Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Археол - один из основных липидов мембран архей , одна из трех областей жизни. Одна из ключевых особенностей, которая отличает архей от бактерий и эукарий, - это их мембранные липиды, в которых археол играет важную роль. Из-за этого археол также широко используется в качестве биомаркера активности древних архей, особенно метаногенов . [1]

Археол обычно состоит из соединения двух фитанильных цепей с sn-2 и sn-3 положениями молекулы глицерина . Предполагается, что сильно разветвленные боковые цепи объясняют очень низкую проницаемость мембран на основе археол, что может быть одной из ключевых адаптаций архей к экстремальным условиям окружающей среды.

Археол
Archaeol.png
Имена
Название ИЮПАК
2,3-Бис (3,7,11,15-тетраметилгексадекокси) пропан-1-ол
Другие названия
Липид археол; 2,3- ди - O- фитанил- sn -глицерин ; 2,3-Бис [(3,7,11,15-тетраметилгексадецил) окси] -1-пропанол
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
MeSHархеол + липид
  • CC (C) СССС (C) СССС (C) СССС (C) CCOCC (CO) OCCC (C) СССС (C) СССС (C) СССС (C) C
Характеристики
С 43 Н 88 О 3
Молярная масса653,174  г · моль -1
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверятьY проверить  ( что есть   ?)проверятьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Химия [ править ]

Археол - это диэфирный липид, обычно обнаруживаемый в архее. Стандартный археол представляет собой 2,3-ди-O-фитанил-sn- глицерин с двумя фитанильными цепями, связывающимися с положением sn-2 и sn-3 глицерина посредством эфирных связей. Структура 2,3-sn-глицерина и связь простой эфирной связи - два ключевых отличия липидов архей от липидов бактерий и эукарий, которые используют 1,2-sn-глицерин и, в основном, сложноэфирные связи. [2] Природные археолы имеют конфигурации 3R, 7R, 11R для трех хиральных центров в изопреноидных цепях. Существует четыре структурных варианта, которые усложняют мембранные липиды.в функции и свойствах. Две фитаниловые цепи могут образовывать 36-членное кольцо, давая макроциклический археол. Гидроксилированный археол имеет фитанильные цепи, гидроксилированные по первому третичному атому углерода , в то время как сестертерпаниловый археол имеет фитанильные боковые цепи с сестертерерпанильными цепями C25, замещая на C2 глицерина или на обоих атомах углерода. Также обнаружен ненасыщенный археол с таким же углеродным скелетом, что и стандартный археол, но с одной или несколькими двойными связями в боковых цепях фитанила. [3]

Две молекулы архей могут подвергаться прямому соединению с образованием кальдархеола (типичного тетраэфира глицериндиалкилглицерина, GDGT), одного из наиболее распространенных тетраэфирных липидов у архей.

Альтернативный путь MVA, занятый в клетках архей для синтеза изопреноидных цепей архей. Последние три стадии (катализируемые неизвестным ферментом ??, IPK и IDI2 соответственно) отличаются от типичного пути MVA.
Синтез фосфолипидов на основе архей в архее. Боковые цепи изопреноидов происходят из IPP и DMAPP, которые синтезируются альтернативными путями MVA.
Стандартный археол, образованный путем связывания двух фитанильных цепей с sn-2 и sn-3 положениями молекулы глицерина.
Макроциклический археол, образованный путем соединения концов двух фитаниловых цепей в стандартном археоле.
Гидроксилархеол с фитанильной цепью, гидроксилированной по первому третичному атому углерода.
Сестертерпаниловый археол, образованный путем замены цепей фитанила (C20) в стандартном археоле цепями сестертерерпанила (C25).
Ненасыщенный археол, образованный введением двойных связей в стандартный археол.

Биологическая роль и синтез [ править ]

Биологическая роль [ править ]

Археол был обнаружен во всех проанализированных архее, по крайней мере, в следовых количествах. Он представляет собой 100% липидов диэфирного ядра у большинства нейтрофильных галофилов [3] и серозависимых термофилов (хотя их основные липиды являются тетраэфирными липидами). Метаногены содержат гидроксиархеол и макроциклические соединения, отличные от стандартных археол, а археолы, содержащие сестертерпанильные цепи, характерны для алкалифильных крайних галофилов. Примечательно, что тетраэфирные липиды также широко представлены у архей. [2]

Липосомы (сферическая везикула, имеющая по крайней мере один липидный бислой) липидов из архей обычно демонстрируют чрезвычайно низкую проницаемость для молекул и ионов, даже включая протоны. Ионная проницаемость, индуцированная ионофорами (переносчиками ионов через мембраны), также довольно низка и сравнима только с проницаемостью яичного фосфатидилхолина (очень распространенного биологического компонента мембраны) при 37 ° C, когда температура поднимается примерно до 70 ° C. [4] [5] По сравнению с бактериями и Eukarya , то изопреноидбоковые цепи археола сильно разветвлены. Считается, что это структурное различие снижает проницаемость архей во всем диапазоне температур роста, что позволяет архей адаптироваться к экстремальным условиям окружающей среды. [6]

Процесс синтеза [ править ]

Археол обычно находится в виде фосфолипида в клетках архей. Синтетический путь полностью насыщенного археолфосфолипида протекает следующим образом: синтез изопреноидных боковых цепей за счет связи изопренов голова-хвост, эфирная связь с глицерин-1-фосфатным остовом, образование археола ЦДФ, присоединение полярной головной группы и насыщение двойной облигации. После этого тетраэфирные липиды могут быть синтезированы впоследствии реакцией димеризации через прямую связь. [7]

У архей разные пути биосинтеза изопреноидных цепей по сравнению с бактериями и эукариями. Предшественниками изопреноида являются C5-звенья изопентенилпирофосфата (IPP) и диметилаллилпирофосфата (DMAPP), которые универсальны для всех трех сфер жизни. Как правило, два соединения синтезируются в бактериях через 2-C-метил-D-эритритол 4-фосфат / 1-дезокси-D-ксилулозо-5-фосфатный путь (путь MEP / DOXP) и синтезируются через путь мевалоната (MVA). в большинстве эукарий. Синтез IPP и DMAPP в архее происходит по альтернативному пути MVA, который отличается от классического пути MVA на последних трех этапах и разделяет остальные четыре этапа. [7]

Эфирные липиды в бактериях [ править ]

Хотя археол, показывающий эфирную связь между изопреноидной цепью и глицерином, считается убедительным биомаркером для архей, липиды эфирных мембран также были обнаружены у некоторых аэробных и анаэробных бактерий, включая липиды с одной сложноэфирной связью и одной простой эфирной связью с алкильными цепями. . Многие строго аноксические бактерии и несколько аэробных видов содержат плазмалогены (Pla), у которых есть алкильная цепь, связанная с sn-1 положением глицерина через связь винилового эфира.. Считается, что, как и археи, эти липиды повышают устойчивость бактерий к неблагоприятным условиям окружающей среды. Более поразительным является открытие неизопреноидных диэфирных липидов диалкилглицерина (DGD) и разветвленных диалкилглицеринтетраэфирных липидов (brGDGT), которые образуются аналогично археолу путем связывания алкильных цепей (но не изопреноидных цепей) с молекулами глицерина через эфир связь. Примечательно, что эти липиды отличаются от липидов эфиров архей только боковыми цепями и позициями связывания на глицерине. Сообщается о DGD у термофильных бактерий, некоторых мезофильных бактерий и агрегирующих миксобактерий . [8] [9]

Используется как липидный биомаркер [ править ]

Археол в отложениях обычно возникает в результате гидролиза фосфолипидов мембран архей во время диагенеза. Благодаря своему высокому потенциалу сохранения, он часто обнаруживается и используется геохимиками-органиками в качестве биомаркера активности архей, особенно биомассы и активности метаногена. В качестве заместителя метаногена он используется Michinari Sunamura et al. непосредственно измерить метаногены в осадках Токийского залива , [10] , а также используется Кейти LH Lim и др. как индикатор метаногенеза в водонасыщенных почвах. [11] CA McCartney et al. использовали его как прокси для производства метана у крупного рогатого скота. [12]

Между тем, он также используется для понимания древней биогеохимии. Ричард Д. Панкост и соавт. Использовали его в качестве биомаркера. с целью реконструкции биогеохимии голоцена омбротрофных торфяников. [13] Пилотное исследование, проведенное Яном Д. Буллом и соавт. также использовали археол в качестве биомаркера, чтобы выявить различия между ферментирующими пищеварительными системами в передней и задней кишках древних травоядных млекопитающих. [14]

Кроме того, из-за различной кинетики деградации интактных археолов и кальдархеолов соотношение археола и кальдархеола было предложено в качестве косвенного показателя солености в высокогорных озерах, предоставляя инструмент для изучения палеозасоленности. [15]

В некоторых случаях археол также может гидролизоваться, при этом его боковые цепи сохраняются в виде фитана или пристана , в зависимости от окислительно-восстановительных условий. [16]

Измерение [ править ]

Для анализа археол липиды обычно экстрагируют с помощью традиционной процедуры Блая-Дайера [17], обычно с последующим фракционированием (тонкослойной или колоночной хроматографией) и дериватизацией . Казухиро Демизу и др. [18] и Садами Оцубо и др. [19] предложили аналогичные процессы, включающие кислотную экстракцию Блая и Дайера, кислотную обработку и дериватизацию, при этом основные липиды наконец подвергаются хроматографии .

Для определения концентрации археола, присутствующего в образце, обычно используются хроматографические технологии, включая высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ), [18] [19] [20] газовую хроматографию (ГХ), [21] и сверхкритическую жидкостную хроматографию ( SFC), [22] [23] с масс-спектрометрией (MS), часто применяемой для облегчения идентификации.

См. Также [ править ]

  • Диацилглицерин
  • Калдархеол
  • id: Археол

Ссылки [ править ]

  1. ^ Под редакцией Рикардо Кавиккиоли (2007), Архея , Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press, ISBN 978-1-55581-391-8, OCLC  172964654CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  2. ^ a b Koga, Y Nishihara, M Morii, H Akagawa-Matsushita, M (1993). «Эфирные полярные липиды метаногенных бактерий: строение, сравнительные аспекты, биосинтез» . Микробиологические обзоры . 57 (1): 164–82. DOI : 10.1128 / MMBR.57.1.164-182.1993 . OCLC 680443863 . PMC 372904 . PMID 8464404 .   CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  3. ^ a b Gambacorta, A .; Gliozzi, A .; Де Роса, М. (1995). «Липиды архей и их биотехнологическое применение». Всемирный журнал микробиологии и биотехнологии . 11 (1): 115–131. DOI : 10.1007 / BF00339140 . PMID 24414415 . 
  4. ^ Ямаути, Киёси; Дои, Куниюки; Киношита, Масаёши; Кии, Фумико; Фукуда, Хидеки (октябрь 1992 г.). «Архебактериальные липидные модели: мембраны с высокой солеустойчивостью из 1,2-дифитанилглицеро-3-фосфохолина». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1110 (2): 171–177. DOI : 10.1016 / 0005-2736 (92) 90355-р . ISSN 0005-2736 . PMID 1390846 .  
  5. ^ Ямаути, Киёси; Дои, Кумиюки; Ёсида, Ёичи; Киношита, Масаёши (март 1993 г.). «Липиды архебактерий: мембраны с высокой проницаемостью для протонов из 1,2-дифитанил-sn-глицеро-3-фосфолина». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1146 (2): 178–182. DOI : 10.1016 / 0005-2736 (93) 90353-2 . ISSN 0005-2736 . PMID 8383997 .  
  6. ^ Кога, Yosuke (2012). «Термическая адаптация липидных мембран архей и бактерий» . Археи . 2012 : 789652. дои : 10,1155 / 2012/789652 . ISSN 1472-3646 . PMC 3426160 . PMID 22927779 .   
  7. ^ а б Джайн, Самта (2014). «Биосинтез эфирных липидов мембран архей» . Границы микробиологии . 5 : 641. DOI : 10,3389 / fmicb.2014.00641 . PMC 4244643 . PMID 25505460 .  
  8. ^ Гросси, Винсент; Моллекс, Дэмиен; Винсон-Ложье, Арно; Хакиль, Флоренция; Пактон, Мюриэль; Краво-Лаюро, Кристиана (2015). «Липиды моно- и диалкилглицеринового эфира в анаэробных бактериях: биосинтетические выводы из мезофильного сульфатредуктора Desulfatibacillum alkenivorans PF2803T» . Прикладная и экологическая микробиология . 81 (9): 3157–3168. DOI : 10,1128 / AEM.03794-14 . PMC 4393425 . PMID 25724965 .  
  9. ^ Лоренцен, Вольфрам; Арендт, Тилман; Божуюк, Кенан А.Дж.; Боде, Хельге Б. (11.05.2014). «Многофункциональный фермент участвует в биосинтезе липидов простого эфира бактерий». Природа Химическая биология . 10 (6): 425–427. DOI : 10.1038 / nchembio.1526 . ISSN 1552-4450 . PMID 24814673 .  
  10. ^ Сунамура, Мичинари; Кога, Йосуке; Охвада, Коити (1999-11-01). «Измерение биомассы метаногенов в отложениях Токийского залива с использованием липидов архей». Морская биотехнология . 1 (6): 562–568. DOI : 10.1007 / PL00011811 . ISSN 1436-2228 . PMID 10612681 .  
  11. ^ Лим, Кэти LH; Панкост, Ричард Д .; Хорнибрук, Эдвард Р.К .; Максфилд, Питер Дж .; Эвершед, Ричард П. (2012). «Археол: индикатор метаногенеза в водонасыщенных почвах» . Археи . 2012 : 896727. дои : 10,1155 / 2012/896727 . ISSN 1472-3646 . PMC 3512251 . PMID 23226972 .   
  12. ^ Дьюхерст, RJ; Ян, Т .; Бык, ID; Маккартни, Калифорния (1 февраля 2013 г.). «Оценка археола как молекулярного заместителя для производства метана у крупного рогатого скота» . Журнал молочной науки . 96 (2): 1211–1217. DOI : 10.3168 / jds.2012-6042 . ISSN 0022-0302 . PMID 23261373 .  
  13. ^ Панкост, Ричард Д .; McClymont, Erin L .; Bingham, Elizabeth M .; Робертс, Зои; Чарман, Дэн Дж .; Хорнибрук, Эдвард Р.К .; Бланделл, Энтони; Чемберс, Фрэнк М .; Лим, Кэти Л.Х. (ноябрь 2011 г.). «Археол как биомаркер метаногена в омбротрофных болотах». Органическая геохимия . 42 (10): 1279–1287. DOI : 10.1016 / j.orggeochem.2011.07.003 .
  14. ^ Гилл, Фиона L .; Дьюхерст, Ричард Дж .; Дангейт, Дженнифер Эй Джей; Эвершед, Ричард П .; Айвз, Люк; Ли, Ченг-Сен; Панкост, Ричард Д .; Салливан, Мартин; Бера, Субир (май 2010 г.). «Археол - биомаркер ферментации передней кишки у современных и древних травоядных млекопитающих?». Органическая геохимия . 41 (5): 467–472. DOI : 10.1016 / j.orggeochem.2010.02.001 .
  15. ^ Ван, Хуанье; Лю, Вэйго; Zhang, Chuanlun L .; Цзян, Хунчэнь; Донг, Хайлянь; Лу, Хунсюань; Ван, Цзиньсян (январь 2013 г.). «Оценка отношения археола к кальдархеолу в качестве показателя солености в высокогорных озерах на северо-востоке Цинхай-Тибетского плато». Органическая геохимия . 54 : 69–77. DOI : 10.1016 / j.orggeochem.2012.09.011 .
  16. Перейти ↑ Rowland, SJ (январь 1990 г.). «Производство ациклических изопреноидных углеводородов путем лабораторного созревания метаногенных бактерий». Органическая геохимия . 15 (1): 9–16. DOI : 10.1016 / 0146-6380 (90) 90181-X . ISSN 0146-6380 . 
  17. ^ Блай, EG; Дайер, WJ (август 1959). «Быстрый метод экстракции и очистки общих липидов». Канадский журнал биохимии и физиологии . 37 (8): 911–917. DOI : 10.1139 / o59-099 . ISSN 0576-5544 . PMID 13671378 . S2CID 7311923 .   
  18. ^ a b Демизу, Казухиро; Оцубо, Садами; Коно, Шухей; Миура, Исао; Нишихара, Масатеру; Кога, Йосуке (1992). «Количественное определение метаногенных клеток на основе анализа глицеролипидов, связанных эфиром, методом высокоэффективной жидкостной хроматографии». Журнал ферментации и биоинженерии . 73 (2): 135–139. DOI : 10.1016 / 0922-338x (92) 90553-7 . ISSN 0922-338X . 
  19. ^ a b Ohtsubo, S (май 1993 г.). «Чувствительный метод количественного определения уксусных метаногенов и оценки общего количества метаногенных клеток в естественной среде на основе анализа глицеролипидов, связанных эфиром» . FEMS Microbiology Ecology . 12 (1): 39–50. DOI : 10.1016 / 0168-6496 (93) 90023-Z . ISSN 0168-6496 . 
  20. ^ Марц, Роберт Ф .; Себахер, Даниэль I .; Уайт, Дэвид К. (февраль 1983 г.). «Измерение биомассы метанобразующих бактерий в пробах окружающей среды». Журнал микробиологических методов . 1 (1): 53–61. DOI : 10.1016 / 0167-7012 (83) 90007-6 . ISSN 0167-7012 . PMID 11540801 .  
  21. ^ Смит, GC; Floodgate, GD (октябрь 1992 г.). «Химический метод оценки метаногенной биомассы». Исследования континентального шельфа . 12 (10): 1187–1196. Bibcode : 1992CSR .... 12.1187S . DOI : 10.1016 / 0278-4343 (92) 90078-X . ISSN 0278-4343 . 
  22. ^ Хольцер, Гюнтер У .; Келли, Патрик Дж .; Джонс, Уильям Дж. (Июль 1988 г.). «Анализ липидов из метаногена гидротермального источника и связанного с ним осадка с помощью сверхкритической жидкостной хроматографии». Журнал микробиологических методов . 8 (3): 161–173. DOI : 10.1016 / 0167-7012 (88) 90017-6 . ISSN 0167-7012 . 
  23. ^ Кинг, Джерри (2002-01-22), «Технология сверхкритических жидкостей для экстракции, фракционирования и реакций липидов », Lipid Biotechnology , CRC Press, doi : 10.1201 / 9780203908198.ch34 , ISBN 9780824706197