コプロスタノール
 |
 | |
 | |
| 名前 | |
|---|---|
| IUPAC名 5β-コレスタン-3β-オール | |
| その他の名前 5β-コプロスタノール | |
| 識別子 | |
| |
3Dモデル（JSmol） | |
| チェビ | |
| チェムブル | |
| ケムスパイダー |
|
| ECHA 情報カード | 100.006.036 |
| EC番号 |
|
PubChem CID | |
| ユニイ |
|
CompToxダッシュボード（EPA） | |
| |
| |
| プロパティ | |
| C 27 H 48 O | |
| モル質量 | 388.680 g·mol −1 |
| 融点 | 102℃（216℉; 375K） |
| 難溶性 | |
| 危険 | |
| 引火点 | 不燃性 |
| 関連化合物 | |
関連するスタノール | 24-エチルコプロスタノール5α-コレスタノールエピコプロスタノール |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。 | |
5β-コプロスタノール（5β-コレスタン-3β-オール）は、ほとんどの高等動物および鳥類の腸管におけるコレステロール（コレスタン-5エン-3β-オール）の還元代謝によって生成される炭素数27のスタノールです。この化合物は、環境中におけるヒトの糞便の存在を示すバイオマーカーとして頻繁に用いられてきました。5β-コプロスタノールは、細菌由来であると考えられています。
化学的性質
溶解度
5β-コプロスタノールは水溶性が低く、その結果、オクタノール-水分配係数（log K ow = 8.82）が高くなります。言い換えれば、5β-コプロスタノールは水よりもオクタノールに対して約10億倍も高い親和性を持っています。これは、ほとんどの環境系において、5β-コプロスタノールが固相に会合することを意味します。
劣化
嫌気性堆積物や土壌中では、5β-コプロスタノールは数百年にわたって安定しており、過去の糞便排出の指標として用いることができます。そのため、古環境記録に記録された5β-コプロスタノールの記録は、ある地域における人類の定住時期をさらに特定するだけでなく、数千年にわたる人類の人口と農業活動の相対的な変化を再構築するために用いられてきました。[ 1 ]
化学分析
分子にはヒドロキシル(-OH) 基があるため、脂肪酸などの他の脂質と結合することが多く、そのためほとんどの分析方法では強アルカリ(KOH または NaOH)を使用してエステル結合を鹸化します。一般的な抽出溶媒には、メタノール中の 6% KOH が含まれます。遊離ステロールおよびスタノール(飽和ステロール) は、ヘキサンなどの極性の低い溶媒に分配することで極性脂質から分離されます。分析の前に、ヒドロキシル基はBSTFA (ビストリメチルシリルトリフルオロアセトアミド) で誘導体化されることが多く、水素が交換しにくいトリメチルシリル (TMS) 基に置き換えられます。機器分析は、多くの場合、炎イオン化検出器(FID) または質量分析計(MS)のいずれかを備えたガスクロマトグラフ(GC)で行われます。5β-コプロスタノール - TMS エーテルの質量スペクトルを図に示します。あるいは、大気圧化学イオン化 (APCI) を採用した液体クロマトグラフィー質量分析 (LC-MS) 技術を使用して、ポジティブモードでコプロスタノールを検出することもできます。
異性体
糞便由来のスタノールに加えて、環境中には5α-コレスタノールという2つの異性体も確認されている。
形成と発生
糞便源
5β-コプロスタノールは、ほとんどの高等動物の腸内細菌によってコレステロールがコプロスタノールに変換されることによって生成されます。腸内細菌によるコレステロールからコプロスタノールへの代謝は、 Δ5,6二重結合の直接還元ではなく、ケトン中間体を経て間接的に進行することが一般的に認められています。[ 2 ] Grimaltら（1990）の図に示されています。
| コプロスタノールを生産する動物 | コプロスタノールを生成しない動物 |
|---|---|
| 人間 | 犬 |
| 牛 | ? |
| 羊 | ? |
| 鳥 | ? |
ただし、5β-コプロスタノールを生成しないことがわかっている動物も少数存在し、それらは表に示されています。
下水のトレーサーとして使用
環境中における5β-コプロスタノールの主な供給源は、人間の排泄物です。未処理の下水中の5β-コプロスタノールの濃度は、乾燥固形物の約2～6%です。この比較的高い濃度と安定性により、サンプル、特に堆積物中の糞便物質の評価に使用することができます。
5β-コプロスタノール/コレステロール比
5β-コプロスタノールは脊椎動物の腸管内でコレステロールから生成されるため、生成物と反応物との比率からサンプル中の糞便の含有量を知ることができます。未処理の下水中の5β-コプロスタノール/コレステロール比率は通常約10ですが、下水処理場（STP）を通過すると低下し、排出される廃水中の比率は約2になります。希釈されていないSTP廃水は、この高い比率から判別できます。糞便が環境中に拡散するにつれ、動物由来の（糞便以外の）コレステロールが多く含まれるようになり、この比率は低下します。Grimalt & Albaiges（年？）は、5β-コプロスタノール/コレステロール比率が0.2を超えるサンプルは糞便に汚染されているとみなせると提唱しています。
5β-コプロスタノール / (5β-コプロスタノール + 5α-コレスタノール) 比
ヒト糞便汚染のもう一つの指標は、飽和ステロールの2つの3β-オール異性体の割合です。5α-コレスタノールは環境中で細菌によって自然に生成され、通常は糞便由来ではありません。この比率が0.7を超えるサンプルはヒト糞便に汚染されている可能性があり、0.3未満のサンプルは汚染されていないとみなされます。この2つの基準値の間の比率を持つサンプルは、この比率のみに基づいて容易に分類することはできません。 
赤色の領域に沈む堆積物は、2つの比率の両方で「汚染」と分類され、緑色の領域に沈む堆積物は、同じ基準で「汚染なし」と分類されます。青色の領域に沈む堆積物は、5β-コプロスタノール/コレステロール比では「汚染なし」、5β-コプロスタノール/（5β-コプロスタノール+5α-コレスタノール）比では「不明」と分類されます。カットオフ値0.3と0.7の間のサンプルの大部分は、5β-コプロスタノール/コレステロール比で「汚染なし」とみなされるため、0.3という値はやや保守的な値とみなす必要があります。
5β-コプロスタノール/総ステロール比
カットオフ値等
5β-コプロスタノール/24-エチルコプロスタノール
牛や羊などの草食動物は、β-シトステロールを主要ステロールとして含む陸生植物（牧草）を摂取します。β-シトステロールはコレステロールの24-エチル誘導体であり、陸生植物のバイオマーカーとして利用できます（セクション参照）。これらの動物の腸内では、細菌が5位の二重結合をバイオ水素化して24-エチルコプロスタノールを生成するため、この化合物は草食動物の糞便のバイオマーカーとして利用できます。様々な原材料における典型的な値は、Gilpin（年？）の後の表に記載されています。
| ソース | 5β-コップ/24-エチルコップ |
|---|---|
| 浄化槽 | 2.9～3.7 |
| コミュニティ排水 | 2.6～4.1 |
| 屠殺場 – 羊、牛 | 0.5～0.9 |
| 酪農小屋の洗浄 | 0.2 |
エピコプロスタノール/5β-コプロスタノール
下水処理中に、5β-コプロスタノールは5β-コレスタン-3α-オール、すなわちエピコプロスタノールに変換されることがあります。環境中においても、5β-コプロスタノールはゆっくりとエピコプロスタノールに変換されるため、この比率は下水の処理度合い、あるいは環境中での経年変化を示す指標となります。5β-コプロスタノール/コレステロール比とエピコプロスタノール/5β-コプロスタノール比のクロスプロットは、糞便汚染と処理状況の両方を示すことができます。 
関連マーカー
5α-コレスタノール / コレステロール
環境中では、細菌はコレステロールから5β異性体よりも5α-コレスタン-3β-オール（5α-コレスタノール）を優先的に生成する。この反応は主に嫌気性還元性堆積物で起こり、5α-コレスタノール/コレステロール比はそのような状態の二次（プロセス）バイオマーカーとして使用できる。このマーカーにはカットオフ値が提案されていないため、相対的な意味で使用され、比率が大きいほど環境の還元性が高い。還元性環境は、有機物流入量が多い地域と関連することが多く、これには下水由来の排出が含まれる場合がある。還元状態と潜在的発生源の関係は、下水指標とのクロスプロットで見ることができる。 この関係から、下水排出が堆積物の嫌気性還元状態の原因の一部であることが示唆されるかもしれない。 
考古学研究での使用
コプロスタノールとその誘導体であるエピコプロスタノールは、土壌中での長寿命と人間の腸内での生産との強い関連性から、考古学や古環境研究において過去の人間の活動の指標として使用されています。 [ 3 ] [ 4 ]研究者はコプロスタノールの存在を利用して、汚水溜めなどの考古学的特徴や、肥料散布などの景観活動を特定しています。[ 5 ] [ 6 ]コプロスタノールの濃度の経時的変化を利用して、特定の堆積環境内での人間の人口再構成を作成できます。[ 1 ] [ 7 ]
参照
参考文献
- ^ a b D'Anjou RM, Bradley RS, Balascio NL, Finkelstein DB (2012年12月). 「堆積物の生物地球化学を通して明らかになったノルウェー北部の人間居住と農業活動への気候変動の影響」 .米国科学アカデミー紀要. 109 (50): 20332– 20337. Bibcode : 2012PNAS..10920332D . doi : 10.1073/ pnas.1212730109 . PMC 3528558. PMID 23185025 .
- ^ Kenny DJ, Plichta DR, Shungin D, Koppel N, Hall AB, Fu B, et al. (2020年8月). 「培養されていないヒト腸内細菌によるコレステロール代謝が宿主コレステロール値に影響を与える」 . Cell Host & Microbe . 28 (2): 245–257.e6. doi : 10.1016/j.chom.2020.05.013 . PMC 7435688. PMID 32544460 .
- ^ Bull ID, Simpson IA, van Bergen PF, Evershed RP (1999). 「Muck 'n' moleculars: organic geochemical methods for detectors ancient mateuring」 . Antiquity . 73 (279): 86– 96. doi : 10.1017/S0003598X0008786X . ISSN 0003-598X . S2CID 56237722 .
- ^ Sistiaga A, Berna F, Laursen R, Goldberg P (2014-01-01). 「オレゴン州ペイズリー洞窟出土の14 , 000年前のヒト糞石のステロイドバイオマーカー分析」 . Journal of Archaeological Science . 41 : 813–817 . Bibcode : 2014JArSc..41..813S . doi : 10.1016/j.jas.2013.10.016 . ISSN 0305-4403 .
- ^ Bethell PH, Goad LJ, Evershed RP, Ottaway J (1994年9月). 「人間活動の分子マーカー研究：土壌中のコプロスタノールをヒト糞便物質の指標として利用する」 . Journal of Archaeological Science . 21 (5): 619– 632. Bibcode : 1994JArSc..21..619B . doi : 10.1006/jasc.1994.1061 . ISSN 0305-4403 .
- ^ Bull ID, Evershed RP, Betancourt PP (2001). 「クレタ島プセイラ島のミノア遺跡における施肥慣行に関する有機地球化学的調査」 . Geoarchaeology . 16 (2): 223– 242. Bibcode : 2001Gearc..16..223B . doi : 10.1002/1520-6548(200102)16:2<223::AID-GEA1002>3.0.CO;2-7 . ISSN 1520-6548 .
- ^ White AJ, Stevens LR, Lorenzi V, Munoz SE, Lipo CP, Schroeder S (2018-05-01). 「イリノイ州カホキアにおける人口変動の指標としての糞便スタノールの評価」 . Journal of Archaeological Science . 93 : 129–134 . Bibcode : 2018JArSc..93..129W . doi : 10.1016/j.jas.2018.03.009 . ISSN 0305-4403 .
さらに読む
- Mudge SM, Ball AS (2006). Morrison R, Murphy B (編).下水処理『環境法医学：汚染物質に特化したアプローチ』Elsevier. p. 533.
- Bethell P (1994). 「人間活動の分子マーカー研究：土壌中のコプロスタノールをヒト排泄物指標として利用する」. Journal of Archaeological Science . 21 (5): 619– 632. Bibcode : 1994JArSc..21..619B . doi : 10.1006/jasc.1994.1061 .
- Bull ID, Lockheart MJ, Elhmmali MM, Roberts DJ, Evershed RP (2002年3月). 「バイオマーカー検出による糞便の起源」. Environment International . 27 (8): 647– 654. Bibcode : 2002EnInt..27..647B . doi : 10.1016/S0160-4120(01)00124-6 . PMID 11934114 .
