Аминокислотное датирование - Amino acid dating

Аминокислотное датирование это техника свидания[1][2][3][4][5] используется для оценки возраста экземпляра в палеобиология, молекулярная палеонтология, археология, Криминалистика, тафономия, осадочная геология и другие поля. Этот метод связывает изменения в аминокислота молекул на время, прошедшее с момента их образования.

Все биологические ткани содержат аминокислоты. Все аминокислоты, кроме глицин (самый простой) оптически активный, имеющий стереоцентр на своих α-C атом. 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 L-конфигурации. Когда организм умирает, контроль над конфигурацией аминокислот прекращается, и отношение D к L перемещается от значения, близкого к 0, к равновесному значению, близкому к 1, процесс, называемый рацемизация. Таким образом, измерение отношения D к L в образце позволяет оценить, как давно этот образец умер.[6]

Факторы, влияющие на рацемизацию

Скорость, с которой протекает рацемизация, зависит от типа аминокислоты и от средней температуры, влажности, кислотности (pH ), и другие характеристики ограждающего матрица. Кроме того, пороговые значения концентрации D / L возникают при внезапном снижении скорости рацемизации. Эти эффекты ограничивают аминокислотную хронологию материалами с известной историей окружающей среды и / или относительными взаимными сравнениями с другими методами датирования.

Истории температуры и влажности в микросредах производятся со все возрастающей скоростью по мере развития технологий и накопления данных технологами. Они важны для определения возраста аминокислот, поскольку рацемизация происходит намного быстрее в теплых влажных условиях по сравнению с холодными и сухими условиями. Исследования в регионах от умеренного до холодного гораздо более распространены, чем исследования в тропиках, и устойчивый холод океанского дна или сухая внутренняя часть костей и раковин внесли наибольший вклад в накопление данных датирования рацемизации. Как показывает практика, участки со средней годовой температурой 30 ° C имеют максимальный диапазон 200 тыс. Лет назад.[необходимо определение ] и разрешение около 10 ка; сайты с температурой 10 ° C имеют максимальный возраст ~ 2 миллиона лет.[необходимо определение ], и разрешение обычно около 20% возраста; при -10 ° C реакция имеет максимальный возраст ~ 10 млн лет и, соответственно, более грубое разрешение.[6]

Сильная кислотность и щелочность от слабой до сильной вызывают значительное повышение скорости рацемизации. Как правило, предполагается, что они не оказывают большого воздействия на окружающую среду, хотя тефрохронологический данные могут пролить новый свет на эту переменную.

Вмещающая матрица, вероятно, является наиболее сложной переменной при датировании аминокислот. Это включает в себя вариацию скорости рацемизации между видами и органами и зависит от глубины разложения, пористости и каталитический воздействие местных металлов и минералов.

Используемые аминокислоты

Обычный рацемизационный анализ обычно показывает D-аллоизолейцин / L-изолейцин (Соотношение A / I или D / L). Это соотношение аминокислот имеет то преимущество, что его относительно легко измерить и оно полезно в хронологическом порядке. Четвертичный.[7]

Обращенно-фазовая ВЭЖХ методы могут измерять до 9 аминокислот, используемых в геохронологии, в разных временных масштабах на одной хроматограмме (аспарагиновая кислота, глютаминовая кислота, серин, аланин, аргинин, тирозин, валин, фенилаланин, лейцин ).[8][9][10]

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

Приложения

Данные геохронологического анализа рацемизации аминокислот накапливались в течение тридцати пяти лет. Археология,[4] стратиграфия, океанография, палеогеография, палеобиология, и палеоклиматология были особенно затронуты. Их приложения включают корреляцию датирования, относительное датирование, анализ скорости осаждения, исследования переноса наносов,[12] палеобиология сохранения,[13] тафономия и усреднение по времени,[14][15][16] определения уровня моря и реконструкции термической истории.[17][18][19][20]

Палеобиология и археология также сильно пострадали. Исследования костей, раковин и отложений внесли большой вклад в палеонтологические данные, в том числе касающиеся гоминоидов. Проверка радиоуглерод и другие методы датирования по рацемизации аминокислот и наоборот.[21] Иногда возможно «заполнение» больших диапазонов вероятности, например, эффектами резервуара радиоуглерода. Палеопатология и диетический отбор, палеозоогеография и корни, таксономия и тафономия, и исследований жизнеспособности ДНК предостаточно. Иногда возможно разделение вареных костей, скорлупы и остатков вареных от сырых. С помощью этого метода были оценены культурные изменения человека и их влияние на местную экологию.

Небольшое сокращение этого[требуется разъяснение ] Способность к восстановлению во время старения важна для исследований нарушений разрушения тканей, связанных с долголетием и пожилыми людьми, и позволяет определять возраст живых животных.

Аминокислотная рацемизация также играет роль в исследованиях деградации тканей и белков, что особенно полезно при разработке методов сохранения музеев. Они создали модели белкового адгезива и других повреждений биополимеров и одновременного развития системы пор.

Криминалистика может использовать эту технику, чтобы оценить возраст трупа[22] или произведение искусства для определения подлинности.

Процедура

Анализ рацемизации аминокислот состоит из пробоподготовки, выделения нужной аминокислоты и измерения ее отношения D: L. Подготовка проб включает идентификацию, экстракцию сырых белков и разделение белков на составляющие их аминокислоты, обычно путем измельчения с последующим кислотным гидролизом. Производное аминокислоты гидролиз продукт можно комбинировать с хиральный специфический флуоресцентный, разделенный хроматография или же электрофорез и конкретное соотношение D: L аминокислот, определяемое флуоресценцией. В качестве альтернативы конкретная аминокислота может быть разделена хроматографией или электрофорезом в сочетании с металлом. катион, а отношение D: L определяется масс-спектрометрии. Хроматографическое и электрофоретическое разделение белков и аминокислот зависит от размера молекулы, который обычно соответствует молекулярной массе, и в меньшей степени от формы и заряда.

Рекомендации

  1. ^ Бада, Дж. Л. (1985). "Аминокислотная рацемизация ископаемых костей". Ежегодный обзор наук о Земле и планетах. 13: 241–268. Bibcode:1985AREPS..13..241B. Дои:10.1146 / annurev.ea.13.050185.001325.
  2. ^ Canoira, L .; Garc a-Mart Nez, M.J .; Llamas, J. F .; Ort z, J. E .; Торрес, Т. Д. (2003). «Кинетика рацемизации (эпимеризации) аминокислот в дентине ископаемых и современных зубов медведя». Международный журнал химической кинетики. 35 (11): 576. Дои:10.1002 / кин.10153.
  3. ^ Bada, J .; Макдональд, Г. Д. (1995). «Аминокислотная рацемизация на Марсе: значение для сохранения биомолекул вымершей марсианской биоты» (PDF). Икар. 114: 139–143. Bibcode:1995Icar..114..139B. Дои:10.1006 / icar.1995.1049. PMID  11539479.
  4. ^ а б Johnson, B.J .; Миллер, Г. Х. (1997). «Археологические приложения рацемизации аминокислот». Археометрия. 39 (2): 265. Дои:10.1111 / j.1475-4754.1997.tb00806.x.
  5. ^ 2008 [1] В архиве 2015-01-22 на Wayback Machine Цитировать: Результаты представляют собой убедительный аргумент 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 наложений в циклах стратиграфии последовательностей.
  6. ^ а б «Метод». Лаборатория аминокислотной геохронологии. Университет Северной Аризоны. Архивировано из оригинал 2 октября 2016 г.
  7. ^ "NEaar: северо-восточная рацемизация аминокислот". Йоркский университет.
  8. ^ Кауфман, D.S .; W.F. Мэнли (1998). «Новая процедура для определения соотношения dl аминокислот в окаменелостях с использованием обращенно-фазовой жидкостной хроматографии». Четвертичные научные обзоры. 17 (11): 987–1000. Bibcode:1998QSRv ... 17..987K. Дои:10.1016 / S0277-3791 (97) 00086-3.
  9. ^ Кауфман Д.С., 2000 г., в книге «Перспективы геохимии аминокислот и белков»: Oxford University Press, Нью-Йорк, 145–160.
  10. ^ «Метод». Лаборатория аминокислотной геохронологии. Университет Северной Аризоны.
  11. ^ Пенкман, К.Е.Х.; Д.С. Кауфман; Д. Мэдди и М. Дж. Коллинз (2008). «Замкнутая система поведения внутрикристаллической фракции аминокислот в раковинах моллюсков». Четвертичная геохронология. 3 (1–2): 2–25. Дои:10.1016 / j.quageo.2007.07.001. ЧВК  2727006. PMID  19684879.
  12. ^ Косник; и другие. (2007). «Смешивание осадков и стратиграфическое нарушение, выявленное по возрастной структуре раковин Tellina в отложениях Большого Барьерного рифа». Геология. 35 (9): 811–814. Bibcode:2007Гео .... 35..811K. Дои:10.1130 / G23722A.1.
  13. ^ Ковалевски; и другие. (2000). «Бывшая продуктивность мертвой дельты: два триллиона раковин в устье реки Колорадо». Геология. 28 (12): 1059–1062. Bibcode:2000Гео .... 28.1059K. Дои:10.1130 / 0091-7613 (2000) 28 <1059: DDFPTT> 2.0.CO; 2.
  14. ^ Кэрролл; и другие. (2003). «Количественные оценки усреднения по времени скоплений раковин теребратулид брахиопод с современного тропического шельфа». Палеобиология. 29 (3): 381–402. Дои:10.1666 / 0094-8373 (2003) 029 <0381: QEOTIT> 2.0.CO; 2.
  15. ^ Кидвелл; и другие. (2005). «Тафономические компромиссы в тропических морских скоплениях смерти: усреднение по времени, потеря раковины и вероятная систематическая ошибка в силикокластических и карбонатных фациях». Геология. 33 (9): 729–732. Bibcode:2005Гео .... 33..729K. Дои:10.1130 / G21607.1.
  16. ^ Косник; и другие. (2009). "Тафономическое смещение и усреднение по времени в тропических сообществах моллюсков: Дифференциальный период полураспада раковин в отложениях Большого Барьерного рифа". Палеобиология. 35 (4): 565–586. Дои:10.1666/0094-8373-35.4.565.
  17. ^ Маккой, W.D. (1987). «Точность аминокислотной геохронологии и палеотермометрии». Четвертичные научные обзоры. 6: 43–54. Bibcode:1987QSRv .... 6 ... 43М. Дои:10.1016/0277-3791(87)90016-3.
  18. ^ Oches, E.A .; и другие. (1996). «Аминокислотные оценки широтных температурных градиентов и геохронологии отложений лёсса во время последнего оледенения, долина Миссисипи, США». Бюллетень Геологического общества Америки. 108 (7): 892–903. Bibcode:1996GSAB..108..892O. Дои:10.1130 / 0016-7606 (1996) 108 <0892: AAEOLT> 2.3.CO; 2.
  19. ^ Miller, G.H .; и другие. (1997). «Низкоширотное охлаждение ледников в Южном полушарии в результате рацемизации аминокислот в скорлупе яиц эму». Природа. 385 (6613): 241–244. Bibcode:1997Натура.385..241М. Дои:10.1038 / 385241a0.
  20. ^ Кауфман, Д.С. (2003). «Аминокислотная палеотермометрия четвертичных остракод из бассейна Бонневиль, штат Юта». Четвертичные научные обзоры. 22 (8–9): 899–914. Bibcode:2003QSRv ... 22..899K. Дои:10.1016 / S0277-3791 (03) 00006-4.
  21. ^ McMenamin, M.A.S .; и другие. (1982). «Аминокислотная геохимия ископаемых костей из асфальтового месторождения Ранчо Ла Бреа, Калифорния». Четвертичное исследование. 18 (2): 174–183. Bibcode:1982QuRes..18..174M. Дои:10.1016/0033-5894(82)90068-0.
  22. ^ Огино Т, Огино Х (1988). «Применение к судебной стоматологии рацемизации аспарагиновой кислоты в непрорезавшихся и лишних зубах». Журнал стоматологических исследований. 67 (10): 1319–1322. Дои:10.1177/00220345880670101501. ISSN  0022-0345.

внешняя ссылка

Действующие лаборатории