Poziční specifická izotopová analýza - Position-specific isotope analysis

Poziční specifická izotopová analýza (PSIA), také zvaný site-specific izotopová analýza, je pobočkou izotopová analýza zaměřené na stanovení izotopového složení konkrétní polohy atomu v molekule. Izotopy jsou elementární varianty s různým počtem neutrony v jejich jádrech, čímž mají různé atomové hmotnosti. Izotopy se vyskytují v různém přirozeném množství v závislosti na prvku; jejich četnosti ve specifických sloučeninách se mohou lišit od náhodných distribucí (tj. stochastické distribuce) v důsledku podmínek prostředí, které působí na změny hmotnosti odlišně. Tyto rozdíly v hojnosti se nazývají „frakcionace“, které jsou charakterizovány pomocí stabilní izotop analýza.

Efekt ředění místně specifického obohacení. The 13Obohacení C v místě karboxylové kyseliny aminokyseliny je méně důležité, protože strukturní rozlišení měření je sníženo na molekulární průměr a analýzu objemových buněk.

Množství izotopů se může lišit napříč celým substrátem (tj. „Objemová“ izotopová variace), specifickými sloučeninami v substrátu (tj. Variace izotopů specifická pro danou sloučeninu) nebo napříč pozicemi ve specifických molekulách (tj. Variace izotopů specifických pro danou pozici). Množství izotopů lze měřit různými způsoby (napřhmotnostní spektrometrie sotopového poměru, laserová spektrometrie,NMR, ESI-MS ). Časné analýzy se lišily technikou, ale byly obvykle omezeny jejich schopností měřit pouze průměrné složení izotopů nad molekulami nebo vzorky. I když to umožňuje izotopovou analýzu objemového substrátu, eliminuje schopnost rozlišovat variace mezi různými místy stejného prvku v molekule. Pole biogeochemie polohově specifických izotopů studuje tyto intramolekulární variace, známé jako „polohově specifický izotop“ a „místně specifický izotop“ obohacení. Zaměřuje se na polohově specifické frakcionace izotopů v mnoha kontextech, vývoj technologií pro měření těchto frakcí a aplikaci polohově specifických izotopových obohacení na otázky týkající se biogeochemie, mikrobiologie, enzymologie, léčivá chemie, a historie Země.

Obohacení izotopů specifická pro danou pozici si mohou uchovat důležité informace o syntéze a zdroji atomů v molekule. Analýza hromadného izotopu ve skutečnosti stanoví průměrné účinky izotopů specifických pro danou lokalitu v celé molekule, a tak zatímco všechny tyto hodnoty mají vliv na objemovou hodnotu, mohou být podpisy konkrétních procesů zředěny nebo nerozeznatelné. Zatímco teorie poziční specifické izotopové analýzy existuje po celá desetiletí,[1] nyní existují nové technologie, které umožňují, aby tyto metody byly mnohem běžnější.[2] Potenciální aplikace tohoto přístupu jsou velmi rozšířené, například porozumění metabolismu v biomolekulách, látkám znečišťujícím životní prostředí ve vzduchu, mechanismům anorganických reakcí atd. Shlukovaný izotop Analýza, podmnožina polohově specifické izotopové analýzy, se již osvědčila při charakterizaci zdrojů metan, paleoenvironment, paleoaltimetry, mezi mnoha jinými aplikacemi. Podrobnější případové studie polohově specifické frakcionace izotopů jsou uvedeny níže.

Teorie

Stabilní izotopy nerozkládají se a těžké a lehké izotopové masy ovlivňují jejich rozdělení v prostředí. Jakákoli odchylka od a náhodné rozdělení lehkých a těžkých izotopů v prostředí se nazývá frakcionace a konzistentní frakcionace v důsledku konkrétního procesu nebo reakce se nazývají „izotopové efekty“.

Izotopové efekty

Účinky izotopů jsou opakující se vzorce v dělení těžkých a lehkých izotopů napříč různými chemickými druhy nebo sloučeninami nebo mezi atomovými místy v molekule. Tyto izotopové efekty mohou pocházet z téměř nekonečného počtu procesů, ale většina z nich může být zúžena do dvou hlavních kategorií, na základě povahy chemické reakce, která vytváří nebo ničí sledovanou sloučeninu:

(1) Kinetické izotopové účinky manifest v nevratné reakce, když je v ISu preferován jeden izotopolog přechodový stav kvůli stavu nejnižší energie. Výhodný izotopolog bude záviset na tom, zda je přechodný stav molekuly během chemické reakce spíše podobný reaktantu nebo produktu. Normální izotopové účinky jsou definovány jako ty, které rozdělují lehčí izotop na produkty reakce. Inverzní izotopové efekty jsou méně časté, protože přednostně rozdělují těžší izotop na produkty.

(2) Rovnovážné izotopové účinky se projevují v reverzibilní reakce, kdy se molekuly mohou volně směňovat, aby dosáhly stavu nejnižší možné energie.

Tyto variace se mohou vyskytovat na úrovni specifické pro sloučeninu, ale také na úrovni specifické pro polohu v molekule. Například karboxylové místo aminokyselin je vyměnitelné, a proto se jeho podpis izotopu uhlíku může v průběhu času měnit a nemusí představovat původní zdroj uhlíku molekuly.

Biologická frakcionace

Ethanol isotopologues
Izotopologové ethanolu (CH3CH2OH) s hmotou 47, což odpovídá jedné izotopové substituci. Izotopologové s těžkým izotopem v různých polohách se nazývají izotopomery. Ethanol má 2Ruka 13C-izotopomery.

Chemické reakce v biologických procesech jsou řízeny pomocí enzymy které katalyzují přeměnu substrátu na produkt. Vzhledem k tomu, že enzymy mohou změnit strukturu přechodového stavu pro reakce, mění také kinetické a rovnovážné účinky izotopů. Umístěno v kontextu a metabolismus, je exprese účinků izotopů na biomolekuly dále řízena body větvení. Různé dráhy biosyntézy budou používat různé enzymy, čímž se získá řada polohově specifických obohacení izotopů. Tato variabilita umožňuje pozičnímu měření izotopů rozlišit více biosyntetických drah od stejného metabolického produktu.[3] Biogeochemici používají polohově specifické izotopové obohacování z aminokyseliny, lipidy, a cukry v přírodě interpretovat relativní důležitost různých metabolismu.

Mechanismus

Pozičně specifický izotopový účinek enzymatické reakce je vyjádřen jako poměr rychlostních konstant pro a monoisotopický substrát a substrát substituovaný jedním vzácným izotopem. Například enzym mravenčan dehydrogenáza katalyzuje reakci mravenčanu a NAD + na oxid uhličitý a NADH. Vodík mravenčanu je přímo přenesen do NAD +. Tento krok má izotopový účinek, protože rychlost protium přenos z formiátu do NAD + je téměř třikrát rychlejší než rychlost stejné reakce s a deuterium převod. Toto je také příklad primárního izotopového efektu.[4] Primární izotopový efekt je takový, při kterém je vzácný izotop nahrazen tam, kde je vazba přerušena nebo vytvořena. Sekundární izotopové efekty se vyskytují na jiných pozicích v molekule a jsou řízeny molekulární geometrií přechodového stavu. Ty jsou obecně považovány za zanedbatelné, ale vyskytují se v určitých případech, zejména u izotopy vodíku.[4]

Na rozdíl od abiotických reakcí dochází k enzymatickým reakcím prostřednictvím řady kroků, včetně vazby substrát-enzym, přeměny substrátu na produkt a disociace komplexu enzym-produkt. Pozorovaný izotopový účinek enzymu bude řízen krokem omezujícím rychlost v tomto mechanismu. Pokud krok, který přeměňuje substrát na produkt, omezuje rychlost, bude enzym vyjadřovat svůj vnitřní izotopový účinek, účinek vazebné reakce nebo reakce rozrušení.[5]

Abiologická frakcionace

Stejně jako biotické molekuly i polohově specifické obohacení izotopů abiotický molekuly mohou odrážet zdroj chemických prekurzorů a syntézních drah. Energie pro abiotické reakce může pocházet z mnoha různých zdrojů, což ovlivní frakcionaci. Například kovové katalyzátory mohou urychlit abiotické reakce. Reakce mohou být zpomaleny nebo zrychleny různými teplotními a tlakovými podmínkami, které ovlivní rovnovážná konstanta nebo aktivační energie reverzibilních a nevratných reakcí.

Například uhlík v mezihvězdné médium a sluneční mlhovina rozdělení do odlišných stavů na základě termodynamické příznivosti. Měření místně specifického izotopového obohacení uhlíku z organických molekul extrahovaných z uhlíkaté chondrity může objasnit, odkud každý atom uhlíku pochází, a jak lze abioticky syntetizovat organické molekuly.[6] Obecněji řečeno, tato obohacení o izotopy mohou poskytnout informace o fyzikálních procesech v oblasti, kde byly vytvořeny molekulární prekurzory a kde se molekula vytvořila ve sluneční soustavě (tj. Nukleosyntetická heterogenita, hmotnostně nezávislá frakce, vlastní stínění atd.).

Dalším příkladem odlišné místně specifické frakcionace v abiotických molekulách je Fischer-Tropsch syntéza typu, o které se předpokládá, že produkuje abiogenní uhlovodíkové řetězce.[6] Prostřednictvím tohoto reakčního mechanismu by se obohacení uhlíku v místě snižovalo se zvyšováním délky uhlíkového řetězce a bylo by to odlišné od místně specifického obohacení uhlovodíků biologického původu.

Analýza

Substráty je třeba připravit a analyzovat specifickým způsobem, aby se objasnilo místně specifické obohacení izotopy. To vyžaduje čisté oddělení sledované sloučeniny od původního vzorku, což může vyžadovat celou řadu různých přípravných chemikálií. Po izolaci lze poziční obohacení izotopů analyzovat pomocí různých nástrojů, které mají různé výhody a poskytují různé stupně přesnost.

Enzymatická reakce

K měření kinetických izotopových účinků enzymatických reakcí provádějí biochemici in vitro experimenty s enzymy a substráty. Cílem těchto experimentů je změřit rozdíl v enzymatické koncentraci reakční rychlosti pro monoisotopický substrát a substrát s jedním vzácným izotopem.[5] V těchto experimentech existují dvě populárně používané techniky: Interní konkurenční studie a přímé srovnávací experimenty. Oba měří izotopové efekty specifické pro danou pozici.

Přímé srovnání

Přímé srovnávací experimenty se primárně používají pro měření vodík /deuterium izotopové účinky při enzymatických reakcích. Monoizotopový substrát a deuterovaná forma substrátu jsou samostatně vystaveny sledovanému enzymu v rozmezí koncentrací. The Michaelis-Menten jsou stanoveny kinetické parametry pro oba substráty a poziční specifický izotopový efekt v místě deuterace je vyjádřen jako poměr monoisotopické rychlostní konstanty ke vzácné izotopové rychlostní konstantě.[7]

Interní soutěž

Pro izotopy prvků jako uhlík a síra, rozdíl v kinetických parametrech je příliš malý a přesnost měření příliš nízká, aby bylo možné měřit izotopový účinek přímým porovnáním rychlostí monoizotopových a vzácných izotopových substrátů. Místo toho jsou dva smíchány dohromady pomocí přirozeného množství stabilní izotopy v molekulách. Enzym je vystaven oběma izotopům současně a jeho preference pro lehký izotop se analyzuje sbíráním produktu reakce a měřením jeho izotopového složení. Například pokud enzym odstraní uhlík z molekuly jeho přeměnou na oxid uhličitý, že produkt oxidu uhličitého lze sbírat a měřit na Hmotnostní spektrometr s poměrem izotopů pro jeho složení izotopu uhlíku. Pokud má oxid uhličitý méně 13C než směs substrátu, enzym přednostně reagoval se substrátem, který má a 12C na místě, které je dekarboxylovaný. Tímto způsobem jsou interní soutěžní experimenty také specifické pro danou pozici. Kdyby jen CO2 se měří, pak se zaznamená pouze izotopový účinek na místo dekarboxylace.[5]

Chemická degradace

Před příchodem technologií, které analyzují celé molekuly na jejich intramolekulární izotopovou strukturu, byly molekuly postupně degradovány a převedeny na CO2 a měřeno na Ihmotnostní spektrometr sotopového poměru, odhalující konkrétní pozici 13Obohacování.

Ninhydrinová reakce

V roce 1961 vyvinuli Abelson a Hoering techniku ​​odstraňování karboxylová kyselina aminokyselin pomocí ninhydrin reakce. Tato reakce převádí karboxylovou kyselinu na molekulu CO2 který se měří hmotnostním spektrometrem izotopového poměru.[1]

Reakce ozonolýzy

Lipidy jsou zvláště zajímavé pro stabilní izotop geochemici protože jsou zachovány ve skalách po miliony let. Monson & Hayes použitý ozonolýza charakterizovat početně specifické polohové izotopy nenasycených mastné kyseliny, který mění různé polohy uhlíku na oxid uhličitý. Pomocí této techniky přímo měřili izotopový vzorec mastných kyselin, který byl předpovídán roky.[8]

Přípravná chemie

Derivatizace

V některých případech bude nutné k molekulám přidat další funkční skupiny, aby se usnadnily další separační a analytické metody. Derivatizace může změnit vlastnosti analytu; například by to učinilo polární a netěkavou sloučeninu nepolární a více těkavou, což by bylo nutné pro analýzu u určitých typů chromatografie. Je však důležité si uvědomit, že derivatizace není ideální pro analýzy specifické pro web, protože přidává další prvky, které je třeba při analýzách zohlednit.

Chromatografie

Chromatografie usnadňuje separaci odlišných molekul ve směsi na základě jejich příslušných chemických vlastností a toho, jak tyto vlastnosti interagují se substrátem potahujícím chromatografickou kolonu. K tomuto oddělení může dojít „on-line“ během samotného měření nebo před měřením, aby se izolovala čistá sloučenina. Plyn a kapalinová chromatografie mají odlišné výhody založené na sledovaných molekulách. Například vodně rozpustné molekuly se snáze oddělují kapalinovou chromatografií, zatímco těkavé nepolární molekuly jako propan nebo etan se oddělují plynovou chromatografií.

Instrumentální analýza

K provádění polohově specifické izotopové analýzy lze použít celou řadu různých nástrojů, z nichž každý má odlišné výhody a nevýhody. Mnoho z nich vyžaduje srovnání sledovaného vzorku se standardem známého izotopového složení; frakcionace v přístroji a kolísání instrumentálních podmínek v čase mohou ovlivnit přesnost jednotlivých měření, pokud nejsou standardizovány.

GC-IRMS a LC-MS

Počáteční měření polohově specifických obohacení izotopů byla měřena pomocí hmotnostní spektrometrie s poměrem izotopů ve kterých byla místa v molekule nejprve degradována na CO2, byl zachycen a čištěn CO2 a poté CO2 byla měřena jeho izotopové složení na hmotnostním spektrometru izotopového poměru (IRMS). Py-GC-MS V těchto experimentech byl také použit k další degradaci molekul a charakterizaci jejich intramolekulárních izotopových distribucí.[1] Jak GC-MS, tak LC-MS jsou schopny charakterizovat izotopové obohacení specifická pro danou pozici izotopově značené molekuly. V těchto molekulách 13C je tak hojné, že je vidět na a hmotnostní spektrometr s nízkou citlivostí. Rozlišení těchto přístrojů může rozlišovat dvě molekuly s rozdílem 1 Dalton v jejich molekulových hmotnostech; tento rozdíl by však mohl vzniknout přidáním mnoha vzácných izotopů (17Ó, 13C, 2H atd.). Z tohoto důvodu hmotnostní spektrometry používají kvadrupóly nebo čas letu detekční techniky nelze použít k měření obohacení specifického pro polohu na přirozené množství.

Spektroskopie

Laserovou spektroskopii lze použít k měření obohacení izotopů plynů v prostředí. Laserová spektroskopie využívá výhod různých vibračních frekvencí izotopologů, které způsobují, že absorbují různé vlnové délky světla. Propustnost světla plynným vzorkem při kontrolované teplotě lze kvantitativně převést na výrok o izotopovém složení. U N2O mohou tato měření určit polohově specifické izotopové obohacení (15N.[9] Tato měření jsou rychlá a mohou dosáhnout relativně dobré přesnosti (1-10 promile ). Používá se k charakterizaci toků plynů v prostředí a jejich účinků tavidla.[10] Tato metoda je omezena na měření a charakterizaci plynů.

Nukleární magnetická rezonance (NMR)

Jaderná magnetická rezonance pozoruje malé rozdíly v molekulárních reakcích na oscilaci magnetické pole. Je schopen charakterizovat atomy aktivními nuklidy, které mají nenulovou nukleární rotaci (např. 13C, 1H, 17Ó 35Cl, 15N, 37Cl), což je zvláště užitečné pro identifikaci určitých izotopů. V typickém protonovém nebo 13C NMR se měří chemické posuny protia (1H) a atomů uhlíku-13 v molekule, protože jsou excitovány magnetickým polem a poté se uvolňují s diagnostickou rezonanční frekvencí. S místně specifickou frakcionací přírodních izotopů (SNIF ) NMR, relaxační rezonance deuteria a atomů 13C[11]. NMR nemá citlivost k detekci izotopologů s několika vzácnými izotopy. Jediné vrcholy, které se objevují ve spektrech SNIF-NMR, jsou vrcholy izotopologů s jediným vzácným izotopem. Jelikož přístroj měří pouze rezonance vzácných izotopů, bude mít každý izotopolog jeden vrchol. Například molekula se šesti chemicky jedinečnými atomy uhlíku bude mít šest vrcholů v 13C SNIF NMR spektru. Místo substituce 13C lze určit chemickým posunem každého z vrcholů. Výsledkem je, že NMR je schopna identifikovat místně specifické izotopové obohacení v molekulách.[11][12]

Hmotnostní spektrometrie Orbitrap

Orbitrap umožňuje vysoce přesné měření pozičně specifických izotopových účinků molekul zavedených jako fragmenty do přístroje. Obrázek převzatý z Eiler et al., 2017.

The Orbitrap je ve vysokém rozlišení Fourierova transformace hmotnostní spektrometr, který byl nedávno upraven tak, aby umožňoval místně specifické analýzy.[2] Molekuly zavedené do Orbitrapu jsou roztříštěný, zrychlil a analyzoval. Protože Orbitrap charakterizuje molekulové hmotnosti měřením oscilací při rádiové frekvence, je schopen dosáhnout velmi vysokých úrovní přesnosti v závislosti na metodě měření (tj. až 0,1 promile pro dlouhou dobu integrace). Je podstatně rychlejší než měření specifických izotopů pro dané místo, které lze provést pomocí NMR, a může měřit molekuly s různými vzácnými izotopy, ale se stejnou nominální hmotností v přirozeném množství (na rozdíl od GC a LCMS). Je také široce zobecnitelný pro molekuly, které mohou být zavedeny prostřednictvím plynu nebo kapalného rozpouštědla.[2] Rozlišení Orbitrapu je takové, že nominální izobary (např. 2H proti 15N proti 13C obohacení) lze navzájem odlišit, a proto není nutné molekuly převádět na homogenní substrát, aby se usnadnila izotopová analýza. Stejně jako ostatní měření izotopů by měla být měření místně specifických obohacení na Orbitrapu srovnávána se standardem známého složení.[2]

Případové studie

Pro ilustraci užitečnosti pozičně specifického obohacení izotopů je níže popsáno několik případových studií, ve kterých vědci použili polohově specifické izotopové analýzy k zodpovězení důležitých otázek o biochemii, znečištění a klimatu.

Fosfoenolpyruvátkarboxyláza

Fosfoenolpyruvátkarboxyláza (PEPC) je enzym, který se kombinuje hydrogenuhličitan a fosfoenolpyruvát (PEP) za vzniku čtyřuhlíkové kyseliny, oxaloacetát. Je to důležitý enzym v Fotosyntéza C4 a anaplerotický cesty.[13] Je také zodpovědný za polohově specifické obohacení oxaloacetátem v důsledku rovnovážného izotopového účinku přeměny lineární molekula CO2 do trigonální planární molekula HCO3-, které oddíly 13C na hydrogenuhličitan.[14] Uvnitř enzymu PEPC je H12CO3- reaguje 1,0022krát rychleji než H13CO3- takže PEPC má 0,22% kinetický izotopový účinek.[15] To nestačí ke kompenzaci obohacení 13C v hydrogenuhličitanu. Oxaloacetát tedy zůstane s 13C-obohacený uhlík v poloze C4. Místo C1 však prožívá malý inverzní sekundární izotopový účinek kvůli svému vazebnému prostředí v přechodový stav, přičemž místo C1 oxaloacetátu bylo obohaceno 13C.[16] Tímto způsobem PEPC současně rozděluje oddíly 12C do místa C4 a 13C do místa C1 oxaloacetátu, příklad mnoha pozičně specifických izotopových účinků.

Aminokyseliny

První dokument o obohacování specifickém pro danou lokalitu používal ninhydrin reakce na štěpení karboxy Vypnul jsem web alfa-aminokyseliny v fotosyntetický organismy[1]. Autoři demonstrovali obohacené karboxylové místo vzhledem k objemovému δ13C molekul, které připisují absorpci těžšího CO2 skrz Calvinův cyklus.[1] Nedávná studie použila podobnou teorii k pochopení obohacení methioninem, o kterém se domnívají, že by bylo účinné při studiích původu a syntézy.[17]

Sacharidy

Intramolekulární izotopy uhlíku z uhlíku z letokruhů, které zaznamenávají období 1961 až 1995. Převzato z Wieloch et al. 2018 [18]

V roce 2012 použil tým vědců NMR spektroskopie k měření všech pozičně specifických nadbytků uhlíkových izotopů glukóza a další cukry. Ukázalo se, že množství izotopů je heterogenní. Používají se různé části molekul cukru biosyntéza na základě metabolické cesty, kterou organismus používá.[12] Proto každá interpretace pozičně specifických izotopů molekul po proudu od glukózy musí brát v úvahu tuto intramolekulární heterogenitu.

Glukóza je monomer z celulózy, polymeru, který činí rostliny a stromy tuhými. Po příchodu polohově specifických analýz glukózy biogeochemici ze Švédska vypadal soustředně letokruhy a Pinus nigra který zaznamenal roční růst v letech 1961 až 1995. Trávili celulóza až k jeho glukózovým jednotkám a pomocí NMR spektroskopie analyzovala své intramolekulární izotopové vzorce. Zjistili korelace s polohově specifickým obohacením izotopů, které nebyly zjevné při analýze izotopů uhlíku na celou molekulu glukózy. Měřením polohově specifických obohacení v molekule glukózy se 6 uhlíky shromáždili šestkrát více informací ze stejného vzorku.[18]

Mastné kyseliny

Biosyntéza mastné kyseliny začíná s acetyl-CoA prekurzory, které se spojí a vytvoří dlouhý rovný řetěz lipidy. Acetyl-CoA se vyrábí v aerobní organismy podle pyruvátdehydrogenáza, což je enzym, u kterého bylo prokázáno, že exprimuje velký, 2,3% izotopový účinek na C2 místo pyruvátu a malou frakcionaci na C3 místě.[19] Ty se stanou lichými a sudými uhlíkovými pozicemi mastných kyselin a teoreticky by vedly k vzoru 13C vyčerpání a obohacení na lichých a sudých pozicích. V roce 1982 Monson a Hayes vyvinutá technologie pro měření pozičního množství uhlíkových izotopů mastných kyselin. Jejich experimenty pokračovaly Escherichia coli odhalilo předpokládaného příbuzného 13Obohacování C na lichých uhlíkových stanovištích.[20] Tento vzor však nebyl nalezen v S. cerevisiaea krmená glukóza. Místo toho byly jeho mastné kyseliny 13C obohaceno na lichých pozicích.[8] To bylo interpretováno buď jako produkt účinků izotopů během degradace mastných kyselin nebo intramolekulární izotopová heterogenita glukózy, která se nakonec odráží v pozičně specifických vzorcích mastných kyselin.[21]

Oxid dusičitý

Obohacování izotopů specificky pro dané místo N2Ó se měří v prostředí, aby se pomohlo oddělit mikrobiální zdroje a propady v prostředí. Různé izotopologové N2O absorbují světlo při různých vlnových délkách. Laserová spektroskopie převádí tyto rozdíly, když skenuje přes vlnové délky, aby změřila hojnost 14N-15N-16O vs. 15N-14N-16O, rozdíl, který je u jiných nástrojů nemožný. Tato měření dosáhla velmi vysoké přesnosti, až na 0,2 promile.[10]

Látky znečišťující životní prostředí

Izotopy specifické pro danou pozici lze použít ke sledování prostředí znečišťující látky prostřednictvím místního a globálního prostředí.[22] To je zvláště užitečné, protože těžké izotopy se často používají k syntéze chemikálií a poté se začlení do přirozeného prostředí biodegradace. Sledování pozičně specifických izotopů v prostředí tak může pomoci sledovat pohyb těchto znečišťujících látek a chemických produktů.

Závěry případové studie

Tyto případové studie představují některé potenciální aplikace pro poziční specifickou izotopovou analýzu, ale určitě ne všechny. Příležitosti měřit vzorky a charakterizovat procesy jsou prakticky neomezené a nový metodický vývoj pomůže tato měření umožnit i nadále.

Reference

  1. ^ A b C d E Abelson, Philip H. Hoering, T. C. Frakcionace izotopů uhlíku při tvorbě aminokyselin fotosyntetickými organismy *. OCLC  678738249.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  2. ^ A b C d Eiler, J. Cesar, J. Chimiak, L. Dallas, B. Grice, Kliti Griep-Raming, J. Juchelka, D. Kitchen, N. Lloyd, M. Makarov, A. Robins, R. Schwieters, J. ( 2017). Analýza molekulárních izotopových struktur s vysokou přesností a přesností hmotnostní spektrometrií Orbitrap. Wiley InterScience. OCLC  1033992479.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  3. ^ Hayes, John M. (2001-12-31), Valley, John W; Cole, David R (eds.), "3. Frakcionace izotopů uhlíku a vodíku v biosyntetických procesech", Stabilní izotopová geochemie, De Gruyter, s. 225–278, doi:10.1515/9781501508745-006, ISBN  978-1-5015-0874-5
  4. ^ A b Hermes, Jeffrey D .; Morrical, Scott W .; O'Leary, Marion H .; Cleland, W. W. (listopad 1984). „Variace struktury přechodového stavu jako funkce nukleotidu v reakcích katalyzovaných dehydrogenázami. 2. Formiát dehydrogenáza“. Biochemie. 23 (23): 5479–5488. doi:10.1021 / bi00318a016. ISSN  0006-2960. PMID  6391544.
  5. ^ A b C Wallace Cleland, W (listopad 2005), „Enzymové mechanismy z izotopových efektů“, Účinky izotopů v chemii a biologii, CRC Press, str. 915–930, doi:10.1201 / 9781420028027.ch37, ISBN  978-0-8247-2449-8
  6. ^ A b Suda, Konomi; Gilbert, Alexis; Yamada, Keita; Yoshida, Naohiro; Ueno, Yuichiro (červen 2017). „Sloučené a polohově specifické izotopové uhlíkové podpisy abiogenních uhlovodíků z pozemního hadovitě hostovaného horkého pramene Hakuba Happo v Japonsku“. Geochimica et Cosmochimica Acta. 206: 201–215. doi:10.1016 / j.gca.2017.03.008. ISSN  0016-7037.
  7. ^ Northrop, Dexter B. (1975-06-17). "Analýza ustáleného stavu kinetických izotopových účinků v enzymatických reakcích". Biochemie. 14 (12): 2644–2651. doi:10.1021 / bi00683a013. ISSN  0006-2960. PMID  1148173.
  8. ^ A b Kd, Monson; Jm, Hayes (1982-05-25). "Biosyntetická kontrola přirozeného množství uhlíku 13 ve specifických pozicích v mastných kyselinách v Saccharomyces Cerevisiae. Izotopová frakcionace v syntéze lipidů jako důkaz peroxizomální regulace". The Journal of Biological Chemistry. 257 (10): 5568–75. PMID  7040368.
  9. ^ Waechter, Helen; Mohn, Joachim; Tuzson, Bela; Emmenegger, Lukas; Sigrist, Markus W. (06.06.2008). „Stanovení izotopomerů N_2O pomocí absorpční spektroskopie založené na kvantové kaskádě laserem“. Optika Express. 16 (12): 9239–44. doi:10,1364 / oe.16.009239. ISSN  1094-4087. PMID  18545636.
  10. ^ A b Mohn, J .; Tuzson, B .; Manninen, A .; Yoshida, N .; Toyoda, S .; Brand, W. A .; Emmenegger, L. (11.7.2012). „Místo selektivního měření atmosférických izotopomerů N2O laserovou spektroskopií v reálném čase“. Techniky měření atmosféry. 5 (7): 1601–1609. doi:10.5194 / amt-5-1601-2012. ISSN  1867-8548.
  11. ^ A b Martin, Gérard J .; Akoka, Serge; Martin, Maryvonne L. (2006), Webb, Graham A. (ed.), „SNIF-NMR - Část 1: Zásady“, Moderní magnetická rezonance, Springer Nizozemsko, str. 1651–1658, doi:10.1007/1-4020-3910-7_185, ISBN  978-1-4020-3910-2
  12. ^ A b Gilbert, A .; Robins, R. J .; Remaud, G. S .; Tcherkez, G. G. B. (2012-10-16). „Intramolekulární vzor 13C v hexózách z autotrofních a heterotrofních rostlinných tkání C3“. Sborník Národní akademie věd. 109 (44): 18204–18209. doi:10.1073 / pnas.1211149109. ISSN  0027-8424. PMC  3497804. PMID  23074255.
  13. ^ Melzer, Eva; O'Leary, Marion H. (01.05.1987). „Anapleurotická fixace CO2 pomocí fosfoenolpyruvátkarboxylázy v rostlinách C3“. Fyziologie rostlin. 84 (1): 58–60. doi:10.1104 / str. 84.1.58. ISSN  0032-0889. PMC  1056527. PMID  16665405.
  14. ^ Mook, W.G .; Bommerson, J.C .; Staverman, W.H. (Květen 1974). "Frakce izotopů uhlíku mezi rozpuštěným hydrogenuhličitanem a plynným oxidem uhličitým". Dopisy o Zemi a planetách. 22 (2): 169–176. doi:10.1016 / 0012-821x (74) 90078-8. ISSN  0012-821X.
  15. ^ O'Leary, Marion H .; Rife, James E .; Slater, Jonathan D. (prosinec 1981). „Studie kinetického a izotopového účinku kukuřičné fosfoenolpyruvátkarboxylázy“. Biochemie. 20 (25): 7308–7314. doi:10.1021 / bi00528a040. ISSN  0006-2960. PMID  7317383.
  16. ^ Gawlita, Ewa; Caldwell, William S .; O'Leary, Marion H .; Paneth, Piotr; Anderson, Vernon E. (únor 1995). "Účinky kinetického izotopu na asociaci substrátu: reakce fosfoenolpyruvátu s fosfoenolpyruvátkarboxylázou a pyruvátkinázou". Biochemie. 34 (8): 2577–2583. doi:10.1021 / bi00008a023. ISSN  0006-2960. PMID  7873538.
  17. ^ Neubauer, Cajetan; Sweredoski, Michael J .; Moradian, Annie; Newman, Dianne K .; Robins, Richard J .; Eiler, John M. (listopad 2018). "Skenování izotopové struktury molekul tandemovou hmotnostní spektrometrií". International Journal of Mass Spectrometry. 434: 276–286. doi:10.1016 / j.ijms.2018.08.001. ISSN  1387-3806.
  18. ^ A b Wieloch, Thomas; Ehlers, Ina; Yu, červen; Frank, David; Grabner, Michael; Gessler, Arthur; Schleucher, Jürgen (2018-03-22). „Intramolekulární analýza 13C letokruhů poskytuje několik signálů ekofyziologie rostlin pokrývající desetiletí“. Vědecké zprávy. 8 (1): 5048. doi:10.1038 / s41598-018-23422-2. ISSN  2045-2322. PMC  5864875. PMID  29567963.
  19. ^ Melzer, Eva. (1987). Účinky izotopů uhlíku na reakci pyruvátdehydrogenázy a jejich význam pro relativní vyčerpání uhlíku 13 v lipidech. Americká společnost pro biochemii a molekulární biologii. OCLC  793267425.
  20. ^ Monson, K. David; Hayes, J.M (únor 1982). „Uhlíková izotopová frakcionace v biosyntéze bakteriálních mastných kyselin. Ozonolýza nenasycených mastných kyselin jako prostředek k určení intramolekulární distribuce izotopů uhlíku“. Geochimica et Cosmochimica Acta. 46 (2): 139–149. doi:10.1016/0016-7037(82)90241-1. ISSN  0016-7037.
  21. ^ Schmidt, Hanns-Ludwig (01.12.2003). "Základy a systematika nestatistických distribucí izotopů v přírodních sloučeninách". Naturwissenschaften. 90 (12): 537–552. doi:10.1007 / s00114-003-0485-5. ISSN  0028-1042. PMID  14676950. S2CID  26485693.
  22. ^ Schmidt, Torsten C .; Zwank, Luc; Elsner, Martin; Berg, Michael; Meckenstock, Rainer U .; Haderlein, Stefan B. (01.01.2004). „Stabilní izotopová analýza organických kontaminantů v přírodním prostředí specifická pro dané sloučeniny: kritický přehled současného stavu techniky, vyhlídek a budoucích výzev“. Analytická a bioanalytická chemie. 378 (2): 283–300. doi:10.1007 / s00216-003-2350-r. ISSN  1618-2650. PMID  14647941. S2CID  36636525.