الكوبروستانول
يُعدّ 5β-كوبروستينول ( 5β-كوليستان-3β-أول ) ستانولًا مكونًا من 27 ذرة كربون ، وينتج عن عملية الأيض الاختزالي الصافي للكوليسترول (كوليست-5-إين-3β-أول) في أمعاء معظم الثدييات والطيور. وقد استُخدم هذا المركب بشكل متكرر كمؤشر حيوي لوجود براز بشري في البيئة . ويُعتقد أن 5β-كوبروستينول ذو أصل بكتيري حصريًا.
الخواص الكيميائية
الذوبانية
يتميز مركب 5β-كوبروستينول بانخفاض ذوبانه في الماء ، وبالتالي بمعامل توزيع عالٍ بين الأوكتانول والماء (log K ow = 8.82) . بعبارة أخرى، يتمتع 5β-كوبروستينول بألفة للأوكتانول تفوق ألفته للماء بنحو مليار مرة . وهذا يعني أنه في معظم الأنظمة البيئية، سيرتبط 5β-كوبروستينول بالطور الصلب .
التدهور
في الرواسب والتربة اللاهوائية ، يبقى مركب 5β-كوبروستانول مستقرًا لمئات السنين، مما يجعله مؤشرًا على تصريفات البراز في الماضي. ولذلك، استُخدمت سجلات 5β-كوبروستانول من المحفوظات البيئية القديمة لتحديد توقيت الاستيطان البشري في منطقة ما بدقة أكبر، فضلًا عن إعادة بناء التغيرات النسبية في عدد السكان والأنشطة الزراعية على مدى آلاف السنين. [ 1 ]
التحليل الكيميائي
نظرًا لاحتواء الجزيء على مجموعة هيدروكسيل (-OH)، فإنه يرتبط غالبًا بالدهون الأخرى، بما في ذلك الأحماض الدهنية ؛ ولذلك، تستخدم معظم الطرق التحليلية قلويًا قويًا (هيدروكسيد البوتاسيوم أو هيدروكسيد الصوديوم) لتكوين روابط الإستر . تشمل مذيبات الاستخلاص الشائعة محلول هيدروكسيد البوتاسيوم بنسبة 6% في الميثانول . بعد ذلك ، تُفصل الستيرولات والستانولات الحرة ( الستيرولات المشبعة) عن الدهون القطبية عن طريق فصلها في مذيب أقل قطبية مثل الهكسان . قبل التحليل، تُشتق مجموعة الهيدروكسيل عادةً باستخدام BSTFA (ثنائي ثلاثي ميثيل سيليل ثلاثي فلورو أسيتاميد) لاستبدال الهيدروجين بمجموعة ثلاثي ميثيل سيليل (TMS) الأقل قابلية للتبادل. يُجرى التحليل الآلي عادةً باستخدام جهاز كروماتوغرافيا الغاز (GC) مع كاشف تأين اللهب (FID) أو مطياف الكتلة (MS). يمكن رؤية طيف الكتلة لإيثر 5β-كوبروستانول - TMS في الشكل. بدلاً من ذلك، يمكن أيضًا استخدام تقنيات قياس الطيف الكتلي بالكروماتوغرافيا السائلة (LC-MS) التي تستخدم التأين الكيميائي بالضغط الجوي (APCI) للكشف عن الكوبروستانول في الوضع الموجب.
المتماكبات
بالإضافة إلى الستانول المشتق من البراز، يمكن تحديد متماثلين آخرين في البيئة؛ 5α-كوليستانول
التكوين والوجود
مصادر التلوث البرازي
يتكون 5β-كوبروستينول من تحويل الكوليسترول إلى كوبروستينول في أمعاء معظم الحيوانات العليا بواسطة البكتيريا المعوية . ومن المقبول عمومًا أن استقلاب الكوليسترول إلى كوبروستينول بواسطة البكتيريا المعوية يتم بطريقة غير مباشرة عبر وسائط الكيتون، بدلًا من الاختزال المباشر للرابطة المزدوجة Δ 5,6 . [ 2 ] كما هو موضح في الشكل الذي اقترحه غريمالت وآخرون (1990).
| الحيوانات المنتجة للكوبروستانول | الحيوانات التي لا تنتج الكوبروستانول |
|---|---|
| البشر | الكلاب |
| الماشية | ؟ |
| غنم | ؟ |
| الطيور | ؟ |
ومع ذلك، هناك عدد قليل من الحيوانات التي ثبت أنها لا تنتج 5β-كوبروستانول ويمكن رؤية هذه الحيوانات في الجدول.
يُستخدم كمتتبع لمياه الصرف الصحي
يُعدّ مخلفات الإنسان المصدر الرئيسي لمركب 5β-كوبروستانول في البيئة. ويبلغ تركيزه في مياه الصرف الصحي الخام غير المعالجة حوالي 2-6% من المواد الصلبة الجافة. هذا التركيز العالي نسبيًا وثباته يسمحان باستخدامه في تقييم المواد البرازية في العينات، وخاصة الرواسب.
نسبة 5β-كوبروستانول / الكوليسترول
بما أن 5β-كوبروستانول يتكون من الكوليسترول في أمعاء الفقاريات ، يمكن استخدام نسبة الناتج إلى المتفاعل كمؤشر على درجة تلوث العينات بالبراز. عادةً ما تكون نسبة 5β-كوبروستانول إلى الكوليسترول في مياه الصرف الصحي الخام غير المعالجة حوالي 10، وهي نسبة تنخفض عند مرورها بمحطة معالجة مياه الصرف الصحي، لتصل إلى حوالي 2 في مياه الصرف السائلة المُصرّفة. ويمكن تمييز مياه الصرف الصحي غير المخففة من خلال هذه النسبة المرتفعة. ومع انتشار البراز في البيئة، تنخفض النسبة مع ازدياد كمية الكوليسترول (غير البرازي) من الحيوانات. وقد أشار غريمالت وألبيجيس ( في عام غير محدد ) إلى أن العينات التي تزيد فيها نسبة 5β-كوبروستانول إلى الكوليسترول عن 0.2 قد تُعتبر ملوثة بالبراز.
نسبة 5β-كوبروستانول / (5β-كوبروستانول + 5α-كوليستانول)
يُعدّ قياس نسبة متصاوغي 3β-ol من الشكل الستيرولي المشبع مؤشرًا آخر على التلوث البرازي البشري. يتكوّن 5α-كوليستانول طبيعيًا في البيئة بواسطة البكتيريا، وعادةً لا يكون مصدره برازيًا. قد تكون العينات التي تزيد نسبتها عن 0.7 ملوثة ببراز بشري، بينما تُعتبر العينات التي تقل نسبتها عن 0.3 غير ملوثة. أما العينات التي تقع نسبتها بين هاتين القيمتين، فلا يُمكن تصنيفها بسهولة بناءً على هذه النسبة وحدها. 
تُصنّف الرواسب الواقعة في المنطقة الحمراء على أنها "ملوثة" وفقًا لكلا النسبتين، بينما تُصنّف تلك الواقعة في المنطقة الخضراء على أنها "غير ملوثة" وفقًا للمعايير نفسها. أما تلك الواقعة في المنطقة الزرقاء، فتُصنّف على أنها "غير ملوثة" وفقًا لنسبة 5β-كوبروستانول/كوليسترول، و"غير مؤكدة" وفقًا لنسبة 5β-كوبروستانول/(5β-كوبروستانول + 5α-كوليستانول). وتُعتبر غالبية العينات الواقعة بين 0.3 و0.7 "غير ملوثة" وفقًا لنسبة 5β-كوبروستانول/كوليسترول، لذا يجب اعتبار قيمة 0.3 قيمة متحفظة إلى حد ما.
نسبة 5β-كوبروستانول إلى إجمالي الستيرولات
القيم الحدية وما إلى ذلك.
5β-كوبروستانول / 24-إيثيل كوبروستانول
تستهلك الحيوانات العاشبة، كالأبقار والأغنام، مواد نباتية أرضية (عشب) تحتوي على بيتا-سيتوستيرول كستيرول رئيسي. بيتا-سيتوستيرول هو مشتق 24-إيثيل للكوليسترول، ويمكن استخدامه كمؤشر حيوي للمواد النباتية الأرضية (انظر القسم). في أمعاء هذه الحيوانات، تقوم البكتيريا بهدرجة الرابطة المزدوجة في الموضع 5 لإنتاج 24-إيثيل كوبروستينول، وبالتالي يمكن استخدام هذا المركب كمؤشر حيوي للبراز الناتج عن الحيوانات العاشبة. يمكن الاطلاع على القيم النموذجية في مصادر مختلفة في الجدول بعد جيلبين ( السنة؟ ).
| مصدر | 5β-cop / 24-ethyl cop |
|---|---|
| خزانات الصرف الصحي | 2.9 – 3.7 |
| مياه الصرف الصحي المجتمعية | 2.6 – 4.1 |
| مسلخ - أغنام، ماشية | 0.5 – 0.9 |
| غسل حظيرة الألبان | 0.2 |
إيبي-كوبروستانول / 5β-كوبروستانول
أثناء معالجة مياه الصرف الصحي، قد يتحول 5β-كوبروستانول إلى شكل 5β-كوليستان-3α-أول، المعروف باسم إيبي-كوبروستانول. كما يحدث تحول بطيء لـ 5β-كوبروستانول إلى إيبي-كوبروستانول في البيئة، لذا فإن هذه النسبة تشير إما إلى درجة معالجة مياه الصرف الصحي أو إلى مدة بقائها في البيئة. ويمكن أن يُظهر رسم بياني لنسبة 5β-كوبروستانول/كوليسترول مع نسبة إيبي-كوبروستانول/5β-كوبروستانول كلاً من التلوث البرازي والمعالجة. 
المؤشرات ذات الصلة
5α-كوليستانول / كوليسترول
في البيئة، تُنتج البكتيريا بشكل تفضيلي مركب 5α-كوليستان-3β-أول (5α-كوليستانول) من الكوليسترول بدلاً من نظيره 5β. يحدث هذا التفاعل بشكل رئيسي في الرواسب المختزلة اللاهوائية، ويمكن استخدام نسبة 5α-كوليستانول إلى الكوليسترول كمؤشر حيوي ثانوي (للعملية) لمثل هذه الظروف. لم تُقترح قيم فاصلة لهذا المؤشر، لذا يُستخدم بشكل نسبي؛ فكلما زادت النسبة، زادت اختزالية البيئة. ترتبط البيئات المختزلة عادةً بالمناطق التي تشهد تدفقات عالية من المواد العضوية، والتي قد تشمل تصريفات مياه الصرف الصحي. يمكن ملاحظة العلاقة بين ظروف الاختزال والمصدر المحتمل في رسم بياني متقاطع مع مؤشر لمياه الصرف الصحي. قد يُستنتج من هذه العلاقة أن تصريفات مياه الصرف الصحي مسؤولة جزئيًا عن ظروف الاختزال اللاهوائية في الرواسب. 
الاستخدام في الدراسات الأثرية
يُستخدم الكوبروستانول ومشتقه الإيبكوبروستانول في الدراسات الأثرية والبيئية القديمة كمؤشرات على النشاط البشري في الماضي، نظرًا لبقائهما الطويل في التربة وارتباطهما الوثيق بإنتاجهما في الأمعاء البشرية. [ 3 ] [ 4 ] وقد استخدم الباحثون وجود الكوبروستانول لتحديد معالم أثرية مثل حفر الصرف الصحي أو أنشطة بيئية مثل التسميد . [ 5 ] [ 6 ] ويمكن استخدام التغيرات في تركيز الكوبروستانول مع مرور الوقت لإعادة بناء التجمعات السكانية البشرية ضمن بيئة ترسب محددة. [ 1 ] [ 7 ]
انظر أيضاً
مراجع
- 1 2 دانجو، آر إم، برادلي، آر إس، بالاسيو، إن إل، فينكلشتاين، دي بي (ديسمبر 2012). "تأثيرات المناخ على الاستيطان البشري والأنشطة الزراعية في شمال النرويج كما كُشِف عنها من خلال الكيمياء الحيوية للرواسب" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 109 (50): 20332-20337 . Bibcode : 2012PNAS..10920332D . doi : 10.1073 / pnas.1212730109 . PMC 3528558. PMID 23185025 .
- ↑ كيني دي جيه، بليتشتا دي آر، شونجين دي، كوبل إن، هول إيه بي، فو بي، وآخرون . (أغسطس 2020). "تأثير استقلاب الكوليسترول بواسطة بكتيريا الأمعاء البشرية غير المستزرعة على مستوى الكوليسترول لدى المضيف" . مجلة Cell Host & Microbe . 28 (2): 245–257.e6. doi : 10.1016/j.chom.2020.05.013 . PMC 7435688. PMID 32544460 .
- ↑ بول، آي. دي.، سيمبسون، آي. إيه.، فان بيرغن، بي. إف.، إيفرشيد، آر. بي. (1999). "السماد والجزيئات: طرق جيولوجية عضوية للكشف عن السماد القديم" . مجلة العصور القديمة . 73 (279): 86-96 . doi : 10.1017/S0003598X0008786X . ISSN 0003-598X . S2CID 56237722 .
- ↑ سيستياغا أ، بيرنا ف، لورسن ر، غولدبيرغ ب (2014-01-01). "تحليل المؤشرات الحيوية الستيرويدية لعينة من براز بشري متحجر عمره 14000 عام من كهف بيزلي، أوريغون" . مجلة العلوم الأثرية . 41 : 813-817 . Bibcode : 2014JArSc..41..813S . doi : 10.1016/j.jas.2013.10.016 . ISSN 0305-4403 .
- ↑ بيثيل، بي. إتش.، غواد، إل. جيه.، إيفرشيد، آر. بي.، أوتاواي، جيه. (سبتمبر 1994). "دراسة المؤشرات الجزيئية للنشاط البشري: استخدام الكوبروستانول في التربة كمؤشر على وجود مواد برازية بشرية" . مجلة العلوم الأثرية . 21 (5): 619-632 . Bibcode : 1994JArSc..21..619B . doi : 10.1006/jasc.1994.1061 . ISSN 0305-4403 .
- ↑ بول، آي دي، إيفرشيد، آر بي، بيتانكورت، بي بي (2001). "دراسة جيولوجية كيميائية عضوية لممارسة التسميد في موقع مينوي في جزيرة بسيرا، كريت" . علم الآثار الجيولوجية . 16 (2): 223-242 . رمز Bibcode : 2001Gearc..16..223B . doi : 10.1002/1520-6548(200102)16:2 < 223::AID-GEA1002 > 3.0.CO ; 2-7 . ISSN 1520-6548 .
- ↑ وايت إيه جيه، ستيفنز إل آر، لورينزي في، مونوز إس إي، ليبو سي بي، شرودر إس (2018-05-01). "تقييم الستانولات البرازية كمؤشرات للتغير السكاني في كاهوكيا، إلينوي" . مجلة العلوم الأثرية . 93 : 129-134 . Bibcode : 2018JArSc..93..129W . doi : 10.1016/j.jas.2018.03.009 . ISSN 0305-4403 .
للمزيد من القراءة
- مودج إس إم، بول إيه إس (2006). موريسون آر، مورفي بي (محرران). مياه الصرف الصحي في: الطب الشرعي البيئي: منهج خاص بالملوثات . إلسيفير. ص 533.
- بيثيل، ب. (1994). "دراسة المؤشرات الجزيئية للنشاط البشري: استخدام الكوبروستانول في التربة كمؤشر على وجود مواد برازية بشرية". مجلة العلوم الأثرية . 21 (5): 619-632 . Bibcode : 1994JArSc..21..619B . doi : 10.1006/jasc.1994.1061 .
- بول، آي دي، لوكهارت، إم جيه، الحمالي، إم إم، روبرتس، دي جيه، إيفرشيد، آر بي (مارس 2002). "أصل البراز عن طريق الكشف عن المؤشرات الحيوية". مجلة البيئة الدولية . 27 (8): 647-654 . رمز Bibcode : 2002EnInt..27..647B . doi : 10.1016/S0160-4120(01)00124-6 . PMID 11934114 .
- الكوليستانات
- المؤشرات الحيوية
- المؤشرات الحيوية