El arqueol es uno de los principales lípidos de la membrana central de las arqueas , uno de los tres dominios de la vida. Una de las características clave que distingue a las arqueas de las bacterias y las eukarya son los lípidos de su membrana, donde la arqueol juega un papel importante. Debido a esto, el arqueol también se usa ampliamente como un biomarcador para la actividad de arqueas antiguas, especialmente metanógenos . [1]
El arqueol generalmente se compone uniendo dos cadenas de fitonilo a las posiciones sn-2 y sn-3 de una molécula de glicerol . Se especula que las cadenas laterales altamente ramificadas explican la muy baja permeabilidad de la membrana a base de arqueol, que puede ser una de las adaptaciones clave de las arqueas a ambientes extremos.
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Nombres | |
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Nombre IUPAC 2,3-bis (3,7,11,15-tetrametilhexadecoxi) propan-1-ol | |
Otros nombres Lípido de arqueol; 2,3-di- O- fitanil- sn- glicerol; 2,3-Bis [(3,7,11,15-tetrametilhexadecil) oxi] -1-propanol | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
Malla | arqueol + lípido |
PubChem CID | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
C 43 H 88 O 3 | |
Masa molar | 653,174 g · mol −1 |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
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Referencias de Infobox | |
Química
El arqueol es un lípido diéter que se encuentra comúnmente en las arqueas. El arqueol estándar es 2,3-di-O-fitonil-sn- glicerol , con dos cadenas de fitonilo que se unen a la posición de sn-2 y sn-3 del glicerol mediante enlaces éter . La estructura del 2,3-sn-glicerol y el enlace del enlace éter son dos diferencias clave de los lípidos de las arqueas de los de las bacterias y los eucarios que utilizan 1,2-sn-glicerol y, sobre todo, enlaces éster. [2] El arqueol natural tiene configuraciones 3R, 7R, 11R para los tres centros quirales en las cadenas isoprenoides . Hay cuatro variaciones estructurales que contribuyen a la complejidad de los lípidos de la membrana en función y propiedades. Las dos cadenas de fitonilo pueden formar un anillo de 36 miembros para producir arqueol macrocíclico. El arqueol hidroxilado tiene cadenas de fitanilo hidroxiladas en el primer átomo de carbono terciario , mientras que el arqueol de sesterterpanilo tiene las cadenas laterales de fitanilo con cadenas de sesterrterpanilo de C25, sustituidas en C2 del glicerol o en ambos carbonos. También se descubre arqueol insaturado, con el mismo esqueleto de carbono que el arqueol estándar, pero uno o múltiples enlaces dobles en las cadenas laterales de fitanilo. [3]
Dos moléculas de archaeol pueden someterse a un enlace cabeza a cabeza para formar caldarchaeol (un típico glicerol dialquil glicerol tetraéter , GDGT), uno de los tetraéter lípidos más comunes en las arqueas.
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Función biológica y síntesis
Papel biológico
Se han encontrado arqueol en todas las arqueas analizadas hasta ahora, al menos una pequeña cantidad. Representa el 100% de los lípidos del núcleo de dieter en la mayoría de los halófilos neutrófilos [3] y los termófilos dependientes de azufre (aunque la mayoría de los lípidos del núcleo son los lípidos de tetraéter). Los metanógenos contienen hidroxiarqueol y macrocíclicos distintos del arqueol estándar, y el arqueol que contiene cadenas de sesterterpanilo es característico de los halófilos extremos alcalifílicos. Es de destacar que los lípidos tetraéter también están ampliamente presentes en las arqueas. [2]
Los liposomas (una vesícula esférica que tiene al menos al menos una bicapa lipídica) de lípidos de arqueas típicamente demuestran una permeabilidad extremadamente baja para moléculas e iones, incluso protones. La permeabilidad iónica inducida por los ionóforos (transportadores de iones a través de las membranas) también es bastante baja, y solo comparable a la de la fosfatidilcolina de huevo (un componente biológico de la membrana muy común) a 37 ° C cuando la temperatura sube hasta aproximadamente 70 ° C. [4] [5] En comparación con las bacterias y los eukarya , las cadenas laterales isoprenoides de la arqueol están muy ramificadas. Se cree que esta diferencia estructural reduce la permeabilidad de las arqueas en todo el rango de temperatura de crecimiento, lo que permite que las arqueas se adapten a entornos extremos. [6]
Proceso de síntesis
El arqueol se encuentra generalmente como fosfolípido en las células de arqueas. La ruta sintética del fosfolípido de arqueol completamente saturado procede de la siguiente manera: la síntesis de cadenas laterales isoprenoides por enlace de cabeza a cola de isoprenos, enlace de éter a la cadena principal de glicerol-1-fosfato, formación de arqueol de CDP, unión de grupo de cabeza polar y saturación de doble cautiverio. Después de esto, los lípidos de tetraéter se pueden sintetizar posteriormente mediante una reacción de dimerización mediante un enlace cabeza a cabeza. [7]
Las arqueas presentan diferentes vías biosintéticas de cadenas isoprenoides en comparación con las bacterias y los eucarios. Los precursores del isoprenoide son unidades C5 de pirofosfato de isopentenilo (IPP) y pirofosfato de dimetilalilo (DMAPP), que son universales para los tres dominios de la vida. Generalmente, los dos compuestos se sintetizan en bacterias a través de la vía 2-C-metil-D-eritritol 4-fosfato / 1-desoxi-D-xilulosa 5-fosfato (vía MEP / DOXP) y se sintetizan mediante la vía mevalonato (MVA) en la mayoría de los eukarya. La síntesis de IPP y DMAPP en arqueas sigue una vía alternativa de MVA que difiere de la vía clásica de MVA en los últimos tres pasos y comparte los cuatro pasos restantes. [7]
Éter lípidos en bacterias
Aunque el arqueol, que presenta el enlace éter entre la cadena isoprenoide y el glicerol, se ha considerado un biomarcador convincente para las arqueas, también se han descubierto lípidos de la membrana del éter en algunas bacterias aeróbicas y anaeróbicas , incluidos los lípidos con un enlace éster y un enlace éter a las cadenas de alquilo. . Muchas bacterias estrictamente anóxicas y algunas especies aeróbicas contienen plasmalógenos (Pla), que tiene una cadena de alquilo unida a la posición sn-1 del glicerol mediante un enlace vinil-éter . Al igual que las arqueas, se cree que estos lípidos aumentan la resistividad de las bacterias a entornos adversos. Más sorprendente es el descubrimiento de dialquil glicerol diéter lípidos no isoprenoides (DGD) y dialquil glicerol tetraéter lípidos ramificados (brGDGT), que se forman, de manera similar a la arqueol, uniendo cadenas de alquilos (pero no cadenas de isoprenoides) a moléculas de glicerol a través del éter. enlace. Es muy notable que estos lípidos solo sean diferentes de los lípidos de éter de arqueas en las cadenas laterales y las posiciones de unión en el glicerol. La DGD se informa en bacterias termófilas, algunas bacterias mesófilas y mixobacterias agregadas . [8] [9]
Utilizado como biomarcador de lípidos
El arqueol en los sedimentos se origina típicamente a partir de la hidrólisis de los fosfolípidos de la membrana de arqueas durante la diagénesis. Debido a su alto potencial de conservación, los geoquímicos orgánicos lo detectan y utilizan a menudo como un biomarcador de la actividad de las arqueas, especialmente de la biomasa y la actividad del metanógeno. Como proxy de metanógeno, es utilizado por Michinari Sunamura et al. para medir directamente los metanógenos en los sedimentos de la Bahía de Tokio , [10] y también utilizado por Katie LH Lim et al. como indicador de metanogénesis en suelos saturados de agua. [11] CA McCartney y col. lo usó como un sustituto de la producción de metano en el ganado. [12]
Mientras tanto, también se utiliza para ayudar a comprender la biogeoquímica antigua. Fue utilizado como biomarcador por Richard D. Pancost et al. con el fin de reconstruir la biogeoquímica del Holoceno en turberas ombrotróficas . [13] Un estudio piloto dirigido por Ian D. Bull et al. también usó arqueol como un biomarcador para revelar las diferencias entre los sistemas digestivos fermentadores en el intestino anterior y posterior de los mamíferos herbívoros antiguos . [14]
Además, debido a las diferentes cinéticas de degradación del archaeol y caldarchaeol intactos , se propuso la proporción de archaeol a caldarchaeol como un proxy de salinidad en los lagos de las tierras altas, proporcionando una herramienta para los estudios de paleosalinidad. [15]
El arqueol también puede hidrolizarse en algunos casos, con sus cadenas laterales conservadas como fitano o pristano , dependiendo de las condiciones redox. [dieciséis]
Medición
Para analizar el archaeol, los lípidos se extraen comúnmente mediante el procedimiento tradicional de Bligh-Dyer, [17] generalmente seguido de fraccionamiento (mediante cromatografía en columna o capa fina) y derivatización . Kazuhiro Demizu y col. [18] y Sadami Ohtsubo et al. [19] propuso procesos similares que incluían extracción con ácido Bligh y Dyer, tratamiento con ácido y derivatización, con los lípidos centrales finalmente sometidos a cromatografía .
Para determinar la concentración de arqueol presente en una muestra, se emplean comúnmente tecnologías de cromatografía, que incluyen cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), [18] [19] [20] cromatografía de gases (GC), [21] y cromatografía de fluidos supercríticos ( SFC), [22] [23] con espectrometría de masas (MS) que a menudo se aplica para ayudar a la identificación.
Ver también
- Diacilglicerol
- Caldarchaeol
- id: Archaeol
Referencias
- ^ Editado por Ricardo Cavicchioli (2007), Archaea , Washington, DC: ASM Press, ISBN 978-1-55581-391-8, OCLC 172964654CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )
- ^ a b Koga, Y Nishihara, M Morii, H Akagawa-Matsushita, M (1993). "Éter lípidos polares de bacterias metanogénicas: estructuras, aspectos comparativos y biosíntesis" . Revisiones microbiológicas . 57 (1): 164–82. doi : 10.1128 / MMBR.57.1.164-182.1993 . OCLC 680443863 . PMC 372904 . PMID 8464404 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b Gambacorta, A .; Gliozzi, A .; De Rosa, M. (1995). "Lípidos Archaeal y sus aplicaciones biotecnológicas". Revista mundial de microbiología y biotecnología . 11 (1): 115-131. doi : 10.1007 / BF00339140 . PMID 24414415 .
- ^ Yamauchi, Kiyoshi; Doi, Kuniyuki; Kinoshita, Masayoshi; Kii, Fumiko; Fukuda, Hideki (octubre de 1992). "Modelos de lípidos de arquebacterias: membranas altamente tolerantes a la sal de 1,2-difittanilglicero-3-fosfocolina". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1110 (2): 171-177. doi : 10.1016 / 0005-2736 (92) 90355-p . ISSN 0005-2736 . PMID 1390846 .
- ^ Yamauchi, Kiyoshi; Doi, Kumiyuki; Yoshida, Yoichi; Kinoshita, Masayoshi (marzo de 1993). "Lípidos arqueobacterianos: membranas altamente impermeables a protones de 1,2-difittanil-sn-glicero-3-fosfocolina". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1146 (2): 178–182. doi : 10.1016 / 0005-2736 (93) 90353-2 . ISSN 0005-2736 . PMID 8383997 .
- ^ Koga, Yosuke (2012). "Adaptación térmica de las membranas lipídicas arqueales y bacterianas" . Archaea . 2012 : 789652. doi : 10.1155 / 2012/789652 . ISSN 1472-3646 . PMC 3426160 . PMID 22927779 .
- ^ a b Jain, Samta (2014). "Biosíntesis de lípidos éter de membrana de arqueas" . Fronteras en microbiología . 5 : 641. doi : 10.3389 / fmicb.2014.00641 . PMC 4244643 . PMID 25505460 .
- ^ Grossi, Vincent; Mollex, Damien; Vinçon-Laugier, Arnauld; Hakil, Florencia; Pacton, Muriel; Cravo-Laureau, Cristiana (2015). "Mono y dialquil glicerol éter lípidos en bacterias anaeróbicas: conocimientos biosintéticos del reductor de sulfato mesófilo Desulfatibacillum alkenivorans PF2803T" . Microbiología aplicada y ambiental . 81 (9): 3157–3168. doi : 10.1128 / AEM.03794-14 . PMC 4393425 . PMID 25724965 .
- ^ Lorenzen, Wolfram; Ahrendt, Tilman; Bozhüyük, Kenan AJ; Bode, Helge B (11 de mayo de 2014). "Una enzima multifuncional está involucrada en la biosíntesis de éter-lípidos bacterianos". Biología química de la naturaleza . 10 (6): 425–427. doi : 10.1038 / nchembio.1526 . ISSN 1552-4450 . PMID 24814673 .
- ^ Sunamura, Michinari; Koga, Yosuke; Ohwada, Kouichi (1 de noviembre de 1999). "Medición de biomasa de metanógenos en los sedimentos de la Bahía de Tokio utilizando lípidos Archaeol". Biotecnología Marina . 1 (6): 562–568. doi : 10.1007 / PL00011811 . ISSN 1436-2228 . PMID 10612681 .
- ^ Lim, Katie LH; Pancost, Richard D .; Hornibrook, Edward RC; Maxfield, Peter J .; Evershed, Richard P. (2012). "Archaeol: un indicador de metanogénesis en suelos saturados de agua" . Archaea . 2012 : 896727. doi : 10.1155 / 2012/896727 . ISSN 1472-3646 . PMC 3512251 . PMID 23226972 .
- ^ Dewhurst, RJ; Yan, T .; Bull, ID; McCartney, CA (1 de febrero de 2013). "Evaluación de arqueol como un proxy molecular para la producción de metano en el ganado" . Revista de ciencia láctea . 96 (2): 1211-1217. doi : 10.3168 / jds.2012-6042 . ISSN 0022-0302 . PMID 23261373 .
- ^ Pancost, Richard D .; McClymont, Erin L .; Bingham, Elizabeth M .; Roberts, Zoë; Charman, Dan J .; Hornibrook, Edward RC; Blundell, Anthony; Chambers, Frank M .; Lim, Katie LH (noviembre de 2011). "Archaeol como biomarcador de metanógeno en turberas ombrotróficas". Geoquímica orgánica . 42 (10): 1279-1287. doi : 10.1016 / j.orggeochem.2011.07.003 .
- ^ Gill, Fiona L .; Dewhurst, Richard J .; Dungait, Jennifer AJ; Evershed, Richard P .; Ives, Luke; Li, Cheng-Sen; Pancost, Richard D .; Sullivan, Martin; Bera, Subir (mayo de 2010). "Archaeol - ¿un biomarcador para la fermentación del intestino anterior en mamíferos herbívoros modernos y antiguos?". Geoquímica orgánica . 41 (5): 467–472. doi : 10.1016 / j.orggeochem.2010.02.001 .
- ^ Wang, Huanye; Liu, Weiguo; Zhang, Chuanlun L .; Jiang, Hongchen; Dong, Hailiang; Lu, Hongxuan; Wang, Jinxiang (enero de 2013). "Evaluación de la relación de archaeol a caldarchaeol como un proxy de salinidad en los lagos de las tierras altas en el noreste de la meseta tibetana de Qinghai". Geoquímica orgánica . 54 : 69–77. doi : 10.1016 / j.orggeochem.2012.09.011 .
- ^ Rowland, SJ (enero de 1990). "Producción de hidrocarburos isoprenoides acíclicos por maduración en laboratorio de bacterias metanogénicas". Geoquímica orgánica . 15 (1): 9–16. doi : 10.1016 / 0146-6380 (90) 90181-x . ISSN 0146-6380 .
- ^ Bligh, EG; Dyer, WJ (agosto de 1959). "Un método rápido de extracción y purificación de lípidos totales". Revista canadiense de bioquímica y fisiología . 37 (8): 911–917. doi : 10.1139 / o59-099 . ISSN 0576-5544 . PMID 13671378 . S2CID 7311923 .
- ^ a b Demizu, Kazuhiro; Ohtsubo, Sadami; Kohno, Shuhei; Miura, Isao; Nishihara, Masateru; Koga, Yosuke (1992). "Determinación cuantitativa de células metanogénicas basada en el análisis de glicerolípidos ligados a éter mediante cromatografía líquida de alta resolución". Revista de Fermentación y Bioingeniería . 73 (2): 135-139. doi : 10.1016 / 0922-338x (92) 90553-7 . ISSN 0922-338X .
- ^ a b Ohtsubo, S (mayo de 1993). "Un método sensible para la cuantificación de metanógenos aceticlásticos y estimación de células metanogénicas totales en ambientes naturales basado en un análisis de glicerolípidos ligados a éter" . Ecología Microbiología FEMS . 12 (1): 39–50. doi : 10.1016 / 0168-6496 (93) 90023-z . ISSN 0168-6496 .
- ^ Martz, Robert F .; Sebacher, Daniel I .; White, David C. (febrero de 1983). "Medición de biomasa de bacterias formadoras de metano en muestras ambientales". Revista de métodos microbiológicos . 1 (1): 53–61. doi : 10.1016 / 0167-7012 (83) 90007-6 . ISSN 0167-7012 . PMID 11540801 .
- ^ Smith, GC; Floodgate, GD (octubre de 1992). "Un método químico para estimar la biomasa metanogénica". Investigación de la plataforma continental . 12 (10): 1187-1196. Código bibliográfico : 1992CSR .... 12.1187S . doi : 10.1016 / 0278-4343 (92) 90078-x . ISSN 0278-4343 .
- ^ Holzer, Gunther U .; Kelly, Patrick J .; Jones, William J. (julio de 1988). "Análisis de lípidos de un metanógeno de ventilación hidrotermal y sedimento de ventilación asociado por cromatografía de fluidos supercríticos". Revista de métodos microbiológicos . 8 (3): 161-173. doi : 10.1016 / 0167-7012 (88) 90017-6 . ISSN 0167-7012 .
- ^ King, Jerry (2002-01-22), "Tecnología de fluidos supercríticos para la extracción, fraccionamiento y reacciones de lípidos ", Biotecnología de lípidos , CRC Press, doi : 10.1201 / 9780203908198.ch34 , ISBN 9780824706197