Coprostanol

El 5β-coprostanol tiene una baja solubilidad en agua y, por consiguiente, un alto coeficiente de reparto octanol-agua (log K _ow = 8,82) . En otras palabras, el 5β-coprostanol tiene una afinidad casi mil millones de veces mayor por el octanol que por el agua . Esto significa que, en la mayoría de los sistemas ambientales, el 5β-coprostanol estará asociado a la fase sólida .

En sedimentos y suelos anaeróbicos , el 5β-coprostanol es estable durante muchos cientos de años, lo que permite utilizarlo como indicador de descargas fecales pasadas. Por ello, los registros de 5β-coprostanol procedentes de archivos paleoambientales se han utilizado para delimitar con mayor precisión la cronología de los asentamientos humanos en una región, así como para reconstruir los cambios relativos en las poblaciones humanas y las actividades agrícolas a lo largo de varios miles de años. ^{[ 1 ]}

Dado que la molécula posee un grupo hidroxilo (-OH), frecuentemente se une a otros lípidos , incluyendo ácidos grasos ; por lo tanto, la mayoría de los métodos analíticos emplean un álcali fuerte (KOH o NaOH) para saponificar los enlaces éster . Los disolventes de extracción típicos incluyen KOH al 6% en metanol . Los esteroles y estanoles libres (esteroles saturados) se separan de los lípidos polares mediante partición en un disolvente menos polar, como el hexano . Antes del análisis, el grupo hidroxilo se deriva frecuentemente con BSTFA (bis-trimetilsilil trifluoroacetamida) para reemplazar el hidrógeno por el grupo trimetilsililo (TMS), menos intercambiable. El análisis instrumental se realiza frecuentemente en un cromatógrafo de gases (GC) con detector de ionización de llama (FID) o espectrómetro de masas (MS). El espectro de masas del éter 5β-coprostanol-TMS se muestra en la figura. Como alternativa, también se pueden emplear técnicas de cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas (LC-MS) que utilizan ionización química a presión atmosférica (APCI) para detectar coprostanol en modo positivo.

Además del estanol derivado de las heces, se pueden identificar otros dos isómeros en el medio ambiente: 5α-colestanol.

El 5β-coprostanol se forma por la conversión de colesterol a coprostanol en el intestino de la mayoría de los animales superiores por acción de las bacterias intestinales . Generalmente se acepta que el metabolismo del colesterol a coprostanol por las bacterias intestinales se produce de forma indirecta a través de intermediarios cetónicos, en lugar de por la reducción directa del doble enlace Δ ^{5,6 . [ 2 ]} Véase la figura propuesta por Grimalt et al., (1990).

Sin embargo, se ha demostrado que un pequeño número de animales no producen 5β-coprostanol, y estos pueden verse en la tabla.

Dado que el 5β-coprostanol se forma a partir del colesterol en el intestino de los vertebrados , la proporción del producto sobre el reactivo puede utilizarse para indicar el grado de materia fecal en las muestras. Las aguas residuales crudas sin tratar suelen tener una proporción de 5β-coprostanol/colesterol de ~10, que disminuye a través de una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) de modo que en las aguas residuales líquidas descargadas la proporción es de ~2. Las aguas residuales de PTAR sin diluir pueden identificarse por esta alta proporción. A medida que la materia fecal se dispersa en el medio ambiente, la proporción disminuirá a medida que se encuentre más colesterol (no fecal) de animales. Grimalt y Albaiges (¿ año? ) han sugerido que las muestras con una proporción de 5β-coprostanol/colesterol mayor de 0,2 pueden considerarse contaminadas por materia fecal.

Otra medida de contaminación fecal humana es la proporción de los dos isómeros 3β-ol de la forma esterol saturada. El 5α-colestanol se forma naturalmente en el medio ambiente por acción de bacterias y, por lo general, no tiene origen fecal. Las muestras con proporciones superiores a 0,7 pueden estar contaminadas con materia fecal humana; las muestras con valores inferiores a 0,3 pueden considerarse no contaminadas. Las muestras con proporciones entre estos dos umbrales no pueden clasificarse fácilmente basándose únicamente en esta proporción.

Los sedimentos que caen en la región roja se clasifican como "contaminados" según ambas proporciones, y los de la región verde se clasifican como "no contaminados" según las mismas medidas. Los de la región azul se consideran "no contaminados" según la proporción 5β-coprostanol/colesterol y "inciertos" según la proporción 5β-coprostanol/(5β-coprostanol + 5α-colestanol). La mayoría de las muestras entre los puntos de corte de 0,3 y 0,7 se consideran "no contaminadas" según la proporción 5β-coprostanol/colesterol, por lo que el valor de 0,3 debe considerarse algo conservador.

Valores límite, etc.

Los herbívoros, como las vacas y las ovejas, consumen materia vegetal terrestre (hierba) que contiene β-sitosterol como esterol principal. El β-sitosterol es el derivado 24-etil del colesterol y puede utilizarse como biomarcador de materia vegetal terrestre (véase la sección). En el intestino de estos animales, las bacterias biohidrogenan el doble enlace en la posición 5 para crear 24-etil coprostanol, por lo que este compuesto puede utilizarse como biomarcador de materia fecal de herbívoros. Los valores típicos en diferentes materiales de origen pueden consultarse en la tabla después de Gilpin (¿ año? ).

Durante el tratamiento de aguas residuales, el 5β-coprostanol puede convertirse en 5β-colestan-3α-ol, o epi-coprostanol. En el medio ambiente, también se produce una conversión lenta de 5β-coprostanol a epi-coprostanol, por lo que esta proporción indica el grado de tratamiento de las aguas residuales o su antigüedad en el medio ambiente. Un gráfico de dispersión de la proporción 5β-coprostanol/colesterol con la proporción epi-coprostanol/5β-coprostanol puede indicar tanto la contaminación fecal como el tratamiento aplicado.

En el medio ambiente, las bacterias producen preferentemente 5α-colestan-3β-ol (5α-colestanol) a partir del colesterol, en lugar del isómero 5β. Esta reacción se produce principalmente en sedimentos anaeróbicos reductores, y la relación 5α-colestanol/colesterol puede utilizarse como biomarcador secundario (de proceso) para dichas condiciones. No se han sugerido valores de corte para este marcador, por lo que se utiliza de forma relativa: cuanto mayor sea la relación, más reductor será el ambiente. Los ambientes reductores suelen estar asociados a zonas con un alto aporte de materia orgánica, incluyendo vertidos de aguas residuales. La relación entre las condiciones reductoras y la fuente potencial puede visualizarse en un diagrama de dispersión con un indicador de aguas residuales. Esta relación sugiere que los vertidos de aguas residuales son, en parte, responsables de las condiciones anaeróbicas reductoras en los sedimentos.