El γ-caroteno ( gamma -caroteno) es un carotenoide y es un intermediario biosintético para la síntesis de carotenoides cíclicos en plantas. [2] Se forma a partir de la ciclización del licopeno por la licopeno ciclasa épsilon. [3] Junto con varios otros carotenoides , el γ-caroteno es un vitámero de la vitamina A en herbívoros y omnívoros. Los carotenoides con un anillo de beta-ionona ciclado se pueden convertir en vitamina A , también conocida como retinol , por la enzima beta-caroteno 15,15'-dioxigenasa ; sin embargo, la bioconversión del γ-caroteno en retinol no ha sido bien caracterizada. El γ-caroteno se ha identificado tentativamente como un biomarcador para las bacterias verdes y púrpuras del azufre en una muestra de la Formación Barney Creek de 1.640 ± 0.003-Gyr de antigüedad en el norte de Australia, que comprende sedimentos marinos. [2] El descubrimiento tentativo de γ-caroteno en sedimentos marinos implica un entorno euxínico pasado, donde las columnas de agua eran anóxicas y sulfídicas. [2] Esto es significativo para reconstruir las condiciones oceánicas pasadas, pero hasta ahora el γ-caroteno solo se ha identificado potencialmente en la única muestra medida.
El γ-caroteno es un carotenoide, una clase de pigmentos que dan color a los organismos fotosintéticos. Específicamente, el γ-caroteno puede derivar de la mixoxantofila que se encuentra en las cianobacterias , Chlorobiaceae y las bacterias verdes no azufradas ( Chloroflexi ). [4] [5] Sin embargo, hay más de 600 carotenoides diferentes, cada uno con diferentes estructuras y fórmulas que alteran su espectro de absorción. [6] En particular, las Chromatiaceae se encuentran entre 1,5 y 24 metros de profundidad en la columna de agua y más del 75% de las floraciones microbianas ocurren por encima de los 12 metros de profundidad. [7] Otros carotenoides como el clorobactano y el isorenierateno también son biomarcadores de la presencia de bacterias verdes no azufradas. Estos carotenoides son indicadores del entorno geoquímico acuático pasado de su agua de origen. En particular, el γ-caroteno es un indicador de la profundidad a la que las condiciones óxicas se transforman en condiciones anóxicas debido a su relevancia para las bacterias verdes y moradas del azufre que ocupan la capa límite. [7] Se sabe que las bacterias verdes no azufradas producen isoprenoides 2,3,6-trimetilarílicos que son inequívocos, lo que permite la deducción de ambientes geoquímicos acuáticos pasados. [8] En el γ-caroteno, el grupo terminal del licopeno produce un anillo β a través de una enzima β-ciclasa . El otro miembro del extremo se atribuye a un extremo ψ de cadena abierta. [9]
Los biomarcadores pueden definirse como los restos moleculares de lípidos y otras composiciones biológicas. A menudo, en entornos sedimentarios, los lípidos se descomponen en esqueletos de hidrocarburos donde permanecen preservados en el registro geológico durante largas escalas de tiempo. [10] Específicamente, los biomarcadores de diagnóstico se utilizan para investigar las condiciones paleoambientales pasadas, como la salinidad, la temperatura y la disponibilidad de oxígeno. En entornos acuáticos donde persisten las bacterias verdes no azufradas, el carbono orgánico se remineraliza en dióxido de carbono y agua de tal manera que el 0,1% se deposita en el registro sedimentario en el fondo acuático. [11] Aunque el γ-caroteno no es el biomarcador de diagnóstico para las bacterias verdes no azufradas, ya que solo se ha descubierto tentativamente en un entorno natural, se considera un biomarcador para las bacterias verdes y moradas no azufradas. A diferencia del β-caroteno , que se encuentra en una amplia gama de linajes en los tres dominios de la vida, el γ-caroteno está restringido a solo unos pocos precursores potenciales. [11] Ambas bacterias presentan géneros de Chromatiaceae que contienen γ-caroteno después de la diagénesis , que tiene un esqueleto carbonado único; por lo tanto, el γ-caroteno es identificable a través de técnicas de medición, a saber, cromatografía de gases-espectrometría de masas . En algunos casos es posible discriminar entre diferentes fuentes de un biomarcador utilizando técnicas de fraccionamiento isotópico de carbono. [11]
La cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC/MS) es una técnica analítica en geoquímica ampliamente empleada para identificar y cuantificar compuestos orgánicos presentes en rocas sedimentarias. La muestra debe extraerse de la roca fuente antes de que pueda realizarse el análisis, que a menudo es menos del 1% debido a la madurez térmica de la roca fuente. La muestra de 1.640 ± 0.003-Gyr de antigüedad de la Formación Barney Creek se sometió a una extracción de γ-caroteno y un análisis posterior con GC/MS de modo que existe un pico en m/z 125 que indica la presencia de derivados de carotenoides que eluyen inmediatamente después del β-caroteno y el γ-caroteno. [6]
Se puede realizar un análisis adicional de γ-caroteno mediante el uso de un espectrómetro de masas de relación isotópica . En general, se ha descubierto que las cromatiáceas están empobrecidas en δ 13 C , mientras que las clorobiáceas están enriquecidas en δ 13 C en comparación con las bacterias oxigénicas típicas en 7-8 ppm respectivamente. [12] Los resultados de la espectroscopia de masas de relación isotópica y la cromatografía de gases/espectrometría de masas pueden discriminar con precisión la presencia de γ-caroteno en una extracción de una muestra sedimentaria. La identificación de γ-caroteno mediante estos métodos proporcionaría una indicación convincente de un entorno euxínico pasado, donde las columnas de agua eran anóxicas y sulfídicas. [2]