Datowanie aminokwasowe - Amino acid dating

Datowanie aminokwasami to technika datowania stosowana do szacowania wieku okazu w paleobiologii , paleontologii molekularnej , archeologii , kryminalistyce , tafonomii , geologii sedymentacyjnej i innych dziedzinach. Technika ta wiąże zmiany w cząsteczkach aminokwasów z czasem, jaki upłynął od ich utworzenia.

Wszystkie tkanki biologiczne zawierają aminokwasy . Wszystkie aminokwasy z wyjątkiem glicyny (najprostszej) są optycznie aktywne , posiadając stereocentrum na ich atomie α- C . Oznacza to, że aminokwas może mieć dwie różne konfiguracje, „D” lub „L”, które są swoimi lustrzanymi odbiciami. Z kilkoma ważnymi wyjątkami organizmy żywe utrzymują wszystkie swoje aminokwasy w konfiguracji „L”. Kiedy organizm umiera, ustaje kontrola nad konfiguracją aminokwasów, a stosunek D do L przesuwa się od wartości bliskiej 0 do wartości równowagi bliskiej 1, proces zwany racemizacją . Zatem zmierzenie stosunku D do L w próbce umożliwia oszacowanie, jak dawno temu okaz umarł.

Czynniki wpływające na racemizację

Szybkość, z jaką postępuje racemizacja, zależy od rodzaju aminokwasu oraz średniej temperatury, wilgotności, kwasowości ( pH ) i innych cech otaczającej matrycy . Wydaje się również, że progi stężenia D/L występują jako nagłe spadki szybkości racemizacji. Efekty te ograniczają chronologie aminokwasów do materiałów o znanej historii środowiskowej i/lub względnych porównaniach z innymi metodami datowania.

Historie temperatury i wilgotności mikrośrodowisk powstają w coraz szybszym tempie w miarę postępu technologii i gromadzenia danych przez technologów. Są one ważne dla datowania aminokwasów, ponieważ racemizacja zachodzi znacznie szybciej w ciepłych, wilgotnych warunkach w porównaniu z zimnymi, suchymi warunkami. Badania w regionach od umiarkowanego do zimnego są znacznie bardziej powszechne niż badania tropikalne, a stałe zimno dna oceanicznego lub suche wnętrze kości i muszli najbardziej przyczyniło się do gromadzenia danych datowania racemizacji. Z reguły miejsca o średniej rocznej temperaturze 30 °C mają maksymalny zakres 200 ka i rozdzielczość około 10 ka; miejsca w temperaturze 10 °C mają maksymalny przedział wiekowy ~ 2 Ma , a rozdzielczość ogólnie około 20% wieku; w temperaturze -10 °C reakcja ma maksymalny wiek ~10 Ma i odpowiednio większą rozdzielczość.

Silna kwasowość i łagodna do silnej zasadowości powodują znaczne zwiększenie szybkości racemizacji. Generalnie nie zakłada się, że mają one duży wpływ na środowisko naturalne, chociaż dane tefrochronologiczne mogą rzucić nowe światło na tę zmienną.

Zamknięta macierz jest prawdopodobnie najtrudniejszą zmienną w datowaniu aminokwasów. Obejmuje to zmienność szybkości racemizacji między gatunkami i organami, na którą wpływa głębokość rozkładu, porowatość i katalityczne efekty lokalnych metali i minerałów.

Zastosowane aminokwasy

Konwencjonalna analiza racemizacji wykazuje tendencję do wykazywania D-alloizoleucyny/L- izoleucyny (stosunek A/I lub D/L). Ten stosunek aminokwasów ma tę zaletę, że jest stosunkowo łatwy do zmierzenia i chronologicznie użyteczny w czwartorzędzie .

HPLC w odwróconym układzie faz techniki można zmierzyć do 9 aminokwasów użytecznych geochronologii po różnych skalach czasowych na jednym chromatogramie ( kwas asparaginowy , kwas glutaminowy , seryna , alanina , arginina , tyrozyna , walina , fenyloalanina , leucyna ).

W ostatnich latach podjęto pomyślne próby oddzielnego badania aminokwasów wewnątrzkrystalicznych, ponieważ wykazano, że w niektórych przypadkach poprawiają one wyniki.

Aplikacje

Dane z geochronologicznej analizy racemizacji aminokwasów gromadzą się od trzydziestu pięciu lat. Szczególnie dotyczyły archeologii , stratygrafii , oceanografii , paleogeografii , paleobiologii i paleoklimatologii . Ich zastosowania obejmują korelację datowania, datowanie względne, analizę szybkości sedymentacji, badania transportu osadów, paleobiologię konserwatorską , tafonomię i uśrednianie w czasie, określanie poziomu morza oraz rekonstrukcje historii termicznej.

Silnie ucierpiały również paleobiologia i archeologia . Badania kości, muszli i osadów wniosły duży wkład w zapis paleontologiczny, w tym te odnoszące się do człekokształtnych. Dokonano weryfikacji radiowęglowej i innych technik datowania poprzez racemizację aminokwasów i odwrotnie. Czasami możliwe było „wypełnienie” dużych zakresów prawdopodobieństwa, takich jak efekt rezerwuaru radiowęgla. Paleopatologia i dobór dietetyczny, paleozoogeografia i upodmiotowienie, taksonomia i tafonomia oraz badania żywotności DNA są obfite. Czasami możliwe jest odróżnienie gotowanej od niegotowanej kości, skorupy i pozostałości. Za pomocą tej techniki oceniono zmiany kulturowe człowieka i ich wpływ na lokalną ekologię.

Niewielkie zmniejszenie tej zdolności naprawczej podczas starzenia jest ważne dla badań nad zaburzeniami długowieczności i rozpadu tkanek w starszym wieku i pozwala na określenie wieku żywych zwierząt.

Racemizacja aminokwasów odgrywa również rolę w badaniach degradacji tkanek i białek, co jest szczególnie przydatne w opracowywaniu metod konserwacji muzealnej. Stworzyły one modele adhezji białkowej i innych degradacji biopolimerów oraz równoczesnego rozwoju systemu porów.

Kryminalistyka może wykorzystać tę technikę do oszacowania wieku zwłok lub dzieła sztuki w celu ustalenia autentyczności.

Procedura

Analiza racemizacji aminokwasów składa się z przygotowania próbki, izolacji żądanego aminokwasu i pomiaru jego stosunku D:L. Przygotowanie próbki obejmuje identyfikację, surową ekstrakcję i rozdzielenie białek na ich składowe aminokwasy, zazwyczaj przez mielenie, a następnie hydrolizę kwasową. Produkt hydrolizy pochodnej aminokwasu może być połączony z chiralną specyficzną fluorescencją, oddzielony przez chromatografię lub elektroforezę , a konkretny stosunek aminokwasów D:L można określić za pomocą fluorescencji. Alternatywnie, poszczególny aminokwas można rozdzielić metodą chromatografii lub elektroforezy, w połączeniu z kationem metalu , a stosunek D:L określić metodą spektrometrii masowej . Rozdział chromatograficzny i elektroforetyczny białek i aminokwasów zależy od wielkości cząsteczki, która generalnie odpowiada masie cząsteczkowej, aw mniejszym stopniu od kształtu i ładunku.

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Aktywne laboratoria