Coprostanol - Coprostanol
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| Namen | |
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IUPAC-Name
5β-Cholestan-3β-ol
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| Andere Namen
5β-Coprostanol
Coprostanol |
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| Bezeichner | |
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3D-Modell ( JSmol )
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| ChEBI | |
| ChEMBL | |
| ChemSpider | |
| ECHA-Infokarte |
100.006.036 
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| EG-Nummer | |
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PubChem- CID
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| UNII | |
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CompTox-Dashboard ( EPA )
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| Eigenschaften | |
| C 27 H 48 O | |
| Molmasse | 388,6756 g/mol |
| Schmelzpunkt | 102 °C (216 °F; 375 K) |
| Gefahren | |
| Flammpunkt | Nicht brennbar |
| Verwandte Verbindungen | |
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Verwandte Stanole
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24-Ethylcoprostanol 5α-Cholestanol epi-coprostanol |
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Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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| Infobox-Referenzen | |
5β-Coprostanin ( 5β-Cholestan-3β-ol ) ist ein 27- Kohlenstoff Stanol aus der gebildeten Biohydrogenierung von Cholesterin (Cholest-5EN-3β-ol) im Darm von den meisten höheren Tieren und Vögeln. Diese Verbindung wurde häufig als Biomarker für das Vorhandensein menschlicher Fäkalien in der Umwelt verwendet .
Chemische Eigenschaften
Löslichkeit
5β-Coprostanol hat eine geringe Wasserlöslichkeit und folglich einen hohen Octanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten (log Kow = 8,82). Dies bedeutet, dass in den meisten Umweltsystemen 5β-Coprostanol mit der Festphase assoziiert ist.
Degradierung
In anaeroben Sedimenten und Böden ist 5β-Coprostanol viele hundert Jahre stabil und kann daher als Indikator für frühere Fäkalausscheidungen verwendet werden. Als solche wurden Aufzeichnungen von 5β-Coprostanol aus Paläo-Umweltarchiven verwendet, um den Zeitpunkt menschlicher Besiedlung in einer Region weiter einzuschränken sowie relative Veränderungen der menschlichen Bevölkerung und der landwirtschaftlichen Aktivitäten über mehrere tausend Jahre zu rekonstruieren.
Chemische Analyse
Da das Molekül eine Hydroxylgruppe (-OH) besitzt, wird es häufig an andere Lipide einschließlich Fettsäuren gebunden ; die meisten analytischen Methoden verwenden daher ein starkes Alkali (KOH oder NaOH), um die Esterbindungen zu verseifen . Typische Extraktionslösemittel umfassen von 6% KOH in Methanol . Die freien Sterine und Stanole (gesättigte Sterole) werden dann von den polaren Lipiden getrennt, indem sie in ein weniger polares Lösungsmittel wie Hexan aufgeteilt werden . Vor der Analyse wird die Hydroxylgruppe häufig mit BSTFA (Bis-Trimethylsilyltrifluoracetamid) derivatisiert , um den Wasserstoff durch die weniger austauschbare Trimethylsilyl (TMS)-Gruppe zu ersetzen. Instrumentelle Analysen werden häufig auf einem Gaschromatographen (GC) mit entweder einem Flammenionisationsdetektor (FID) oder einem Massenspektrometer (MS) durchgeführt. Das Massenspektrum für 5β-Coprostanol - TMS-Ether ist in der Abbildung zu sehen.
Isomere
Neben dem fäkal gewonnenen Stanol können in der Umwelt zwei weitere Isomere identifiziert werden; 5α-Cholestanol (5α-Cholestan-3β-ol) und Epi-Coprostanol (5β-Cholestan-3α-ol).
Entstehung und Vorkommen
Fäkalienquellen
5β-Coprostanol wird im Darm der meisten höheren Tiere durch die Umwandlung von Cholesterin zu Coprostanol durch Darmbakterien gebildet. Das allgemeine Schema seiner Herstellung über ein Keton- Zwischenprodukt kann in der von Grimalt et al., 1990 vorgeschlagenen Abbildung gesehen werden.
| Tiere, die Coprostanol produzieren | Tiere, die KEIN Coprostanol produzieren |
|---|---|
| Menschen | Hunde |
| Vieh | ? |
| Schaf | ? |
| Vögel | ? |
Es gibt jedoch eine kleine Anzahl von Tieren, von denen gezeigt wurde, dass sie kein 5β-Coprostanol produzieren, und diese sind in der Tabelle aufgeführt.
Verwendung als Tracer für Abwasser
Die Hauptquelle von 5β-Coprostanol in der Umwelt sind menschliche Ausscheidungen. Die Konzentration von 5β-Coprostanol im rohen, unbehandelten Abwasser beträgt ca. 2-6% der Trockensubstanz. Diese relativ hohe Konzentration und ihre Stabilität ermöglichen es, die Fäkalien in Proben, insbesondere Sedimenten, zu beurteilen.
5β-Coprostanol / Cholesterin-Verhältnis
Da 5β-Coprostanol im Darm von Vertebraten aus Cholesterin gebildet wird , kann das Verhältnis von Produkt zu Reaktant verwendet werden, um den Fäkalgehalt in Proben anzuzeigen. Unbehandeltes Rohabwasser hat typischerweise ein 5β-Coprostanol / Cholesterin-Verhältnis von ~10, das durch eine Kläranlage (STP) abnimmt, so dass in den eingeleiteten flüssigen Abwässern das Verhältnis ~2 beträgt. Unverdünnte STP-Abwässer können an diesem hohen Anteil identifiziert werden. Da die Fäkalien in der Umwelt verteilt werden, nimmt das Verhältnis ab, wenn mehr (nicht fäkales) Cholesterin von Tieren angetroffen wird. Grimalt & Albaiges haben vorgeschlagen, dass Proben mit einem 5β-Coprostanol/Cholesterin von mehr als 0,2 als durch Fäkalien kontaminiert angesehen werden können.
5β-Coprostanol / (5β-Coprostanol + 5α-Cholestanol) Verhältnis
Ein weiteres Maß für die fäkale Kontamination des Menschen ist der Anteil der beiden 3β-Ol- Isomere der gesättigten Sterolform. 5α-Cholestanol wird auf natürliche Weise von Bakterien in der Umwelt gebildet und hat in der Regel keinen fäkalen Ursprung. Proben mit einem Verhältnis von mehr als 0,7 können mit menschlichen Fäkalien kontaminiert sein; Proben mit Werten unter 0,3 können als nicht kontaminiert angesehen werden. Proben mit Verhältnissen zwischen diesen beiden Cut-offs können nicht ohne weiteres allein anhand dieses Verhältnisses kategorisiert werden.
Sedimente, die in den roten Bereich fallen, werden durch beide Verhältnisse als „kontaminiert“ und diejenigen im grünen Bereich als „unkontaminiert“ durch die gleichen Maßnahmen eingestuft. Diejenigen im blauen Bereich sind „unkontaminiert“ gemäß dem Verhältnis 5β-Coprostanol/Cholesterin und „unsicher“ gemäß dem Verhältnis 5β-Coprostanol/(5β-Coprostanol + 5α-Cholesterin). Die Mehrzahl der Proben zwischen den Cut-offs von 0,3 und 0,7 gilt nach dem 5β-Coprostanol/Cholesterin-Verhältnis als „unkontaminiert“, sodass der Wert von 0,3 als eher konservativ angesehen werden muss.
5β-Coprostanol / Gesamtsterol-Verhältnis
Cut-off-Werte usw.
5β-Koprostanol / 24-Ethyl-Koprostanol
Pflanzenfresser wie Kühe und Schafe verzehren Landpflanzenmaterial (Gras), das β-Sitosterol als Hauptsterol enthält. β-Sitosterol ist das 24-Ethyl-Derivat von Cholesterin und kann als Biomarker für terrestrische Pflanzenstoffe verwendet werden (siehe Abschnitt). Im Darm dieser Tiere biohydrieren Bakterien die Doppelbindung in der 5-Position, um 24-Ethylcoprostanol zu erzeugen, und so kann diese Verbindung als Biomarker für Fäkalien von Pflanzenfressern verwendet werden. Typische Werte in verschiedenen Ausgangsmaterialien sind in der Tabelle nach Gilpin zu sehen.
| Quelle | 5β-Kop / 24-Ethyl-Kop |
|---|---|
| Klärgruben | 2,9 – 3,7 |
| Gemeindeabwasser | 2,6 – 4,1 |
| Schlachthof – Schafe, Rinder | 0,5 – 0,9 |
| Abwasch im Milchschuppen | 0,2 |
Epi-Coprostanol / 5β-Coprostanol
Bei der Abwasserbehandlung kann 5β-Coprostanol in die Form von 5β-Cholestan-3α-ol, Epi-Coprostanol, umgewandelt werden. In der Umwelt findet auch eine langsame Umwandlung von 5β-Coprostanol zu Epi-Coprostanol statt, und daher zeigt dieses Verhältnis entweder den Behandlungsgrad des Abwassers oder sein Alter in der Umwelt an. Ein Kreuzdiagramm des 5β-Coprostanol/Cholesterin-Verhältnisses mit dem Epi-Coprostanol/5β-Coprostanol kann sowohl auf eine fäkale Kontamination als auch auf eine Behandlung hinweisen.
Verwandte Markierungen
5α-Cholesterin / Cholesterin
In der Umwelt produzieren Bakterien bevorzugt 5α-Cholestan-3β-ol (5α-Cholestanol) eher aus Cholesterin als aus dem 5β-Isomer. Diese Reaktion findet hauptsächlich in anaeroben reduzierenden Sedimenten statt und das 5α-Cholesterin/Cholesterin-Verhältnis kann als sekundärer (Prozess-)Biomarker für solche Bedingungen verwendet werden. Für diesen Marker wurden keine Cut-Off-Werte vorgeschlagen und er wird daher relativ verwendet; je größer das Verhältnis, desto stärker wird die Umwelt geschont. Reduzierende Umgebungen werden häufig mit Gebieten in Verbindung gebracht, die einen hohen Eintrag an organischer Substanz aufweisen; dies kann auch aus Abwasser abgeleitete Einleitungen umfassen. Der Zusammenhang zwischen reduzierenden Bedingungen und der potentiellen Quelle kann in einem Kreuzdiagramm mit einem Abwasserindikator gesehen werden.
Aus diesem Zusammenhang lässt sich vermuten, dass Abwassereinleitungen mitverantwortlich für die anaeroben Reduktionsbedingungen in den Sedimenten sind.
Verwendung in archäologischen Studien
Coprostanol und sein Derivat Epicoprostanol werden aufgrund ihrer Langlebigkeit in Böden und ihrer starken Verbindung mit der Produktion im menschlichen Darm in archäologischen und paläoökologischen Studien als Indikatoren für frühere menschliche Aktivitäten verwendet. Forscher haben das Vorhandensein von Coprostanol genutzt, um archäologische Merkmale wie Senkgruben oder Landschaftsaktivitäten wie Düngung zu identifizieren . Variationen der Konzentration von Coprostanol im Laufe der Zeit können verwendet werden, um Rekonstruktionen der menschlichen Population innerhalb einer bestimmten Ablagerungsumgebung zu erstellen.
Siehe auch
Verweise
Mudge, SM; Ball, AS (2006). Morrison, R.; Murphy, B. (Hrsg.). Abwasser in: Umweltforensik: Ein kontaminationsspezifischer Ansatz . Sonst. P. 533.
Bethell, P. (1994). „Die Untersuchung molekularer Marker menschlicher Aktivität: die Verwendung von Coprostanol im Boden als Indikator für menschliches Fäkalmaterial“. Zeitschrift für Archäologische Wissenschaft . 21 (5): 619–632. doi : 10.1006/jasc.1994.1061 .
Bull, Ian D.; Lockheart, Matthew J.; Elhmmali, Mohamed M.; Roberts, David J.; Evershed, Richard P. (2002). „Die Herkunft des Kots mittels Biomarker-Nachweis“. Umwelt International . 27 (8): 647–654. doi : 10.1016/S0160-4120(01)00124-6 . PMID 11934114 .
