Crenarchaeol

Crenarchaeol
Crenarchaeol.svg
Nazwy
nazwa IUPAC
[(9 S ,12 S ,16 S ,24 S ,28 R ,31 R ,35 S ,43 S ,46 S ,50 S ,58 S ,62 R ,65 R )-12-(hydroksymetylo)-9, 16,24,28,31,35,43,50,58,62,65-undekametylo-11,14,45,48-tetraoksaheksacyklo[63.3.1.1 2,5 ,1 20,23 ,1 36,39 ,154 ,57]triheptakontan-46-ylo]metanol
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
ChemSpider
Identyfikator klienta PubChem
  • InChI=1S/C82H154O6/c1-61-20-12-27-68(8)75-41-37-71(48-75)30-15-23-64(4)56-86-60-

    81(54-84)88-58-67(7)26-18-33-74-40-44-78(51-74)79-34-19-46-82(11,52-79)47- 45-63( 3)22-14-29-70(10)77-42-38-72(49-77)31-16-24-65(5)55-85-59-80(53-83) 87-57-66(6)25 -17-32-73-39-43-76(50-73)69(9)28-13-21-62(2)36-35-61/h61-81, 83-84H,12-60H2,1-11H 3/t61-,62-,63-,64+,65+,66+,67+,68+,69+,70+,71?,72?,73 ?,74?,75?,76?,77?,78?,79?,8

    0+,81+,82-/m1/s1
    Klucz: VLTNDASRNRVJQP-VFMBZWNMSA-N
  • C[C@@H]1CCC[C@@H](C2CCC(C2)CCC[C@@H](COC[C@@H](OC[C@H](CCCC3CCC(C3)C4CCC[C@ @](C4)(CC[C@@H](CCC[C@@H](C5CCC(C5)CCC[C@@H](COC[C@@H](OC[C@H](CCCC6CCC (C6)[C@H](CCC[C@H](CC1)C)C)C)CO)C)C)C)C)C)CO)C)C
Nieruchomości
C 82 H 154 O 6
Masa cząsteczkowa 1 236 0,128 g·mol -1
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).

Crenarchaeol jest biologicznym lipidem błonowym bifitanu glicerolu tetraeteru glicerolu (GDGT) . Wraz z archaeolem krenarcheol stanowi główny składnik błon archeologicznych. Błony archeonów różnią się od błon bakterii i eukariontów, ponieważ zawierają izoprenoidowe GDGT zamiast lipidów diacylowych, które znajdują się w innych domenach (bakterie, prokarioty). Zaproponowano, że lipidy błonowe GDGT są adaptacją do wysokich temperatur panujących w środowiskach, w których żyją archeony ekstremofilne

Odkrywanie i dystrybucja

Archealne GDGT zostały po raz pierwszy wykryte w wodach pelagicznych. Nieznane GDGT znaleziono również w osadach morskich i wyizolowano z Cenarchaeum symbiosum , morskiego archeona utleniającego amoniak, który żyje w symbiozie z gąbkami .

Po odkryciu GDGT poza środowiskami hydrotermalnymi, crenarchaeol został po raz pierwszy zidentyfikowany jako główny składnik GDGT w osadach powierzchniowych i ekstraktach z C. symbiosum za pomocą dwuwymiarowej spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (2D-NMR). Został nazwany na cześć typu Crenarchaeota (obecnie Thermoproteota ), do którego uważano, że należą archeony pelagiczne utleniające amoniak, które wytwarzają crenarchaeol, zanim zaproponowano, aby Marine Group I Crenarchaeota była uważana za odrębny typ, Thaumarchaeota (obecnie Nitrososphaerota ) .

hot spring
Pierwotnie sądzono, że crenarchaeol jest wytwarzany tylko w środowiskach oceanów pelagicznych, ale od tego czasu naukowcy odkryli, że jest on również wytwarzany przez archeony żyjące w środowiskach o wysokiej temperaturze, w tym w gorących źródłach, takich jak to.

Występowanie w organizmach utleniających amoniak

Crenarchaeol został zaproponowany jako biomarker pelagicznych archeonów utleniających amoniak (AOA ) . Crenarchaeol jest produkowany przez AOA należące do rodzaju Nitrososphaerota (wcześniej sklasyfikowanego jako Marine Group 1 Crenarchaeota). Potwierdzono, że jest wytwarzany przez czyste kultury pelagicznych mezotermicznych C. symbiosum i Nitrosopumilus maritimus , a także umiarkowanie ciepłolubnych Nitrososphaera gargensis i hipertermofilnych Candidatus Nitrosocaldus yellowstonii . Odkrycie, że crenarchaeol w Ca. N. yellowstonii i N. gargensis obaliły poprzedni konsensus, że crenarchaeol był specyficzny dla mezotermicznej Nitrososphaerota i sugeruje, że występuje szerzej w obrębie gromady.


w biologii

Chemia i funkcja

Strukturalnie cząsteczka składa się z dwóch długich łańcuchów węglowodorowych, które rozciągają się przez błonę komórkową i są związane z glicerolem poprzez wiązania eterowe.

Podobnie jak inne GDGT, crenarchaeol jest lipidem błonowym z wyraźnymi regionami hydrofobowymi i hydrofilowymi . Długie, niepolarne łańcuchy węglowodorowe są hydrofobowe, podczas gdy główne grupy glicerolu połączone eterem są polarne i hydrofilowe. W większości organizmów błona komórkowa składa się z dwuwarstwy lipidowej , w której fosfolipidy układają się tak, że ich hydrofobowe, niepolarne ogony węglowodorowe są skierowane do wewnątrz do siebie, a ich hydrofilowe, polarne grupy główki skierowane na zewnątrz, aby łączyć się z polarnymi środowiskami cytoplazmy lub na zewnątrz komórki. Ta organizacja jest promowana przez efekt hydrofobowy , który sprawia, że ​​​​cząsteczkom hydrofobowym jest energetycznie korzystne izolowanie się od środowisk wodnych. Ponieważ GDGT mają dwie hydrofilowe grupy głowy, tworzą monowarstwę lipidową w błonie komórkowej zamiast dwuwarstwy, co czyni archeony wytwarzające GDGT wyjątkowymi spośród wszystkich kladów życia. Pierwotnie sądzono, że lipidy błonowe GDGT są przystosowaniem do życia w wysokich temperaturach i kwasowości. Ponieważ dwie strony lipidu jednowarstwowego są połączone wiązaniami kowalencyjnymi , a nie słabszymi siłami międzycząsteczkowymi , które promują spójność dwuwarstw, są one bardziej stabilne niż typowe dwuwarstwy. Hipoteza ta jest poparta obserwacją, że niektóre bakterie ekstremofilne syntetyzują własne, obejmujące błonę, związane z eterem analogi GDGT. Cykliczne ugrupowania GDGT mogą być również adaptacją do warunków hipertermicznych, a liczba pierścieni w długich łańcuchach węglowodorowych GDGT zależy od temperatury. Crenarchaeol ma dwa ugrupowania cyklopentylowe na jednym ze swoich łańcuchów węglowodorowych i jedno ugrupowanie cykloheksylowe i dwa ugrupowania cyklopentylowe na drugim.

Jednak odkrycie, że krenarchaeol i inne GDGT są wytwarzane przez organizmy żyjące w środowiskach mezotermicznych , postawiło pod znakiem zapytania hipotezę adaptacji hipertermicznej. Zaproponowano, że charakterystyczna grupa cykloheksylowa krenarchaeolu jest przystosowaniem do życia pelagicznego, ponieważ powoduje „załamanie” jednego z łańcuchów węglowodorowych krenarchaeolu, co zapobiega ścisłemu upakowaniu lipidów błonowych, co byłoby korzystne w wysokich temperaturach, ale niekorzystne w warunkach umiarkowane.

Zachowanie i degradacja w osadach

Crenarchaeol są stabilne przez setki milionów lat w środowisku. Jest częścią paleotermometru TEX 86 , wskaźnika temperatury powierzchni morza, który był używany do rekonstrukcji paleoklimatu aż do środkowej jury (~ 160 mA).

Crenarchaeol i inne GDGT mogą być przechowywane w środowisku przez setki milionów lat w odpowiednich warunkach. Większość GDGT rozkłada się w temperaturze między 240 a 300 ° C, więc nie można ich znaleźć w skałach, które zostały podgrzane do temperatur wyższych niż 300 ° C. GDGT ulegają degradacji pod wpływem tlenu, ale względne stężenia GDGT w osadach pozostają takie same nawet podczas degradacja, co oznacza, że ​​degradacja nie koliduje z serwerami proxy, takimi jak TEX 86 , które są oparte na proporcjach różnych GDGT.

Paleotermometr TEX 86

Liczba pierścieni w łańcuchach węglowodorowych GDGT jest zależna od temperatury i stanowi podstawę paleotermometru TEX 86 , zastępczego do pomiaru temperatury powierzchni starożytnego morza (SST), który opiera się na pomiarach obfitości krenarchaeolu i jego izomerów. Crenarchaeol ma regioizomer , który na podstawie analizy radiowęglowej może mieć inne pochodzenie niż inne izoprenoidowe GDGT. Możliwe źródła regioizomeru obejmują archeony bentosowe i diagensis krenarchaeolu, ponieważ regioizomer występuje w niewielkiej ilości w wodach powierzchniowych i kulturach pelagicznych taumarchaea. Mimo to, jeśli zostanie wykluczony z obliczeń TEX 86 , korelacja paleotermometru z temperaturą powierzchni morza staje się mniej widoczna, co wskazuje, że jest to niezbędny składnik TEX 86 .

Izolacja i pomiar

GDGT, takie jak crenarchaeol, można analizować za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej / jonizacji chemicznej pod ciśnieniem atmosferycznym - spektrometrii mas (HPLC/APCI-MS) po ekstrakcji i hydrolizie kwasowej . Hydroliza kwasowa odszczepia polarne grupy główne od cząsteczki, pozostawiając niepolarne łańcuchy. Jest to wymagane w przypadku chromatografii, która nie jest dobrze przystosowana do analizy cząsteczek polarnych. Wykazano, że różne techniki ekstrakcji są skuteczne w przypadku GDGT. Jedną z powszechnych metod jest ekstrakcja przez ultradźwięki metanolem, a następnie przemywanie niepolarnym rozpuszczalnikiem dichlorometanem (DCM) . GDGT mają charakterystyczne jony [M + H] + - 18 i [M + H] + - 74, które dla crenarchaeolu mają masy odpowiednio 1218 i 1162 Da. Względne obfitości GDGT można określić, całkując obszary pików ich charakterystycznych jonów.

  1. Bibliografia   _ Driessen, Arnold JM (2017). „Fosfolipidy archeonów: właściwości strukturalne i biosynteza” (PDF) . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biologia molekularna i komórkowa lipidów . 1862 (11): 1325–1339. doi : 10.1016/j.bbalip.2016.12.006 . PMID 28007654 .
  2. ^ a b c   Pitcher A, Rychlik N, Hopmans EC, Spieck E, Rijpstra WI, Ossebaar J, Schouten S, Wagner M, Damsté JS (kwiecień 2010). „Crenarchaeol dominuje w lipidach błonowych Candidatus Nitrososphaera gargensis, termofilnej grupy I.1b Archaeon” . Dziennik ISME . 4 (4): 542–52. doi : 10.1038/ismej.2009.138 . PMID 20033067 .
  3. ^    Hoefs M, Schouten S, De Leeuw JW, King LL, Wakeham SG, Damste J (sierpień 1997). „Eterowe lipidy archeonów planktonowych w słupie wody morskiej” . Mikrobiologia stosowana i środowiskowa . 63 (8): 3090–5. doi : 10.1128/AEM.63.8.3090-3095.1997 . PMC 1389224 . PMID 16535669 .
  4. ^    Schouten S, Hopmans EC, Pancost RD, Damste JS (grudzień 2000). „Powszechne występowanie strukturalnie zróżnicowanych tetraeterowych lipidów błonowych: dowód na wszechobecność niskotemperaturowych krewnych hipertermofili” . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 97 (26): 14421-6. doi : 10.1073/pnas.97.26.14421 . PMC 18934 . PMID 11121044 .
  5. ^    DeLong EF, King LL, Massana R, Cittone H, Murray A, Schleper C, Wakeham SG (marzec 1998). „Lipidy eteru dibifitanylu u nietermofilnych crenarchaeotów” . Mikrobiologia stosowana i środowiskowa . 64 (3): 1133-8. doi : 10.1128/AEM.64.3.1133-1138.1998 . PMC 106379 . PMID 9501451 .
  6. ^ a b c d   Damsté JS, Schouten S, Hopmans EC, van Duin AC, Geenevasen JA (październik 2002). „Crenarchaeol: charakterystyczny rdzeń glicerolu dibifitanyloglicerolu tetraeterowego lipidu błonowego kosmopolitycznej pelagicznej crenarchaeota” . Dziennik badań lipidów . 43 (10): 1641–51. doi : 10.1194/jlr.M200148-JLR200 . PMID 12364548 .
  7. ^    Brochier-Armanet C, Boussau B, Gribaldo S, Forterre P (marzec 2008). „Mesophilic Crenarchaeota: propozycja trzeciej gromady archeologicznej, Thaumarchaeota”. Recenzje przyrody. Mikrobiologia . 6 (3): 245–52. doi : 10.1038/nrmicro1852 . PMID 18274537 . S2CID 8030169 .
  8. ^    Schouten S, Hopmans EC, Baas M, Boumann H, Standfest S, Könneke M, Stahl DA, Sinninghe Damsté JS (kwiecień 2008). „Nienaruszone lipidy błonowe„ Candidatus Nitrosopumilus maritimus ”, uprawianego przedstawiciela kosmopolitycznej grupy mezofilnej I Crenarchaeota” . Mikrobiologia stosowana i środowiskowa . 74 (8): 2433–40. doi : 10.1128/AEM.01709-07 . PMC 2293165 . PMID 18296531 .
  9. ^   de la Torre JR, Walker CB, Ingalls AE, Könneke M, Stahl DA (marzec 2008). „Uprawa termofilnego archeonu utleniającego amoniak, syntetyzującego crenarchaeol”. Mikrobiologia Środowiskowa . 10 (3): 810–8. doi : 10.1111/j.1462-2920.2007.01506.x . PMID 18205821 .
  10. ^ a b c   Schouten, Stefan; Hopmans, Ellen C.; Sinninghe Damsté, Jaap S. (2013-01-01). „Geochemia organiczna lipidów tetraeterowych glicerolu dialkiloglicerolu: przegląd”. Geochemia organiczna . 54 : 19–61. doi : 10.1016/j.orggeochem.2012.09.006 . ISSN 0146-6380 .
  11. ^   Langworthy TA, Holzer G, Zeikus JG, Tornabene TG (1983-01-01). „Izo- i anteizo-rozgałęzione dietery glicerolu z termofilnej beztlenowej gminy Thermodesulfotobacterium”. Mikrobiologia systematyczna i stosowana . 4 (1): 1–17. doi : 10.1016/S0723-2020(83)80029-0 . PMID 23196295 .
  12. Bibliografia _ Hopmans, Ellen C.; Schefuß, Enno; Sinninghe Damsté, Jaap S. (2002). „Zróżnicowanie dystrybucji lipidów błony morskiej krenarchaotal: nowe narzędzie do rekonstrukcji starożytnych temperatur wody morskiej?”. Listy dotyczące nauki o Ziemi i planetach . 204 (1–2): 265–274. Bibcode : 2002E&PSL.204..265S . doi : 10.1016/S0012-821X(02)00979-2 .
  13. ^ a b   Jenkyns, HC; Schouten-Huibers, L.; Schouten S.; Sinninghe Damsté, JS (2012-02-02). „Ciepła środkowa jura - wczesna kreda temperatury powierzchni morza na dużych szerokościach geograficznych z Oceanu Południowego” . Klimat przeszłości . 8 (1): 215–226. Bibcode : 2012CliPa...8..215J . doi : 10.5194/cp-8-215-2012 . ISSN 1814-9332 .
  14. Bibliografia   _ Hopmans, Ellen C.; Schefuß, Enno; Sinninghe Damsté, Jaap S. (2002-11-30). „Zróżnicowanie dystrybucji lipidów błony morskiej krenarchaotal: nowe narzędzie do rekonstrukcji starożytnych temperatur wody morskiej?”. Listy dotyczące nauki o Ziemi i planetach . 204 (1): 265–274. Bibcode : 2002E&PSL.204..265S . doi : 10.1016/S0012-821X(02)00979-2 . ISSN 0012-821X .
  15. ^   Mollenhauer, Gesine; Eglinton, Tymoteusz I.; Hopmans, Ellen C.; Sinninghe Damsté, Jaap S. (2008-08-01). „Oparta na radiowęglu ocena zachowania właściwości krenarchaeolu i alkenonów z osadów brzegowych kontynentu” (PDF) . Geochemia organiczna . Postępy w geochemii organicznej 2007. 39 (8): 1039–1045. doi : 10.1016/j.orggeochem.2008.02.006 . hdl : 1912/2459 . ISSN 0146-6380 .
  16. Bibliografia   _ van der Meer, Jaap; Schouten, Stefan; Helmke, Peer; Willmott, Weronika; Sangiorgi, Francesca; Koç, Nalan; Hopmans, Ellen C.; Damsté, Jaap S. Sinninghe (2010-08-15). „Nowe wskaźniki i kalibracje pochodzące z rozmieszczenia izoprenoidowych lipidów tetraeterowych crenarchaeal: implikacje dla rekonstrukcji temperatury powierzchni morza w przeszłości”. Geochimica et Cosmochimica Acta . 74 (16): 4639–4654. Bibcode : 2010GeCoA..74.4639K . doi : 10.1016/j.gca.2010.05.027 . ISSN 0016-7037 .
  17. ^ Szach, Sunita R.; Mollenhauer, Gesine; Ohkouchi, Naohiko; Eglinton, Tymoteusz I.; Pearson, Ann (2008). „Pochodzenie archeologicznych lipidów tetraeterowych w osadach: spostrzeżenia z analizy radiowęglowej” . Geochimica et Cosmochimica Acta . 72 (18): 4577–4594. Bibcode : 2008GeCoA..72.4577S . doi : 10.1016/j.gca.2008.06.021 . hdl : 1912/2486 .
  18. ^ a b c   Schouten S, Huguet C, Hopmans EC, Kienhuis MV, Damsté JS (kwiecień 2007). „Metodologia analityczna dla paleotermometrii TEX86 za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej / chemicznej jonizacji-spektrometrii mas pod ciśnieniem atmosferycznym”. Chemia analityczna . 79 (7): 2940–4. doi : 10.1021/ac062339v . PMID 17311408 .
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Crenarchaeol&oldid=1121628548 ”