เครนาร์คีออล
| ชื่อ | |
|---|---|
| ชื่อ IUPAC [(9 S ,12 S ,16 S ,24 S ,28 R ,31 R , 35 S ,43 S ,46 S , 50 S ,58 S ,62 R ,65 R )-12-(ไฮดรอกซีเมทิล)-9,16,24,28,31,35,43,50,58,62,65-อันเดคาเมทิล-11,14,45,48-เตตระออกซาเฮกซาไซโคล[63.3.1.1 2,5 .1 20,23 .1 36,39 .154,57]ไตรเฮปตาคอนแทน-46-อิล]เมทานอล | |
| ตัวระบุ | |
| |
โมเดล 3 มิติ ( JSmol ) |
|
| เคมสไปเดอร์ |
|
PubChem CID |
|
| |
| |
| คุณสมบัติ | |
| C H O | |
| มวลโมลาร์ | 1 236 .128 กรัม·โมล−1 |
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล | |
ครีนาร์คีออลเป็นลิปิดเยื่อหุ้มเซลล์ชีวภาพประเภทกลีเซอรอลไบไฟเทน กลีเซอรอลเตตระอีเทอร์ ( GDGT) ร่วมกับอาร์คีออล ครีนาร์คีออลเป็นส่วนประกอบหลักของเยื่อหุ้มเซลล์ของอาร์เคีย[ 1 ]เยื่อหุ้มเซลล์ของอาร์เคียแตกต่างจากของแบคทีเรียและยูคาริโอตเนื่องจากมีไอโซพรีนอยด์ GDGT แทนที่จะเป็นลิปิดไดอะซิล ซึ่งพบในโดเมนอื่นๆ ( แบคทีเรียยูคาริโอต ) มีการเสนอว่าลิปิดเยื่อหุ้มเซลล์ GDGT เป็นการปรับตัวให้เข้ากับอุณหภูมิสูงที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นบ้านของอาร์เคีย ที่ทนต่อสภาพแวดล้อม สุดขั้ว[ 2 ]
การค้นพบและการเผยแพร่
GDGT ของอาร์เคียถูกตรวจพบครั้งแรกในน้ำทะเลเปิด[ 3 ] นอกจาก นี้ยังพบ GDGT ที่ไม่รู้จักในตะกอนทะเล[ 4 ]และแยกได้จากCenarchaeum symbiosum [ 5 ] ซึ่งเป็นอาร์เคียที่ออก ซิไดซ์แอมโมเนียในทะเลที่อาศัยอยู่ร่วมกับฟองน้ำ
หลังจากการค้นพบ GDGT นอกสภาพแวดล้อมไฮโดรเทอร์มอล ครีนาร์คีออลได้รับการระบุครั้งแรกว่าเป็นส่วนประกอบหลักของ GDGT ในตะกอนพื้นผิวและสารสกัดจากC. symbiosumโดยใช้สเปกโทรสโกปีนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์แบบสองมิติ (2D-NMR) [ 6 ]ได้รับการตั้งชื่อตามไฟลัม Crenarchaeota (ปัจจุบันคือ Thermoproteota ) ซึ่งเชื่อกันว่าอาร์เคียแพลงก์ตอนที่ออกซิไดซ์แอมโมเนียซึ่งผลิตครีนาร์คีออลนั้นอยู่ในไฟลัมนี้ ก่อนที่จะมีการเสนอให้พิจารณาว่า Marine Group I Crenarchaeota เป็นไฟลัมที่แตกต่างกัน คือ Thaumarchaeota (ปัจจุบันคือ Nitrososphaerota ) [ 7 ]

พบได้ในสิ่งมีชีวิตที่ออกซิไดซ์แอมโมเนีย
ครีนาคีออลได้รับการเสนอให้เป็นไบโอมาร์กเกอร์สำหรับอาร์เคี ย ที่ออกซิไดซ์แอมโมเนีย ในแพลงก์ตอน (AOA) [ 2 ] ครีนาคีออลผลิตโดย AOA ที่อยู่ในไฟลัม Nitrososphaerota (เดิมจัดอยู่ในกลุ่ม Marine Group 1 Crenarchaeota) ได้รับการยืนยันว่าผลิตโดยวัฒนธรรมบริสุทธิ์ของC. symbiosum [ 6 ]และNitrosopumilus maritimus [ 8 ]ซึ่ง เป็นแพลงก์ตอน ที่มีอุณหภูมิปานกลาง รวมถึงNitrososphaera gargensis [ 2 ] ซึ่งเป็นแพลงก์ตอนที่มีอุณหภูมิปานกลาง และCandidatus Nitrosocaldus yellowstonii [ 9 ] ซึ่ง เป็นแพลงก์ตอนที่มีอุณหภูมิสูงมาก การค้นพบว่าครีนาคีออลในCa. N. yellowstoniiและN. gargensisได้หักล้างฉันทามติก่อนหน้านี้ที่ว่าครีนาคีออลมีเฉพาะใน Nitrososphaerota ที่มีอุณหภูมิปานกลาง และชี้ให้เห็นว่าพบได้ในวงกว้างมากขึ้นภายในไฟลัมนี้
ในชีววิทยา
เคมีและหน้าที่การทำงาน
ในเชิงโครงสร้าง โมเลกุลนี้ประกอบด้วยโซ่ไฮโดรคาร์บอนยาวสองโซ่ที่ทอดยาวผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ และแต่ละโซ่จะเชื่อมต่อกับกลีเซอรอลด้วยพันธะอีเทอร์
เช่นเดียวกับ GDGT อื่นๆ ครีนาร์คีออลเป็นลิปิดในเยื่อหุ้มเซลล์ที่มี บริเวณ ที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ อย่างชัดเจน โซ่ ไฮโดรคาร์บอนยาวที่ไม่เป็นขั้วนั้น ไม่ชอบ น้ำ ในขณะที่กลุ่มหัวกลีเซอรอลที่เชื่อมต่อด้วยอีเทอร์นั้นเป็นขั้วและชอบน้ำ ในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยลิปิดสองชั้นซึ่งฟอสโฟลิปิดเรียงตัวโดยให้หางไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำและไม่มีขั้วหันเข้าด้านในซึ่งกันและกัน และกลุ่มหัวที่ชอบน้ำและมีขั้วหันออกไปด้านนอกเพื่อเชื่อมต่อกับสภาพแวดล้อมที่มีขั้วของไซโตพลาสซึมหรือภายนอกเซลล์ การจัดเรียงตัวนี้ได้รับการส่งเสริมโดยผลของความไม่ชอบน้ำซึ่งทำให้โมเลกุลที่ไม่ชอบน้ำสามารถแยกตัวออกจากสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำได้ง่ายขึ้นในเชิงพลังงาน เนื่องจาก GDGT มีกลุ่มหัวที่ชอบน้ำสองกลุ่ม จึงก่อตัวเป็นลิปิดชั้นเดียวในเยื่อหุ้มเซลล์แทนที่จะเป็นสองชั้น ทำให้จุลินทรีย์อาร์เคียที่ผลิต GDGT นั้นมีความพิเศษในบรรดาสิ่งมีชีวิตทุกกลุ่ม[ 10 ]เดิมทีเชื่อกันว่าลิปิดเมมเบรน GDGT เป็นการปรับตัวเพื่อการดำรงชีวิตในอุณหภูมิและความเป็นกรดสูง เนื่องจากลิปิดโมโนเลเยอร์ทั้งสองด้านเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์แทนที่จะเป็นแรงระหว่างโมเลกุล ที่อ่อนกว่า ซึ่งส่งเสริมการยึดเกาะของไบเลเยอร์ ทำให้ลิปิดเหล่านี้มีความเสถียรมากกว่าไบเลเยอร์ทั่วไป[ 10 ]สมมติฐานนี้ได้รับการสนับสนุนจากการสังเกตว่าแบคทีเรียเอ็กซ์ตรีโมไฟล์บางชนิดสังเคราะห์อะนาล็อก GDGT ที่เชื่อมต่อด้วยอีเทอร์ซึ่งทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้เอง[ 11 ]ส่วนประกอบที่เป็นวงแหวนของ GDGT อาจเป็นการปรับตัวเพื่อสภาวะอุณหภูมิสูงเช่นกัน[ 6 ]และจำนวนวงแหวนในโซ่ไฮโดรคาร์บอนยาวของ GDGT ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ[ 12 ]เครนาร์คีออลมีส่วนประกอบไซโคลเพนทิลสองส่วนบนโซ่ไฮโดรคาร์บอนเส้นหนึ่ง และมีส่วนประกอบไซโคลเฮกซิลหนึ่งส่วนและไซโคลเพนทิลสองส่วนบนโซ่ไฮโดรคาร์บอนอีกเส้นหนึ่ง
อย่างไรก็ตาม การค้นพบว่า crenarchaeol และ GDGT อื่นๆ ผลิตโดยสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ใน สภาพแวดล้อม ที่มีอุณหภูมิปานกลางทำให้สมมติฐานการปรับตัวให้เข้ากับอุณหภูมิสูงถูกตั้งคำถาม[ 10 ]มีการเสนอว่ากลุ่มไซโคลเฮกซิลที่โดดเด่นของ crenarchaeol เป็นการปรับตัวให้เข้ากับชีวิตในทะเลเปิด เนื่องจากมันสร้าง "รอยหยัก" ในโซ่ไฮโดรคาร์บอนของ crenarchaeol เส้นหนึ่ง ซึ่งป้องกันไม่ให้ลิปิดของเยื่อหุ้มเซลล์เรียงตัวกันแน่น ซึ่งจะเป็นประโยชน์ภายใต้อุณหภูมิสูง แต่ไม่เหมาะสมภายใต้อุณหภูมิปานกลาง[ 6 ]
การอนุรักษ์และการเสื่อมสภาพในตะกอน
ครีนาอาร์คีออลมีความเสถียรในสิ่งแวดล้อมเป็นเวลาหลายร้อยล้านปี เป็นส่วนหนึ่งของเครื่องวัดอุณหภูมิโบราณTEX ซึ่งเป็นตัวแทนอุณหภูมิของพื้นผิวทะเลที่ใช้ในการสร้างสภาพภูมิอากาศโบราณขึ้น ใหม่จนถึง ยุคจูราสสิกตอนกลาง(~160 ล้านปี) [ 13 ]
ครีนาคีออลและ GDGT อื่นๆ สามารถคงอยู่ในสิ่งแวดล้อมได้นานหลายร้อยล้านปี[ 13 ]ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม GDGT ส่วนใหญ่จะสลายตัวที่อุณหภูมิระหว่าง 240 ถึง 300 ° C ดังนั้นจึงไม่พบในหินที่ได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 ° C [ 14 ] GDGT จะสลายตัวเมื่อสัมผัสกับออกซิเจน แต่ความเข้มข้นสัมพัทธ์ของ GDGT ในตะกอนมีแนวโน้มที่จะคงที่แม้ในระหว่างการสลายตัว ซึ่งหมายความว่าการสลายตัวจะไม่รบกวนตัวบ่งชี้เช่น TEX [ 15 ]ที่อิงตามอัตราส่วนของ GDGT ต่างๆ
เครื่องวัดอุณหภูมิโบราณTEX
จำนวนวงแหวนในโซ่ไฮโดรคาร์บอน GDGT ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและเป็นพื้นฐานสำหรับเครื่องวัดอุณหภูมิโบราณ TEX ซึ่งเป็นตัวแทนสำหรับการวัดอุณหภูมิพื้นผิวทะเลโบราณ (SST) [ 16 ]ที่อาศัยการวัดปริมาณของ crenarchaeol และไอโซเมอร์ของมัน Crenarchaeol มีไอโซเมอร์เชิงตำแหน่งซึ่งจากการวิเคราะห์คาร์บอนกัมมันตรังสี อาจมีแหล่งกำเนิดที่แตกต่างจาก GDGT ไอโซพรีนอยด์อื่นๆ แหล่งที่มาที่เป็นไปได้ของไอโซเมอร์เชิงตำแหน่ง ได้แก่ อาร์เคียเบนทิกและไดอะเจเนซิสของ crenarchaeol เนื่องจากไอโซเมอร์เชิงตำแหน่งพบได้ในปริมาณน้อยในน้ำผิวดินและในวัฒนธรรมของ thaumarchaea เพลาจิก อย่างไรก็ตาม หากไม่รวมไว้ในการคำนวณ TEX 86สัมพันธ์ของเครื่องวัดอุณหภูมิโบราณกับอุณหภูมิพื้นผิวทะเลก็จะลดลง ซึ่งบ่งชี้ว่าเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นของ TEX [ 17 ]
การแยกและการวัด
GDGT เช่น crenarchaeol สามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง/ การแตกตัวเป็นไอออนทางเคมีที่ความดันบรรยากาศ - สเปกโทรเมตรีมวล (HPLC/APCI-MS) หลังจากการสกัดและ การไฮโดรไลซิ สด้วยกรด[ 18 ]การไฮโดรไลซิสด้วยกรดจะแยกกลุ่มหัวขั้วออกจากโมเลกุล เหลือไว้เพียงโซ่ที่ไม่เป็นขั้ว ซึ่งจำเป็นสำหรับโครมาโทกราฟี ซึ่งไม่เหมาะกับการวิเคราะห์โมเลกุลที่มีขั้ว เทคนิคการสกัดที่หลากหลายได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสำหรับ GDGT วิธีทั่วไปวิธีหนึ่งคือการสกัดโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกกับเมทานอล ตามด้วยการล้างด้วยตัวทำละลายที่ไม่เป็นขั้วอย่างไดคลอโรมีเทน (DCM) [ 18 ] GDGTมีไอออน [M + H] + - 18 และ [M + H] + - 74 ที่ มีลักษณะเฉพาะ [ 18 ]ซึ่งสำหรับ crenarchaeol จะมีมวล 1218 และ 1162 Da ตามลำดับ สามารถกำหนดปริมาณสัมพัทธ์ของ GDGT ได้โดยการรวมพื้นที่ใต้กราฟของไอออนจำเพาะของสารเหล่านั้น
