212-1 , получено 20 мая 2023 г.
- ^ Биргель, Дэниел; Элверт, Маркус; Хан, Сицю; Пекманн, Йорн (2008). «Двуфитановые двухкислоты с обеднением 13C как индикаторы прошлого анаэробного окисления метана» . Органическая геохимия . 39 (1): 152–156. Бибкод : 2008OrGeo..39..152B . doi : 10.1016/j.orggeochem.2007.08.013 .
- ^ Jump up to: а б с Вентура, Грегори Т.; Кениг, Фабьен; Редди, Кристофер М.; Шибер, Юрген; Фрайсингер, Гленн С.; Нельсон, Роберт К.; Динель, Этьен; Гейнс, Ричард Б.; Шеффер, Филипп (4 сентября 2007 г.). «Молекулярные свидетельства позднеархейских архей и наличия подповерхностной гидротермальной биосферы» . Труды Национальной академии наук . 104 (36): 14260–14265. дои : 10.1073/pnas.0610903104 . ISSN 0027-8424 . ЧВК 1964827 . ПМИД 17726114 .