Копростанол
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют соответствующие встроенные цитаты . ( Март 2019 ) |
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК 5β-холестан-3β-ол | |
| Другие имена 5β-копростанол копростанол | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) |
|
| ЧЭБИ |
|
| ChEMBL |
|
| ChemSpider |
|
| Информационная карта ECHA | 100.006.036 |
| Номер ЕС |
|
CID PubChem |
|
| УНИИ |
|
Панель инструментов CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
| Характеристики | |
| С27Н48О | |
| Молярная масса | 388,680 г·моль −1 |
| Температура плавления | 102 °C (216 °F; 375 К) |
| Плохо растворим | |
| Опасности | |
| точка возгорания | Негорючий |
| Родственные соединения | |
Связанные станолы | 24-этилкопростанол 5α-холестанол эпи-копростанол |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
5β-Копростанол ( 5β-холестан-3β-ол ) — это 27- углеродный станол, образующийся в результате чистого восстановительного метаболизма холестерина (холест-5ен-3β-ол) в кишечнике большинства высших животных и птиц. Это соединение часто использовалось в качестве биомаркера присутствия человеческих фекалий в окружающей среде . Считается, что 5β-копростанол имеет исключительно бактериальное происхождение.
Химические свойства
Растворимость
5β-копростанол имеет низкую растворимость в воде и, следовательно, высокий коэффициент распределения октанол-вода (log K ow = 8,82) . Другими словами, 5β-копростанол имеет сродство к октанолу почти в 1 миллиард раз выше , чем к воде . Это означает, что в большинстве экологических систем 5β-копростанол будет ассоциироваться с твердой фазой .
Деградация
В анаэробных отложениях и почвах 5β-копростанол стабилен в течение многих сотен лет, что позволяет использовать его в качестве индикатора прошлых фекальных сбросов. Таким образом, записи о 5β-копростаноле из палеоэкологических архивов использовались для дальнейшего ограничения сроков человеческих поселений в регионе, а также для реконструкции относительных изменений в численности населения и сельскохозяйственной деятельности за несколько тысяч лет. [1]
Химический анализ
Поскольку молекула имеет гидроксильную (-ОН) группу, она часто связана с другими липидами , включая жирные кислоты ; поэтому большинство аналитических методов используют сильную щелочь (KOH или NaOH) для омыления эфирных связей . Типичные экстракционные растворители включают 6% KOH в метаноле . Затем свободные стерины и станолы (насыщенные стерины) отделяются от полярных липидов путем разделения в менее полярном растворителе, таком как гексан . Перед анализом гидроксильную группу часто дериватизируют с помощью BSTFA (бис-триметилсилилтрифторацетамид), чтобы заменить водород на менее заменяемую триметилсилиленовую (TMS) группу. Инструментальный анализ часто проводится на газовом хроматографе (ГХ) либо с пламенно-ионизационным детектором (ПИД), либо с масс-спектрометром (МС). Масс-спектр для 5β-копростанол - эфир TMS можно увидеть на рисунке. В качестве альтернативы для обнаружения копростанола в положительном режиме можно также использовать методы жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (ЖХ-МС), в которых применяется химическая ионизация при атмосферном давлении (ХИАД).
Изомеры
Помимо станола, выделяемого с фекалиями, в окружающей среде можно обнаружить два других изомера: 5α-холестанол
Формирование и возникновение
Фекальные источники
5β-копростанол образуется в результате превращения холестерина в копростанол в кишечнике большинства высших животных кишечными бактериями . Общепринято, что метаболизм холестерина в копростанол кишечными бактериями происходит косвенным образом через промежуточные кетоны, а не путем прямого восстановления двойной связи Δ 5,6 . [2] можно увидеть на рисунке, предложенном Гримальтом и др. (1990).
| Животные, вырабатывающие копростанол | Животные НЕ вырабатывают копростанол |
|---|---|
| Люди | Собаки |
| Крупный рогатый скот | ? |
| Овца | ? |
| Птицы | ? |
Однако было показано, что небольшое количество животных не вырабатывают 5β-копростанол, и их можно увидеть в таблице.
Использовать в качестве трассера для сточных вод
Основным источником 5β-копростанолов в окружающей среде являются отходы жизнедеятельности человека. Концентрация 5β-копростанолов в сырых, неочищенных сточных водах составляет около 2-6% от сухого остатка. Эта относительно высокая концентрация и ее стабильность позволяют использовать ее для оценки фекальных веществ в образцах, особенно в отложениях.
Соотношение 5β-копростанол/холестерин
Поскольку 5β-копростанол образуется из холестерина в кишечнике позвоночных , соотношение продукта к реагенту можно использовать для указания степени фекального вещества в образцах. Неочищенные сточные воды обычно имеют соотношение 5β-копростанол/холестерин ~10, которое уменьшается при прохождении через очистные сооружения (STP) таким образом, что в сбрасываемых жидких сточных водах соотношение составляет ~2. Неразбавленные сточные воды STP можно идентифицировать по этому высокому соотношению. Поскольку фекальное вещество рассеивается в окружающей среде, соотношение будет уменьшаться по мере того, как встречается больше (нефекального) холестерина от животных. Grimalt & Albaiges ( год? ) [ необходима цитата ] предположили, что образцы с соотношением 5β-копростанол/холестерин более 0,2 можно считать загрязненными фекальным материалом.
Соотношение 5β-копростанол / (5β-копростанол + 5α-холестанол)
Другой мерой загрязнения человеческих фекалий является соотношение двух изомеров 3β-ола насыщенной стериновой формы. 5α-холестанол естественным образом образуется в окружающей среде бактериями и, как правило, не имеет фекального происхождения. Образцы с соотношениями более 0,7 могут быть загрязнены человеческими фекалиями; образцы со значениями менее 0,3 можно считать незагрязненными. Образцы с соотношениями между этими двумя пороговыми значениями не могут быть легко классифицированы на основе только этого соотношения.
Осадки, попадающие в красную область, классифицируются как «загрязненные» по обоим из двух соотношений, а те, что в зеленой области, классифицируются как «незагрязненные» по тем же показателям. Осадки в синей области являются «незагрязненными» по соотношению 5β-копростанол/холестерин и «неопределенными» по соотношению 5β-копростанол/(5β-копростанол + 5α-холестанол). Большинство образцов между пороговыми значениями 0,3 и 0,7 считаются «незагрязненными» по соотношению 5β-копростанол/холестерин, поэтому значение 0,3 следует считать несколько консервативным.
Соотношение 5β-копростанола и общих стеролов
Пороговые значения и т.д.
5β-копростанол / 24-этилкопростанол
Травоядные животные, такие как коровы и овцы, потребляют наземные растительные вещества (траву), которые содержат β-ситостерин в качестве основного стерина. β-ситостерин является 24-этиловым производным холестерина и может использоваться в качестве биомаркера для наземных растительных веществ (см. раздел). В кишечнике этих животных бактерии биогидрогенизируют двойную связь в 5-м положении, создавая 24-этилкопростанол, и поэтому это соединение может использоваться в качестве биомаркера для фекалий травоядных животных. Типичные значения в различных исходных материалах можно увидеть в таблице после Гилпина ( год? ). [ необходима цитата ]
| Источник | 5β-коп / 24-этилкоп |
|---|---|
| Септики | 2.9 – 3.7 |
| Сточные воды сообщества | 2.6 – 4.1 |
| Бойня – овцы, крупный рогатый скот | 0,5 – 0,9 |
| Мойка молочного сарая | 0.2 |
Эпи-копростанол / 5β-копростанол
Во время очистки сточных вод 5β-копростанол может преобразовываться в форму 5β-холестан-3α-ол, эпикопростанол. Также в окружающей среде происходит медленное преобразование 5β-копростанола в эпикопростанол, поэтому это соотношение будет указывать либо на степень очистки сточных вод, либо на их возраст в окружающей среде. Кросс-плот соотношения 5β-копростанол/холестерин с эпикопростанол/5β-копростанол может указывать как на фекальное загрязнение, так и на очистку.
Связанные маркеры
5α-холестанол / холестерин
В окружающей среде бактерии преимущественно производят 5α-холестан-3β-ол (5α-холестанол) из холестерина, а не из 5β-изомера. Эта реакция происходит в основном в анаэробных восстановительных отложениях, и соотношение 5α-холестанол/холестерин может использоваться в качестве вторичного (процессного) биомаркера для таких условий. Для этого маркера не было предложено пороговых значений, поэтому он используется в относительном смысле; чем больше соотношение, тем более восстановительная среда. Восстановительная среда часто связана с территориями, испытывающими высокий уровень поступления органических веществ; это может включать сбросы, полученные из сточных вод. Связь между восстановительными условиями и потенциальным источником можно увидеть на кросс-графике с индикатором сточных вод.
Из этой связи можно предположить, что сбросы сточных вод частично ответственны за анаэробные восстановительные условия в отложениях.
Использование в археологических исследованиях
Копростанол и его производное эпикопростанол используются в археологических и палеоэкологических исследованиях в качестве индикаторов прошлой человеческой деятельности из-за их длительности существования в почвах и тесной связи с продукцией в кишечнике человека. [3] [4] Исследователи использовали присутствие копростанола для идентификации археологических объектов, таких как выгребные ямы, или ландшафтной деятельности, такой как удобрение . [5] [6] Изменения концентрации копростанола с течением времени можно использовать для создания реконструкций человеческой популяции в определенной среде осадконакопления. [1] [7]
Смотрите также
Ссылки
- ^ ab D'Anjou RM, Bradley RS, Balascio NL, Finkelstein DB (декабрь 2012 г.). «Влияние климата на человеческие поселения и сельскохозяйственную деятельность в северной Норвегии, выявленное с помощью биогеохимии осадков». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (50): 20332– 20337. Bibcode : 2012PNAS..10920332D. doi : 10.1073/pnas.1212730109 . PMC 3528558. PMID 23185025 .
- ^ Kenny DJ, Plichta DR, Shungin D, Koppel N, Hall AB, Fu B и др. (август 2020 г.). «Метаболизм холестерина некультивируемыми кишечными бактериями человека влияет на уровень холестерина хозяина». Cell Host & Microbe . 28 (2): 245–257.e6. doi :10.1016/j.chom.2020.05.013. PMC 7435688 . PMID 32544460.
- ^ Bull ID, Simpson IA, van Bergen PF, Evershed RP (1999). «Muck 'n' Molecules: Organic Geochemical Methods for Discovery Ancient Nuuring». Antiquity . 73 (279): 86–96 . doi :10.1017/S0003598X0008786X. ISSN 0003-598X. S2CID 56237722.
- ^ Sistiaga A, Berna F, Laursen R, Goldberg P (2014-01-01). «Анализ стероидных биомаркеров предполагаемого человеческого копролита возрастом 14 000 лет из пещеры Пейсли, штат Орегон». Журнал археологической науки . 41 : 813–817 . Bibcode : 2014JArSc..41..813S. doi : 10.1016/j.jas.2013.10.016. ISSN 0305-4403.
- ^ Bethell PH, Goad LJ, Evershed RP, Ottaway J (сентябрь 1994 г.). «Изучение молекулярных маркеров человеческой деятельности: использование копростанолов в почве в качестве индикатора человеческих фекальных материалов». Журнал археологической науки . 21 (5): 619– 632. Bibcode : 1994JArSc..21..619B. doi : 10.1006/jasc.1994.1061. ISSN 0305-4403.
- ^ Bull ID, Evershed RP, Betancourt PP (2001). «Органическое геохимическое исследование практики удобрения навозом на минойском полигоне на острове Псейра, Крит». Geoarchaeology . 16 (2): 223– 242. Bibcode : 2001Gearc..16..223B. doi : 10.1002/1520-6548(200102)16:2<223::AID-GEA1002>3.0.CO;2-7 . ISSN 1520-6548.
- ^ White AJ, Stevens LR, Lorenzi V, Munoz SE, Lipo CP, Schroeder S (2018-05-01). «Оценка фекальных станолов как индикаторов изменения численности населения в Кахокии, Иллинойс». Журнал археологической науки . 93 : 129–134 . Bibcode : 2018JArSc..93..129W. doi : 10.1016/j.jas.2018.03.009. ISSN 0305-4403.
Дальнейшее чтение
- Mudge SM, Ball AS (2006). Morrison R, Murphy B (ред.). Сточные воды в: Экологическая криминалистика: подход к конкретным загрязнителям . Elsevier. стр. 533.
- Бетелл П. (1994). «Изучение молекулярных маркеров человеческой деятельности: использование копростанола в почве в качестве индикатора человеческого фекального материала». Журнал археологической науки . 21 (5): 619– 632. Bibcode : 1994JArSc..21..619B. doi : 10.1006/jasc.1994.1061.
- Bull ID, Lockheart MJ, Elhmmali MM, Roberts DJ, Evershed RP (март 2002 г.). «Происхождение фекалий с помощью обнаружения биомаркеров». Environment International . 27 (8): 647– 654. Bibcode : 2002EnInt..27..647B. doi : 10.1016/S0160-4120(01)00124-6. PMID 11934114.
