Substància biogénica
Una substància biogénica és un producte elaborat per o a partir de formes de vida. Si ben el terme originalment era específic per a composts de metabòlits que tenien efectes tòxics en atres organismes,[1] s'ha desenrollat per a comprendre qualsevol component, secreció i metabòlit de plantes o animals.[2] En el context de la biologia molecular, les substàncies biogénicas es denominen biomoléculas. Per lo general, s'aïllen i medixen per mig de l'us de tècniques de cromatografía i espectrometria de masses.[3][4] Ademés, la transformació i l'intercanvi de substàncies biogénicas poden modelar-se en el mig ambient, en particular el seu transport per vies fluvials.[5]
L'observació i medició de substàncies biogénicas és especialment important en els camps de la geologia i la bioquímica. Una gran proporció d'isoprenoides i àcit grassos en sediment geològics es deriven de plantes i clorofila, i es poden trobar en mostres que es remonten al Precámbrico. Estes substàncies biogénicas són capaces de resistir el procés de diagénesis en el sediment, pero també poden transformar-se en atres materials. Açò els fa útils com biomarcadores per a que els geólogos verifiquen l'edat, l'orige i els processos de degradació de diferents roques.[4]
Les substàncies biogénicas s'han estudiat com a part de la bioquímica marina des de la década de 1960,[6] que ha implicat investigar la seua producció, transport i transformació en l'aigua,[5] i cóm poden utilisar-se en aplicacions industrials. Una gran part dels composts biogénicos en el mig marí són produïts per micro i macro algues, incloses les cianobacterias.[6] Per les seues propietats antimicrobianas actualment són objecte d'investigació tant en proyectes industrials, com en pintures antiincrustantes,[1] o en medicina.[6]
Història de descobriment i classificació
[editar | editar còdic]_(31870570908).jpg){kind=link}
Durant una reunió de la Secció de Geologia i Mineralogia de l'Acadèmia de Ciències de Nova York en 1903, el geólogo Amadeus William Grabau va propondre un nou sistema de classificació de roques en el seu artícul 'Discussió i sugerències sobre una nova classificació de roques'. Dins de la subdivisió primària de "roques endogenéticas", roques formades per mig de processos químics, hi havia una categoria denominada "roques biogénicas", que s'usava com a sinònim de "roques orgàniques". Atres categories secundàries varen ser roques "ígneas" i "hidrógenas".[7]
En la década de 1930, el químic alemà Alfred E. Treibs va detectar per primera volta substàncies biogénicas en el petròleu com a part dels seus estudis sobre les porfirinas. En base en esta investigació, va haver un aument posterior en la década de 1970 en l'investigació de substàncies biogénicas en roques sedimentarias com a part de l'estudi de la geologia. Açò va ser facilitat pel desenroll de métodos analítics més alvançats i va conduir a una major colaboració entre geólogos i químics orgànics per a investigar els composts biogénicos en sediment.[4]
Ademés, els investigadors varen començar a investigar la producció de composts per microorganismes en el mig marí a principis de la década de 1960. En 1975, s'havien desenrollat diferents àrees d'investigació en l'estudi de la bioquímica marina. Es tractava de "toxines marines, bioproductos marins i ecologia química marina".[6] A raïl d'açò en 1994, Teuscher i Lindequist varen definir les substàncies biogénicas com:
...composts químics que són sintetisats per organismes vius i que, si superen certes concentracions, causen danys temporals o permanents o inclús la mort d'atres organismes per efectes químics o fisicoquímicos.[1][8]
Este émfasis en l'investigació i classificació de la toxicitat de les substàncies biogénicas es va deure en part als ensajos d'erejat dirigits a la citotoxicidad que es varen utilisar per a detectar els composts biològicament actius. Des de llavors, la diversitat de productes biogénicos s'ha ampliat a partir de substàncies citotóxicas per mig de l'us d'ensajos farmacèutics i industrials alternatius.[6]
En l'ambient
[editar | editar còdic]Hidroecología
[editar | editar còdic]
En estudiar el transport de substàncies biogénicas en l'Estret de Tatar en la Mar de Japó, un equip rus va observar que les substàncies biogénicas poden ingressar al mig marí per l'entrada de fonts externes, el transport dins de les masses d'aigua o el desenroll per processos metabòlics dins de l'aigua. Aixina mateix, es poden gastar per processos de biotransformación o formació de biomassa per microorganismes. En este estudi, les concentracions de substàncies biogénicas, la freqüència de transformació i el recanvi varen ser més alts en la capa superior de l'aigua. Adicionalment, en diferents regions de l'estret es varen mantindre constants les substàncies biogénicas en major transferència anual. Estos varen ser O2, DOC i DISi, que normalment es troben en grans concentracions en l'aigua natural. Les substàncies biogénicas que tendixen a tindre un menor aporte a través dels llímits externs de l'estret i, per lo tant, la menor transferència són els components minerals i detrítics de N i P. Estes mateixes substàncies participen activament en els processos de biotransformación en el mig marí i també tenen una menor producció anual.[5]
Llocs geològics
[editar | editar còdic]_9.jpg){kind=link}
Els geoquímicos orgànics també tenen interés en estudiar la diagénesis de substàncies biogénicas en el petròleu i cóm es transformen en sediment i fòssils. Si ben el 90% d'este material orgànic és insoluble en solvents orgànics comuns, cridats kerógeno, el 10% està en una forma que és soluble i es pot extraure, d'a on després es poden aïllar composts biogénicos. Els àcit grassos llineals saturats i els pigments tenen les estructures químiques més estables i, per lo tant, són adequats per a resistir la degradació del procés de diagénesis i ser detectats en les seues formes originals. No obstant, també s'han trobat macromolécula en regions geològiques protegides. Les condicions típiques de sedimentación involucren processos enzimàtics, microbianos i fisicoquímicos, aixina com un aument de temperatura i pressió, que conduïxen a transformacions de substàncies biogénicas. Per eixemple, els pigments que sorgixen de la deshidrogenació de clorofila o hemina es poden trobar en molts sediment com a complexos de níquel o vanadilo. Una gran proporció dels isoprenoides en els sediment també es deriva de la clorofila. De manera similar, els àcit grassos saturats llineals descoberts en la lutita bituminosa de Messel en Alemània sorgixen de material orgànic de plantes vasculars.[4]
Ademés, els alcanos i isoprenoides es troben en extractes solubles de roca precámbrica, lo que indica la provable existència de material biològic fa més de tres mil millons d'anys.[4] No obstant, existix la possibilitat de que estos composts orgànics siguen de naturalea abiogénica, especialment en els sediment precámbricos. Si be les simulacions de la síntesis de isoprenoides en condicions abiogénicas no varen produir els isoprenoides de cadena llarga utilisats com biomarcadores en fòssils i sediment, es varen detectar traces de isoprenoides C9-C14.[11] També és possible que les cadenes de poliisoprenoides se sintetisen estereoselectivamente utilisant catalisadors tals com Al(C2H5)3-VCl3.[12] No obstant, la provabilitat de que estos composts estiguen disponibles en l'entorn natural és poc provable.[4]
Medició
[editar | editar còdic]
Les diferents biomoléculas que componen les substàncies biogénicas d'una planta, en particular les que es troben en els exsudats de les llavors, es poden identificar per mig de l'us de diferents varietats de cromatografía en un entorn de laboratori. Per al perfil de metabòlits, s'utilisa cromatografía de gasos i espectrometria de masses per a trobar flavonoides com la quercetina. A continuació, els composts es poden diferenciar encara més usant espectrometria de masses per cromatografía líquida d'alta eficàcia en fase inversa.[3]
Quan es tracta de medir substàncies biogénicas en un entorn natural com una massa d'aigua,[13] es pot usar el método CNPSi per a calcular el transport espacial de substàncies biogénicas, tant en la dimensió horisontal com a vertical. Este model té en conte l'intercanvi d'aigua i la taxa de fluix, i tira els valors de les taxes de substàncies biogénicas per a qualsevol àrea o capa d'aigua per a qualsevol més. Hi ha dos métodos d'evaluació principals involucrats: medir per unitat de volum d'aigua (mg/m3 any) i medir substàncies per volum total d'aigua de capa (t d'element/any). El primer s'utilisa principalment per a observar la dinàmica de substàncies biogénicas i les vies individuals per al fluix i les transformacions, i és útil quan es comparen regions individuals de l'estret o via fluvial. El segon método utilisa els fluix mensuals de substàncies i deu tindre en conte que existixen variacions mensuals en el volum d'aigua en les capes.[5]
En l'estudi de la geoquímica, les substàncies biogénicas es poden aïllar dels fòssils i sediment per mig d'un procés de raspat i triturado de la mostra de roca objectiu, després llavat en àcit fluorhídric al 40%, aigua i benceno/metanol en una proporció de 3:1. A continuació, les peces de roca es molen i es centrifugan per a produir un residu. Els composts químics es deriven després a través de vàries separacions per cromatografía i espectrometria de masses.[4] No obstant, l'extracció deu anar acompanyada de precaucions rigoroses per a garantisar que no hi haja contaminants d'aminoàcits de les huella dactilar[14] o contaminants de silicona d'atres métodos de tractament analític.[4]
Aplicacions
[editar | editar còdic]
Pintures antiincrustantes
[editar | editar còdic]S'ha descobert que els metabòlits produïts per les algues marines tenen moltes propietats antimicrobianas. Açò es deu a que són produïts per organismes marins com disuasores químics i, com a tals, contenen composts bioactivos. Les principals classes d'algues marines que produïxen este tipo de metabòlits secundaris són Cyanophyceae, Chlorophyceae i Rhodophyceae. Els productes biogénicos observats inclouen policétidos, amidas, alcaloide, àcit grassos, indoles i lipopéptidos.[1] Per eixemple, més del 10% dels composts aïllats de Lyngbya majuscula, que és una de les cianobacterias més abundants, tenen propietats antifúngicas i antimicrobianas.[1][6] Ademés, un estudi va provar furanonas halogenadas produïdes per Delisea pulchra de la classe Rhodophyceae contra el creiximent de Bacillus subtilis.[15][1] Quan s'aplica a una concentració de 40 µg/ml, la furanona va inhibir la formació d'una biopelícula per les bactèries i va reduir la gruixa de la biopelícula en un 25% i el número de cèlules vives en un 63%.[15]
Estes característiques tenen el potencial de ser utilisades en materials artificials, com la fabricació de pintures antiincrustantes sense els químics amoladors per al mig ambient. Es necessiten alternatives ambientalment segures al TBT (agent antiincrustante a pur de estany) que llibera composts tòxics en l'aigua i el mig ambient i ha segut prohibit en varis països.[1] Una classe de composts biogénicos que ha tingut un efecte considerable contra les bactèries i microalgas que causen incrustaciones són els éster sesquiterpenoides de acetileno produïts per Caulerpa prolifera (de la classe Chlorophyceae), que va inhibir el creiximent bacterià en fins a un 83% de l'eficàcia de l'òxit de TBT.[16]
L'investigació actual també té com a objectiu produir estes substàncies biogénicas a nivell comercial utilisant tècniques d'ingenieria metabòlica. En combinar estes tècniques en el disseny d'ingenieria bioquímica, les algues i les seues substàncies biogénicas es poden produir a gran escala utilisant fotobiorreactores. Es poden usar diferents tipos de sistemes per a produir diferents productes biogénicos.[1]
| Tipo de fotobiorreactor | Espècies d'algues cultivades | Producte | Referència |
|---|---|---|---|
| Poliuretano tipo alga | Scytonema sp. TISTR 8208 | Antibiòtic dodecapéptido cíclico eficaç contra bactèries Gram-positives, foncs filamentosos i rent patógenas | Chetsumon i col. (1998)[17] |
| Tanc agitat | Agardhiella subulata | Biomassa | Huang i Rorrer (2003)[18] |
| Pont aéreu | Gyrodinium impundicum | Exopolisacáridos sulfatados per a acció antiviral contra el virus de la encefalomiocarditis | Yim i col. (2003)[19] |
| A l'aire lliure a gran escala | Haematococcus pluvialis | Compost d'astaxantina | Miguel (2000)[20] |
Paleoquimotaxonomía
[editar | editar còdic]En el camp de la paleoquimotaxonomía, la presència de substàncies biogénicas en sediment geològics és útil per a comparar mostres i espècies biològiques antigues i modernes.[4] Estos marcadors biològics es poden utilisar per a verificar l'orige biològic dels fòssils i servixen com a marcadors paleoecológicos. Per eixemple, la presència de pristano indica que el petròleu o sediment és d'orige marí, mentres que el material biogénico d'orige no marí tendix a estar en forma de composts policíclics o fitano.[21] Els marcadors biològics també proporcionen informació valiosa sobre les reaccions de degradació del material biològic en entorns geològics. La comparació del material orgànic entre roques geològicament antigues i recents mostra la conservació de diferents processos bioquímics.[4]
Producció de nanopartículas metàliques
[editar | editar còdic]
Una atra aplicació de les substàncies biogénicas és la síntesis de nanopartículas metàliques.[3] Els métodos actuals de producció química i física de les nanopartículas que s'utilisen són costosos i produïxen rebujos tòxics i contaminants en el mig ambient.[22] Ademés, les nanopartículas que es produïxen poden ser inestables i no aptes per al seu us en el cos.[23] L'us de substàncies biogénicas d'orige vegetal té com a objectiu crear un método de producció rendable i respectuós en el mig ambient.[3] Els fitoquímicos biogénicos usats per a estes reaccions de reducció poden derivar-se de plantes de numeroses formes, incloent caldo de fulls hervir,[24] biomassa en pols,[25] immersió de tota la planta en solució,[23] o extractes de suc de frutes i verdures.[26] S'ha demostrat que els sucs de C. annuum produïxen nanopartículas d'argent a temperatura ambiente quan es tracten en ions d'argent i, ademés, proporcionen vitamines i aminoàcits essencials quan es consumixen, lo que els convertix en un agent potencial de nanomateriales.[3] Un atre procediment és
per mig de l'us d'una substància biogénica diferent: l'exsudat de llavors en germinació. Quan les llavors s'ameren, lliberen pasivamente fitoquímicos en l'aigua circumdant, que despuix d'alcançar l'equilibri es poden mesclar en ions metàlics per a sintetisar nanopartículas metàliques.[27][3] L'exsudat de M. sativa en particular ha tingut èxit en la producció eficaç de partícules metàliques de Ag, mentres que L. culinaris és un reactiu eficaç per a la fabricació de nanopartículas de Au. Este procés també pot ajustar-se encara més manipulant factors com el pH, la temperatura, la dilució de l'exsudat i l'orige de la planta per a produir diferents formes de nanopartículas, inclosos triànguls, esferes, varetes i espirals. Estes nanopartículas metàliques biogénicas tenen aplicacions com a catalisadors, revestiment de finestres de vidre per a aïllar la calor, en biomedicina i en dispositius biosensorés.[3]
Eixemples
[editar | editar còdic]
- El carbó i el petròleu són possibles eixemples de components que poden haver sofrit canvis durant periodos de temps geològics.
- La tiza i la pedra calcàrea són eixemples de secrecions (closques d'animals marins) que són d'edat geològica.
- La herba i la fusta són components biogénicos d'orige contemporàneu.
- Les perles, la seda i l'àmbar gris són eixemples de secrecions d'orige contemporàneu.
- Biogénicas neurotransmisores.
Taula de composts biogénicos aïllats
[editar | editar còdic]| Classe química | Compost | Font | Referència |
|---|---|---|---|
| Lipopéptido[1] |
|
|
|
| Àcit gras[1] |
|
||
| Terpeno[6] |
|
||
| Alcaloide[1] |
|
||
| Cetona[36] |
|
|
|
Substància abiogénica
[editar | editar còdic]Una substància o procés abiogénico no és el resultat de l'activitat present o passada d'organismes vius. Els productes abiogénicos poden ser, per eixemple, minerals, uns atres composts inorgànics, aixina com composts orgànics simples (per eixemple, metà extraterrestre, vore també abiogénesis).
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 Planta.219(4)
- 561–578.ISSN 0032-0935.doi:10.1007/s00425-004-1307-5.
- ↑ Francis, Raju; Kumar, {{{nom2}}} (2016). Biomedical Applications of Polymeric Materials and Composites, John Wiley & Sons.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 «Biogenic Synthesis of Ag and Au Nanoparticles Using Aqueous Seed Exudates».The University of Sydney.Sydney, Austràlia:
- ↑ 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 Angewandte Chemie (International Ed. in English).10(4)
- 209–225.ISSN 1433-7851.doi:10.1002/anie.197102091.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Water Resources.38(1)
- 72–86.ISSN 1608-344X.doi:10.1134/S009780781006103X.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 Tetrahedron.57(46)
- 9347–9377.ISSN 0040-4020.doi:10.1016/S0040-4020(01)00931-0.
- ↑ Science.18(468)
- 789–790.doi:10.1126/science.18.468.789.
- ↑ Teuscher, Eberhard, Lindequist, Ulrike (2010). Biogene Gifte Biologie - Chemie ; Pharmakologie - Toxikologie ; mit 2500 Strukturformeln und 62 Tabellen (en alemà). OCLC 530386916. ISBN 978-3-8047-2438-9.
- ↑ Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.100(8)
- 4399–4404.ISSN 0027-8424.doi:10.1073/pnas.0730560100.
- ↑ (1991) Calcareous Algae and Stromatolites, Springer-Verlag Press, p. 32.
- ↑ Geochimica et Cosmochimica Acta.32(2)
- 151–173.ISSN 0016-7037.doi:10.1016/S0016-7037(68)80002-X.
- ↑ Natta, Giulio; Danusso, Ferdinando; Vaccaroni, {{{nom3}}}; Digues Pietro, {{{nom4}}} (1967). Stereoregular polymers and stereospecific polymerizations. Volume 1 : the contributions of Giulio Natta and his school to polymer chemistry, [First edition] edició, p. 102-103. OCLC 1162142580. ISBN 1-4832-2386-8.
- ↑ Water Resources.38(6)
- 774–798.ISSN 1608-344X.doi:10.1134/S0097807811040075.
- ↑ Hobson, George Douglas; Louis, M. C.; Geochemical Society. Organic Geochemistry Group. European Branch, {{{nom3}}}; Institut français du pétrole, {{{nom4}}} (1966). Advances in organic geochemistry, 1964., [1st ed.] edició, Symposium Publications Division, Pergamon Press, p. 41-74. OCLC 646961313. ISBN 978-1-4831-5711-5.
- ↑ 15,0 15,1 Letters in Applied Microbiology.34(4)
- 293–299.ISSN 0266-8254.doi:10.1046/j.1472-765x.2002.01087.x.
- ↑ Journal of Natural Products.66(1)
- 21–24.ISSN 0163-3864.doi:10.1021/np0202529.
- ↑ Applied Biochemistry and Biotechnology.70-72
- 249–256.ISSN 0273-2289.doi:10.1007/BF02920141.
- ↑ Biotechnology Progress.19(2)
- 418–427.ISSN 8756-7938.doi:10.1021/bp020123i.
- ↑ Biomolecular Engineering.20(4-6)
- 273–280.ISSN 1389-0344.doi:10.1016/s1389-0344(03)00070-4.
- ↑ Journal of Applied Phycology.12(3)
- 499–506.ISSN 1573-5176.doi:10.1023/A:1008159127672.
- ↑ Science (New York, N.Y.).150(3703)
- 1588–1589.ISSN 0036-8075.doi:10.1126/science.150.3703.1588.
- ↑ Nano Letters.2
- 397–401.doi:10.1021/nl015673+.
- ↑ 23,0 23,1 Small (Weinheim an Der Bergstrasse, Germany).4(9)
- 1425–1436.ISSN 1613-6829.doi:10.1002/smll.200800525.
- ↑ Journal of materials chemistry.19(19)
- 2912–2920.ISSN 0959-9428.doi:10.1039/b822015h.
- ↑ Materials Chemistry and Physics.97(2)
- 321–329.ISSN 0254-0584.doi:10.1016/j.matchemphys.2005.08.015.
- ↑ Journal of Nanoparticle Research.3
- 475–481.ISSN 1388-0764.doi:10.1023/A:1012578821566.
- ↑ Plant and Soil.52(4)
- 491–499.ISSN 1573-5036.doi:10.1007/BF02277944.
- ↑ «Lupeol». PubChem. Consultat el 2020-11-20.
- ↑ Journal of Natural Products.60(10)
- 1057–1059.ISSN 0163-3864.doi:10.1021/np9702751.
- ↑ Cancer Letters.96(2)
- 261–266.ISSN 0304-3835.doi:10.1016/0304-3835(95)03940-x.
- ↑ Journal of the National Cancer Institute.81(16)
- 1254–1258.ISSN 0027-8874.doi:10.1093/jnci/81.16.1254.
- ↑ Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology.52(5)
- 673–680.ISSN 0007-4861.doi:10.1007/BF00195486.
- ↑ European Journal of Biochemistry.241(3)
- 865–871.ISSN 0014-2956.doi:10.1111/j.1432-1033.1996.00865.x.
- ↑ Toxicon: Official Journal of the International Society on Toxinology.37(7)
- 1065–1077.ISSN 0041-0101.doi:10.1016/s0041-0101(98)00240-2.
- ↑ Molecular Pharmacology.49(2)
- 288–294.ISSN 0026-895X.
- ↑ 36,0 36,1 Angewandte Chemie (International Ed. in English).10(4)
- 209–225.ISSN 1433-7851.doi:10.1002/anie.197102091.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Sustancia biogénica» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.