stringtranslate.com

Знакомство с аминокислотами

Аминокислотное датирование — это метод датирования, используемый для оценки возраста образца в палеобиологии , молекулярной палеонтологии , археологии , судебной медицине , тафономии , геологии осадочных пород и других областях. Этот метод связывает изменения в молекулах аминокислот со временем, прошедшим с момента их образования. [1] [2] [3] [4] [5]

Все биологические ткани содержат аминокислоты . Все аминокислоты, кроме глицина (самого простого), оптически активны и имеют стереоцентр у атома α- С . Это означает, что аминокислота может иметь две разные конфигурации: «D» или «L», которые являются зеркальным отображением друг друга. За некоторыми важными исключениями, живые организмы сохраняют все свои аминокислоты в конфигурации «L». Когда организм умирает, контроль над конфигурацией аминокислот прекращается, и соотношение D и L перемещается от значения, близкого к 0, к равновесному значению, близкому к 1, - процесс, называемый рацемизацией . Таким образом, измерение отношения D к L в образце позволяет оценить, как давно образец умер. [6]

Факторы, влияющие на рацемизацию

Скорость, с которой протекает рацемизация, зависит от типа аминокислоты, а также от средней температуры, влажности, кислотности ( рН ) и других характеристик вмещающей матрицы . Кроме того, пороговые значения концентрации D/L, по-видимому, возникают как внезапное снижение скорости рацемизации. Эти эффекты ограничивают хронологию аминокислот материалами с известной историей окружающей среды и/или относительным взаимным сравнением с другими методами датирования.

История температуры и влажности микросреды создается все более быстрыми темпами по мере развития технологий и накопления данных технологами. Это важно для датирования аминокислот, поскольку рацемизация происходит гораздо быстрее в теплых и влажных условиях, чем в холодных и сухих условиях. Исследования в регионах от умеренного до холодного встречаются гораздо чаще, чем исследования в тропических регионах, а устойчивый холод океанского дна или сухая внутренняя часть костей и раковин в наибольшей степени способствовали накоплению данных о датировке рацемизации. Как правило, участки со среднегодовой температурой 30 °C имеют максимальный диапазон 200 тыс. лет назад и разрешение около 10 тыс. лет назад; участки при температуре 10 ° C имеют максимальный возрастной диапазон ~ 2 млн лет , а разрешение обычно составляет около 20% возраста; при -10 ° C реакция имеет максимальный возраст ~ 10 млн лет и, соответственно, более грубое разрешение. [6]

Сильная кислотность и щелочность от легкой до сильной приводят к значительному увеличению скорости рацемизации. В целом не предполагается, что они оказывают большое влияние на природную среду, хотя тефрохронологические данные могут пролить новый свет на эту переменную.

Включающая матрица, вероятно, является самой сложной переменной при датировании аминокислот. Это включает в себя различия в скорости рацемизации среди видов и органов, а также зависит от глубины разложения, пористости и каталитического воздействия местных металлов и минералов.

Используемые аминокислоты

Обычный анализ рацемизации имеет тенденцию сообщать о D-аллоизолейцине/L- изолейцине (соотношение A/I или D/L). Это соотношение аминокислот имеет преимущества, заключающиеся в том, что его относительно легко измерить и можно использовать в хронологическом порядке на протяжении четвертичного периода . [7]

Методы обращенно-фазовой ВЭЖХ позволяют измерить до 9 аминокислот, полезных в геохронологии, в разных временных масштабах на одной хроматограмме ( аспарагиновая кислота , глутаминовая кислота , серин , аланин , аргинин , тирозин , валин , фенилаланин , лейцин ). [8] [9] [10]

В последние годы были предприняты успешные попытки изучить внутрикристаллические аминокислоты по отдельности, поскольку было показано, что в некоторых случаях они улучшают результаты. [11]

Приложения

Данные геохронологического анализа рацемизации аминокислот накапливались в течение тридцати пяти лет. Особенно пострадали археология , [4] стратиграфия , океанография , палеогеография , палеобиология и палеоклиматология . Их приложения включают корреляцию датировок, относительное датирование, анализ скорости седиментации, исследования переноса отложений, [12] палеобиологию сохранения , [13] тафономию и усреднение по времени, [14] [15] [16] определение уровня моря и реконструкцию термической истории. [17] [18] [19] [20]

Палеобиология и археология также сильно пострадали. Исследования костей, панцирей и отложений внесли большой вклад в палеонтологические данные, в том числе касающиеся гоминоидов. Произошла проверка радиоуглеродных и других методов датирования путем рацемизации аминокислот и наоборот. [21] Иногда оказывается возможным «заполнение» больших диапазонов вероятностей, например эффектами резервуара радиоуглерода. Палеопатология и диетический отбор, палеозоогеография и аборигенность, таксономия и тафономия , а также исследования жизнеспособности ДНК имеются в изобилии. Иногда возможно отличить вареные кости, скорлупу и остатки от сырых. С помощью этого метода были оценены культурные изменения человека и их влияние на местную экологию.

Небольшое снижение этой [ необходимо разъяснение ] способности к восстановлению во время старения важно для изучения долголетия и нарушений распада тканей в пожилом возрасте, а также позволяет определить возраст живых животных.

Рацемизация аминокислот также играет роль в исследованиях деградации тканей и белков, что особенно полезно при разработке методов музейной консервации. Они создали модели белкового клея и других повреждений биополимеров, а также одновременного развития системы пор.

Судебная медицина может использовать этот метод для оценки возраста трупа [22] или предмета искусства для определения его подлинности.

Процедура

Анализ рацемизации аминокислот состоит из подготовки образца, выделения нужной аминокислоты и измерения ее соотношения D:L. Подготовка проб включает в себя идентификацию, сырую экстракцию и разделение белков на составляющие их аминокислоты, обычно путем измельчения с последующим кислотным гидролизом. Продукт гидролиза производного аминокислоты можно объединить с хирально- специфической флуоресцентной добавкой, разделить с помощью хроматографии или электрофореза , и определенное соотношение аминокислот D:L определить с помощью флуоресценции. Альтернативно, конкретную аминокислоту можно выделить с помощью хроматографии или электрофореза, объединить с катионом металла и определить соотношение D:L с помощью масс-спектрометрии . Хроматографическое и электрофоретическое разделение белков и аминокислот зависит от размера молекул, который обычно соответствует молекулярной массе, и в меньшей степени от формы и заряда.

Рекомендации

  1. ^ Бада JL (1985). «Датирование рацемизации аминокислот ископаемых костей». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 13 : 241–268. Бибкод : 1985AREPS..13..241B. doi : 10.1146/annurev.ea.13.050185.001325.
  2. ^ Канойра Л., Гарсиа-Мартинес М.Дж., Льямас Х.Ф., Ортис Дж.Э., Торрес Т.Д. (2003). «Кинетика рацемизации (эпимеризации) аминокислот в дентине зубов ископаемых и современных медведей». Международный журнал химической кинетики . 35 (11): 576–591. дои : 10.1002/кин.10153 .
  3. ^ Бада Дж.Л., Макдональд Г.Д. (1995). «Рацемизация аминокислот на Марсе: значение для сохранения биомолекул вымершей марсианской биоты». Икар . 114 (1): 139–143. Бибкод : 1995Icar..114..139B. дои : 10.1006/icar.1995.1049 . ПМИД  11539479.
  4. ^ Аб Джонсон Б.Дж., Миллер Г.Х. (1997). «Археологическое применение рацемизации аминокислот». Археометрия . 39 (2): 265–287. doi :10.1111/j.1475-4754.1997.tb00806.x.
  5. ^ Скарпони Д., Кауфман Д., Брайт Дж., Ковалевски М. (октябрь 2008 г.). «Количественное усреднение по времени в последовательностях отложения 4-го порядка: датирование рацемизации аминокислот с радиоуглеродной калибровкой раковин позднечетвертичных моллюсков из равнины По, Италия». Геологическое общество Америки Рефераты с программами . 40 (6): 502. Архивировано из оригинала 22 января 2015 г. Результаты представляют собой убедительные аргументы в пользу применимости методов рацемизации аминокислот в качестве инструмента для оценки изменений в динамике отложений, скорости седиментации, усреднении по времени, временном разрешении летописи окаменелостей и тафономических наложениях в течение последовательностей стратиграфических циклов.
  6. ^ аб «Метод». Лаборатория геохронологии аминокислот . Университет Северной Аризоны. Архивировано из оригинала 2 октября 2016 года.
  7. ^ «NEaar: Рацемизация северо-восточных аминокислот» . Университет Йорка.
  8. ^ Кауфман Д.С., Мэнли В.Г. (1998). «Новая процедура определения соотношения dl аминокислот в окаменелостях с использованием обращенно-фазовой жидкостной хроматографии». Четвертичные научные обзоры . 17 (11): 987–1000. Бибкод : 1998QSRv...17..987K. дои : 10.1016/S0277-3791(97)00086-3.
  9. ^ Кауфман Д.С. (2000). Перспективы геохимии аминокислот и белков . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. стр. 145–160.
  10. ^ «Метод». Лаборатория аминокислотной геохронологии . Университет Северной Аризоны.
  11. ^ Пенкман К.Э. , Кауфман Д.С., Мэдди Д., Коллинз М.Дж. (февраль 2008 г.). «Замкнутая система поведения внутрикристаллической фракции аминокислот в раковинах моллюсков». Четвертичная геохронология . 3 (1–2): 2–25. дои : 10.1016/j.quageo.2007.07.001. ПМК 2727006 . ПМИД  19684879. 
  12. ^ Косник М.А. и др. (2007). «Смешение отложений и стратиграфическое нарушение, выявленное по возрастной структуре раковин Теллины в отложениях Большого Барьерного рифа». Геология . 35 (9): 811–814. Бибкод : 2007Geo....35..811K. дои : 10.1130/G23722A.1.
  13. ^ Ковалевски М., Серрано Г.Е., Флесса К.В., Гудфренд Г.А. (2000). «Бывшая продуктивность мертвой дельты: два триллиона ракушек в устье реки Колорадо». Геология . 28 (12): 1059–1062. Бибкод : 2000Geo....28.1059K. doi :10.1130/0091-7613(2000)28<1059:DDFPTT>2.0.CO;2.
  14. ^ Кэрролл М., Ковалевски М., Симойнс М.Г., Гудфренд Г.А. (2003). «Количественные оценки усреднения по времени в скоплениях панцирей брахиопод позвоночных с современного тропического шельфа». Палеобиология . 29 (3): 381–402. doi :10.1666/0094-8373(2003)029<0381:QEOTIT>2.0.CO;2. S2CID  131237779.
  15. ^ Кидвелл С.М., Лучший ММ, Кауфман Д.С. (2005). «Тафономические компромиссы в тропических морских комплексах смертей: дифференциальное усреднение по времени, потеря раковины и вероятное смещение в кремнисто-обломочных и карбонатных фациях». Геология . 33 (9): 729–732. Бибкод : 2005Geo....33..729K. дои : 10.1130/G21607.1.
  16. ^ Косник М.А., Хуа К., Кауфман Д.С., Вюст Р.А. (2009). «Тафономическая ошибка и усреднение по времени в скоплениях погибших тропических моллюсков: различный период полураспада раковин в отложениях Большого Барьерного рифа». Палеобиология . 35 (4): 565–586. дои : 10.1666/0094-8373-35.4.565. S2CID  5839861.
  17. ^ Маккой WD (1987). «Точность аминокислотной геохронологии и палеотермометрии». Четвертичные научные обзоры . 6 (1): 43–54. Бибкод : 1987QSRv....6...43M. дои : 10.1016/0277-3791(87)90016-3.
  18. ^ Очес Э.А., Маккой В.Д., Кларк П.У. (1996). «Аминокислотные оценки широтных градиентов температуры и геохронология отложения лёсса во время последнего оледенения, долина Миссисипи, США». Бюллетень Геологического общества Америки . 108 (7): 892–903. Бибкод : 1996GSAB..108..892O. doi :10.1130/0016-7606(1996)108<0892:AAEOLT>2.3.CO;2.
  19. ^ Миллер Г.Х., Маги Дж.В., Джулл А.Дж. (1997). «Низкоширотное ледниковое похолодание в Южном полушарии из-за рацемизации аминокислот в яичной скорлупе эму». Природа . 385 (6613): 241–244. Бибкод : 1997Natur.385..241M. дои : 10.1038/385241a0. S2CID  4312380.
  20. ^ Кауфман Д.С. (2003). «Аминокислотная палеотермометрия четвертичных остракод из бассейна Бонневиль, штат Юта». Четвертичные научные обзоры . 22 (8–9): 899–914. Бибкод : 2003QSRv...22..899K. дои : 10.1016/S0277-3791(03)00006-4.
  21. ^ Макменамин М.А., Блант DJ, Квенволден К.А., Миллер С.Э., Маркус Л.Ф., Парди Р.Р. (1982). «Аминокислотная геохимия ископаемых костей из асфальтового месторождения Ранчо Ла Бреа, Калифорния». Четвертичные исследования . 18 (2): 174–183. Бибкод : 1982QuRes..18..174M. дои : 10.1016/0033-5894(82)90068-0.
  22. ^ Огино Т, Огино Х (октябрь 1988 г.). «Применение в судебно-медицинской стоматологии рацемизации аспарагиновой кислоты в непрорезавшихся и сверхкомплектных зубах». Журнал стоматологических исследований . 67 (10): 1319–1322. дои : 10.1177/00220345880670101501. PMID  3170888. S2CID  8664035.

Внешние ссылки

В Wikibook « Историческая геология» есть страница на тему: Датирование аминокислот.

Активные лаборатории