Hispanopedia WikiEl arqueol es un diéter compuesto por dos cadenas de fitanilo unidas a las posiciones sn-2 y sn-3 del glicerol . Como éster fosfato, es un componente común de las membranas de las arqueas . [ 1 ]
Estructura y contraste con otros lípidos
La estructura del 2,3-sn-glicerol y el enlace de enlace éter son dos diferencias clave entre los lípidos que se encuentran en las arqueas y los de las bacterias y los eucariotas . Estos últimos utilizan 1,2-sn-glicerol y, principalmente, 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 membrana en función y propiedades. Las dos cadenas de fitanilo 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 sesterterpanilo tiene las cadenas laterales de fitanilo con cadenas sesterterpanilo C25, sustituyendo en el C2 del glicerol o en ambos carbonos. También se ha descubierto el arqueol insaturado, con el mismo esqueleto de carbono que el arqueol estándar pero con uno o varios enlaces dobles en las cadenas laterales de fitanilo. [ 3 ]
Función biológica y síntesis
Dos moléculas de arqueol pueden unirse cabeza con cabeza para formar caldarqueol (un típico tetraéter de dialquilglicerol glicerol , GDGT), uno de los lípidos tetraéter más comunes en las arqueas.
Función biológica
Se ha encontrado arqueol en todas las arqueas hasta ahora, al menos en cantidades traza. Representa el 100% de los lípidos centrales de dieter en la mayoría de los halófilos neutrófilos [ 3 ] y termófilos dependientes de azufre (aunque sus lípidos centrales más comunes son lípidos tetraéter). Los metanógenos contienen hidroxiarqueol y macrocíclicos distintos del arqueol estándar, y el arqueol que contiene una cadena sesterterpanílica es característico de los halófilos extremos alcalófilos. Cabe destacar que los lípidos tetraéter también están ampliamente presentes en las arqueas. [ 2 ]
Los liposomas (vesículas esféricas con al menos una bicapa lipídica) de lípidos de arqueas suelen presentar una permeabilidad extremadamente baja para moléculas e iones, incluso protones. La permeabilidad iónica inducida por 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 muy común de las membranas biológicas) a 37 °C cuando la temperatura aumenta hasta aproximadamente 70 °C. [ 4 ] [ 5 ] En comparación con las bacterias y los eucariotas , las cadenas laterales isoprenoides del arqueol están altamente ramificadas. Se cree que esta diferencia estructural reduce la permeabilidad de las arqueas en todo el rango de temperatura de crecimiento, lo que les permite adaptarse a entornos extremos. [ 6 ]
Biosíntesis
La biosíntesis del arqueol se lleva a cabo mediante un proceso de múltiples etapas mediado por varias enzimas. En términos simplificados, el glicerol 1-fosfato se eterifica con dos sustituyentes geranilgeranilo aportados por el pirofosfato de geranilgeranilo . Los dobles enlaces se reducen mediante nicotinamida y flavinas. El grupo fosfato está sujeto a modificación. [ 7 ] [ 8 ]
Las arqueas utilizan vías biosintéticas de isoprenoides distintas a las de las bacterias y los eucariotas. Los precursores C5 de las cadenas de geranilgeranilo son el isopentenil pirofosfato (IPP) y el dimetilalil pirofosfato (DMAPP), que se producen mediante una vía modificada del ácido mevalónico . [ 8 ]
Lípidos de éter en bacterias
Aunque el arqueol, que presenta el enlace éter entre la cadena isoprenoide y el glicerol, se ha considerado un biomarcador para las arqueas, también se han descubierto lípidos de membrana éter en algunas bacterias aerobias y anaerobias , incluidos lípidos con un enlace éster y un enlace éter a cadenas alquílicas. Muchas bacterias estrictamente anóxicas y algunas especies aerobias contienen plasmalógenos (Pla), que tienen una cadena alquílica unida a la posición sn-1 del glicerol a través de un enlace viniléter . De forma similar a las arqueas, se cree que estos lípidos aumentan la resistencia de las bacterias a entornos adversos. Más sorprendente aún es el descubrimiento de lípidos diéter de dialquil glicerol no isoprenoides (DGD) y lípidos tetraéter de dialquil glicerol ramificados (brGDGT), que se forman, de forma similar al arqueol, mediante la unión de cadenas alquílicas (pero no cadenas isoprenoides) a moléculas de glicerol a través de un enlace éter. Es muy notable que estos lípidos solo se diferencian de los lípidos de éter de las arqueas en las cadenas laterales y las posiciones de unión en el glicerol. Se ha informado de la presencia de DGD en bacterias termófilas, algunas bacterias mesófilas y mixobacterias agregadas . [ 9 ] [ 10 ]
En 2018, un grupo de la Universidad de Groningen logró producir una gran cantidad (30 % del total de fosfolípidos) de fosfolípidos a base de arqueol en E. coli transgénica . Descubrieron que las células modificadas muestran mayor tolerancia al calor y al frío. Este resultado se basa en su intento anterior de 2015, que produjo solo una cantidad minúscula. [ 11 ]
Como biomarcador lipídico
El arqueol en los sedimentos generalmente se origina de la hidrólisis de los fosfolípidos de la membrana de las arqueas durante la diagénesis. Debido a su alto potencial de preservación , los geoquímicos orgánicos lo detectan y utilizan frecuentemente como biomarcador de la actividad de las arqueas, especialmente de la biomasa y la actividad de los metanógenos. Como indicador indirecto de metanógenos, Michinari Sunamura et al. lo utilizan para medir directamente los metanógenos en los sedimentos de la Bahía de Tokio [ 12 ] , y también Katie LH Lim et al. lo utilizan como indicador de metanogénesis en suelos saturados de agua [ 13 ] . CA McCartney et al. lo utilizaron como indicador indirecto de la producción de metano en el ganado [ 14 ] .
Mientras tanto, también se utiliza para ayudar a comprender la biogeoquímica antigua. Richard D. Pancost et al. lo emplearon como biomarcador para reconstruir la biogeoquímica del Holoceno en turberas ombrotróficas . [ 15 ] Un estudio piloto dirigido por Ian D. Bull et al. también utilizó arqueol como biomarcador para revelar las diferencias entre los sistemas digestivos fermentadores en el intestino anterior y posterior de antiguos mamíferos herbívoros . [ 16 ]
Además, debido a las diferentes cinéticas de degradación del arqueol y el caldarqueol intactos , se propuso la relación entre arqueol y caldarqueol como un indicador de salinidad en lagos de tierras altas, lo que proporciona una herramienta para estudios de paleosalinidad. [ 17 ]
El arqueol también puede hidrolizarse en algunos casos, conservándose sus cadenas laterales como fitano o pristano , dependiendo de las condiciones redox. [ 18 ]
Medición
Para analizar el arqueol, los lípidos se extraen comúnmente mediante el procedimiento tradicional de Bligh-Dyer, [ 19 ] generalmente seguido de fraccionamiento (por cromatografía de capa fina o de columna) y derivatización . Kazuhiro Demizu et al. [ 20 ] y Sadami Ohtsubo et al. [ 21 ] propusieron procesos similares que involucran extracción ácida de Bligh y Dyer, tratamiento ácido y derivatización, con los lípidos centrales sometidos finalmente a cromatografía .
Para determinar la concentración de arqueol presente en una muestra, se emplean comúnmente tecnologías cromatográficas, incluyendo cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC), [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] cromatografía de gases (GC), [ 23 ] y cromatografía de fluidos supercríticos (SFC), [ 24 ] [ 25 ] con espectrometría de masas (MS) aplicada a menudo para ayudar a la identificación.
Véase también
- Diacilglicerol
- Caldarqueol
- id:Arqueol
Referencias
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- Lípidos
- éteres de glicerol
- Biología de membranas
