Холестан
 | |
 нумерация ИЮПАК [1] | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Холестан | |
| Систематическое название ИЮПАК (1 R ,3a S ,3b R ,9a S ,9b S ,11a R )-9a,11a-Диметил-1-[(2 R )-6-метилгептан-2-ил]гексадекагидро-1 H -циклопента[ а ]фенантрен | |
| Идентификаторы | |
| |
3D model ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.035.496 |
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ |
|
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| С 27 Ч 48 | |
| Молярная масса | 372.681 g·mol −1 |
| Плотность | 0,911 г/мл |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Холестан представляет собой насыщенный тетрациклический тритерпен . Этот 27-углеродный биомаркер образуется в результате диагенеза холестерина и является одним из наиболее распространенных биомаркеров в летописи горных пород. [2] Присутствие холестана, его производных и родственных химических соединений в пробах окружающей среды обычно интерпретируется как индикатор жизни животных и/или следов O 2 , поскольку известно, что животные производят исключительно холестерин, и, таким образом, его использовали для выявления эволюционных связей между древними организмы неизвестного филогенетического происхождения и современные таксоны многоклеточных животных . [3] Холестерин вырабатывается в небольшом количестве другими организмами (например, родофитами , наземными растениями ), но поскольку эти другие организмы производят множество стеринов, его нельзя использовать в качестве окончательного индикатора какого-либо одного таксона. [4] [5] Его часто обнаруживают при анализе органических соединений в нефти .
Фон
[ редактировать ]Холестан — это насыщенный животный биомаркер C-27, часто встречающийся в нефтяных месторождениях. Это диагенетический продукт холестерина , который представляет собой органическую молекулу, вырабатываемую в основном животными и составляющую около 30% мембран животных клеток. [ нужна ссылка ] . Холестерин отвечает за жесткость и текучесть мембран , а также за внутриклеточный транспорт , передачу сигналов в клетках и нервную проводимость . [6] У людей он также является предшественником гормонов (например, эстрогена , тестостерона ). Он синтезируется через сквален и естественным образом принимает определенную стереохимическую ориентацию (3β-ол, 5α (H), 14α (H), 17α (H), 20R). Эта стереохимическая ориентация обычно сохраняется на протяжении диагенетических процессов, но в летописи окаменелостей можно обнаружить холестан во многих стереохимических конфигурациях.
Биомаркер
[ редактировать ]Холестан в летописи окаменелостей часто интерпретируется как индикатор ( биомаркер ) древней жизни животных и часто используется геохимиками и геобиологами для реконструкции эволюции животных (особенно в докембрийской истории Земли; например, Эдиакарский период , [3] Криогенный период и протерозой в целом [7] [8] ). Молекулярный кислород необходим для производства холестерина; [9] таким образом, присутствие холестана предполагает наличие каких-то следов кислорода в палеосреде. Холестан не образуется исключительно в результате диагенеза молекул стероидов животного происхождения; холестан также может быть связан с присутствием, например, родофитов и эмбриофитов . [10] [5] хотя численность такого неметаозана холестана неизвестна. Эмбриофиты обычно производят различные стерины, которые вместе известны как фитостерины . [11] а холестерин остается второстепенным компонентом. Напротив, бактерии производят другие циклические тритерпеноиды, такие как гопаноиды , а продукты их диагенетики, гопаны, используются в качестве бактериальных биомаркеров.
Естественная консервация в окаменелостях
[ редактировать ]
Холестерин имеет 256 стереоизомеров , но только один из них образуется естественным путем при производстве холестерина (3β-ол, 5α (H), 14α (H), 17α (H), 20R) и поэтому является основным стереоизомером, представляющим интерес для измерения уровня холестерина. . Отклонения от этой стереохимии часто отражают диагенез , термическое созревание и предвзятость сохранения .
Диагенез обычно приводит к потере функциональных групп и двойных связей в органических молекулах. В частности, что касается холестана, диагенез холестерина в холестан дает молекулу, которая полностью насыщена по сравнению с ее стероидным аналогом. Этот процесс происходит без потери или присоединения атомов углерода и поэтому может служить индикатором исходного стероида, вырабатываемого организмом в окружающей среде. [12]
Термическое изменение может также вызвать потерю алкановой боковой цепи при C 17 . [13] Эксперимент показал, что за 4 недели при 300 ° C холестан подвергся разложению 17% своей алкановой боковой цепи. Напротив, полициклическая структура (C 1-17 ) очень термически стабильна. Диагенетические процессы также могут вызывать метильные сдвиги и ароматизацию .
Стереохимическое изменение
[ редактировать ]Дополнительные диагенетические процессы могут дополнительно изменить молекулу холестана. Например, холестан со временем подвержен стереохимическим сдвигам по сравнению с его природным изомером. Эти изменения могут быть результатом термических или микробных изменений. Термическое изменение может вызвать изменения в стереохимии как хирального центра C 20 , так и атомов водорода. Соотношение стереоизомеров R/S обычно называют мерой «термической зрелости». [14] Напротив, преобразование атома водорода в положении C 5 из α в β-конфигурацию отражает анаэробную микробную активность, [3] и его можно понять с помощью экспериментов по мечению изотопов в экспериментах с контролируемыми микробами, метаболизирующими интересующий стероид. [15] [16] Одно исследование показало, что существуют две реакции, которые могут привести к потере двойной связи холестерина — (1) прямое восстановление двойной связи или (2) образование кетона до восстановления двойной связи, что приводит к четкой изомеризации атома водорода на С 5 позиция. [15] Атомы водорода C14 и C17α более стабильны и претерпевают изменения в β-конфигурацию в гораздо меньших количествах, чем атом водорода 5.
Методы измерения
[ редактировать ]ГХ/МС
[ редактировать ]
Холестан можно извлечь из образцов и измерить с помощью ГХ/МС для количественной оценки относительного содержания по отношению к другим органическим соединениям. Это измерение проводится путем экстракции стеранов в неполярный растворитель (например, дихлорметан или хлороформ ) и очистки до « насыщенной » фракции с использованием газовой хроматографии на колонке с силикагелем. холестана Изомеры будут элюироваться из колонки в зависимости от молекулярной массы и различной стереохимии, что затрудняет традиционную масс-спектрометрию из-за тесного совместного элюирования изомеров. Альтернативно, можно измерить холестан с помощью экспериментов ГХ/МС/МС, нацеленных на фрагмент m/z 217 (из молекулярного иона 372). Этот конкретный метод сначала ищет молекулярный ион 372 холестана, а затем фрагментирует этот молекулярный ион до его фрагмента m/z 217, чтобы улучшить идентификацию конкретных изомеров.
д 13 Соотношения изотопов C
[ редактировать ]д 13 Значения C холестана отражают изотопный состав углерода животных, которые создали исходные молекулы холестерина. Обычно считается, что изотопный состав углерода животных зависит от их рациона; [17] следовательно, изотопный состав углерода холестана также будет отражать эту первоначальную диетическую ценность. δ 13 Значения C можно измерить с помощью газового хроматографа, соединенного с IRMS.
В более общем плане стераны можно использовать как индикатор изменений в окружающей среде. Исследование показало δ 13 Значения C стеранов по сравнению с гопанами и использовал их, чтобы предположить изменения в фототической зоне в течение миоцена , поскольку изменения в изотопном значении должны быть либо результатом растворенного неорганического углерода в воде, либо биологического фракционирования изотопов . [14]
Тематические исследования
[ редактировать ]Биомаркеры раннего возраста
[ редактировать ]
Присутствие холестана не обязательно указывает на присутствие животных, но часто используется в сочетании с другими биомаркерами, чтобы отметить появление отдельных таксонов в летописи окаменелостей; В связи с этим в исследовании измерялось относительное содержание холестана по сравнению с другими тритерпеноидными биомаркерами, чтобы продемонстрировать рост водорослей в неопротерозое . [7] [18]
Отследить фактическое происхождение холестана в летописи окаменелостей сложно, поскольку большинство пород того периода времени сильно метаморфизованы и, следовательно, потенциальные биомаркеры термически изменены. [ нужна ссылка ] Исследование связало источник холестана с конкретной эдиакарской окаменелостью ( дикинсонией), чтобы ограничить таксономическую классификацию эдиакарской биоты как эволюционной прелюдии к жизни многоклеточных животных . [3] Однако холестан не является специфическим маркером для животных и обнаруживается в большинстве эукариотических линий.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Номенклатура стероидов, заархивировано 14 мая 2011 г. в Wayback Machine , IUPAC.
- ^ Питерс, Кеннет Э. (Кеннет Эрик), 1950- (2007). Руководство по биомаркерам . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521039987 . OCLC 1015511618 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с д и Бобровский Илья; Хоуп, Джанет М.; Иванцов Андрей; Неттерсхайм, Бенджамин Дж.; Халлманн, Кристиан; Брокс, Йохен Дж. (20 сентября 2018 г.). «Древние стероиды делают эдиакарскую ископаемую дикинсонию одним из самых ранних животных» . Наука . 361 (6408): 1246–1249. Бибкод : 2018Sci...361.1246B . дои : 10.1126/science.aat7228 . hdl : 1885/230014 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 30237355 .
- ^ Комбо, Жорж; Сенгер, Питер (апрель 1984 г.). «Стерины амансийных (rhodomelaceae: Rhodophyta)» . Фитохимия . 23 (4): 781–782. Бибкод : 1984PChem..23..781C . дои : 10.1016/s0031-9422(00)85025-6 . ISSN 0031-9422 .
- ^ Перейти обратно: а б Сонаване, Прашант Д.; Поллиер, Джейкоб; Панда, Саянтан; Шиманский, Енджей; Массалья, Хасан; Йона, Мейталь; Унгер, Тамар; Малицкий, Сергей; Арендт, Филипп; Пауэлс, Лоренс; Алмекиас-Зигль, Эфрат (22 декабря 2016 г.). «Путь биосинтеза растительного холестерина перекрывается с метаболизмом фитостеринов» . Природные растения . 3 (1): 16205. doi : 10.1038/nplants.2016.205 . ISSN 2055-0278 . ПМИД 28005066 . S2CID 5518449 .
- ^ Жизнь: наука биология . Садава, Дэвид Э. (9-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. 2011. ISBN 978-1429219624 . OCLC 368046231 .
{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б Брокс, Йохен Дж.; Джарретт, Эмбер Дж. М.; Сирантуан, Ева; Халлманн, Кристиан; Хосино, Ёске; Лиянаге, Тарика (август 2017 г.). «Рост водорослей в криогенных океанах и появление животных». Природа . 548 (7669): 578–581. Бибкод : 2017Natur.548..578B . дои : 10.1038/nature23457 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 28813409 . S2CID 205258987 .
- ^ Вызов, Роджер Э; Брасселл, Саймон С; Эглинтон, Джеффри; Эванс, Эван; Городиски, Роберт Дж; Робинсон, Нил; Уорд, Дэвид М. (ноябрь 1988 г.). «Отличительные углеводородные биомаркеры из ископаемых отложений позднепротерозойского члена Уолкотта, группа Чуар, Гранд-Каньон, Аризона». Geochimica et Cosmochimica Acta . 52 (11): 2625–2637. Бибкод : 1988GeCoA..52.2625S . дои : 10.1016/0016-7037(88)90031-2 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Мехта, Сладкая (17 сентября 2013 г.). «Биосинтез и регуляция холестерина (с анимацией) | Анимации» . PharmaXChange.info . Проверено 4 июня 2019 г.
- ^ Вызов, Роджер Э.; Эрвин, Дуглас Х. (20 сентября 2018 г.). «Химические ключи к разгадке самых ранних окаменелостей животных». Наука . 361 (6408): 1198–1199. Бибкод : 2018Sci...361.1198S . дои : 10.1126/science.aau9710 . hdl : 1721.1/134716.2 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 30237342 . S2CID 52306517 .
- ^ Дарнет, Сильвен; Блери, Орельен; Шевалье, Квентин; Шаллер, Хуберт (2021). «Профили фитостеринов, геномы и ферменты – обзор» . Границы в науке о растениях . 12 : 878. дои : 10.3389/fpls.2021.665206 . ISSN 1664-462X . ПМЦ 8172173 . ПМИД 34093623 .
- ^ Грэнтэм, ПиДжей; Уэйкфилд, LL (январь 1988 г.). «Вариации в распределении стеранового числа углерода в сырой нефти, полученной из морских нефтематеринских пород, в течение геологического времени». Органическая геохимия . 12 (1): 61–73. Бибкод : 1988OrGeo..12...61G . дои : 10.1016/0146-6380(88)90115-5 . ISSN 0146-6380 .
- ^ Манго, Фрэнк Д. (январь 1990 г.). «Происхождение легких циклоалканов в нефти». Geochimica et Cosmochimica Acta . 54 (1): 23–27. Бибкод : 1990GeCoA..54...23M . дои : 10.1016/0016-7037(90)90191-м . ISSN 0016-7037 .
- ^ Перейти обратно: а б Шелл, М.; Схаутен, С.; Дамсте, JSS; де Леу, JW; Вызов, RE (25 февраля 1994 г.). «Запись молекулярных изотопов органического углерода об изменениях климата в миоцене». Наука . 263 (5150): 1122–1125. Бибкод : 1994Sci...263.1122S . дои : 10.1126/science.263.5150.1122 . hdl : 1874/4185 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17831625 . S2CID 40960698 .
- ^ Перейти обратно: а б Мермуд, Ф.; Вюнше, Л.; Клерк, О.; Гулачар, ФО; Букс, А. (январь 1984 г.). «Стероидные кетоны в ранних диагенетических трансформациях стеринов Δ5 в разных типах отложений». Органическая геохимия . 6 : 25–29. дои : 10.1016/0146-6380(84)90023-8 . ISSN 0146-6380 .
- ^ Тейлор, Крейг Д.; Смит, Стивен О.; Гагосян, Роберт Б. (ноябрь 1981 г.). «Использование микробных обогащений для изучения анаэробного распада холестерина». Geochimica et Cosmochimica Acta . 45 (11): 2161–2168. Бибкод : 1981GeCoA..45.2161T . дои : 10.1016/0016-7037(81)90068-5 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Хейс, Джон М. (31 декабря 2001 г.), «3. Фракционирование изотопов углерода и водорода в процессах биосинтеза», Геохимия стабильных изотопов , Де Грюйтер, стр. 225–278, doi : 10.1515/9781501508745-006 , ISBN 9781501508745
- ^ Хосино, Ёске; Пошибаева Александра; Мередит, Уильям; Снейп, Колин; Пошибаев Владимир; Верстег, Джерард Дж. М.; Кузнецов, Николай; Лейдер, Арне; ван Мальдегем, Леннарт; Нойманн, Марейке; Наеер, Себастьян (2017). «Криогенная эволюция биосинтеза стигмастероидов» . Достижения науки . 3 (9): e1700887. Бибкод : 2017SciA....3E0887H . дои : 10.1126/sciadv.1700887 . ПМК 5606710 . ПМИД 28948220 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Холестаны Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)