En este trabajo se describen las alteraciones de los contenidos

en aminoácidos de fósiles del Cuaternario, que resulta ser

dependiente del tiempo. También se citan algunos casos en los que

se ha podido determinar diferencias en la velocidad de la reaccón

de racemización de los aminoácidos que es como sigue:

gasteropodos> operculos> pelecipodos> ostracodos

Torres Pérez-Hidalgo, Trinidad José

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

CONSIDERACIONES SOBRE LA DIAGÉNESIS y VELOCIDAD DE RACEMIZACIÓN
DE AMINOÁCIDOS DE FÓSILES DEL CUATERNARIO
T. de Torres, P. Garcia-Alonso, J. Llamas Borrajo, L.Canoira
López.
Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas, Rios Rosas 21,
28003 Madrid.
RESUMEN
En este trabajo se describen las alteraciones de los contenidos
en aminoácidos de fósiles del Cuaternario, que resulta ser
dependiente del tiempo. También se citan algunos casos en los que
se ha podido determinar diferencias en la velocidad de la reaccón
de racemización de los aminoácidos que es como sigue:
gasteropodos> operculos> pelecipodos> ostracodos.
ABSTRACT
This paper deals on a description of Quaternary fossils amino,
acid contain variations, a diagenetic time depending process, and
a general analysis of spontaneous amino acid racemization
reaction velocity which could be described as follows: gastropoda
> opercula > pelecipoda > ostracoda.
Introducción.
En los seres vivos, con algunas excepciones, sólo existen
L-aminoácidos, cuando sobreviene su muerte, comienza una reacción
química denominada racemización, según la cual los L-aminoácidos
se transforman en O-aminoácidos. Oicha reacción sigue una
cinética reversible de primer orden, hasta que se alcanza el
estado racémico en el que la relación O/L es 1. La isoleucina
posee dos átomos de carbono con enlaces asimétricos; en este caso
la reacción de transformación se denomina epimerización,
produciéndose la evolución de L-isoleucina a D-aloisoleucina.
La cinética de este proceso viene dada por la ecuación:
Ln ((l+D/L)/(1-0/L))-C =(l+K') KLt l/2
(O/L): relación entre los enantiómeros del aminoácido en
cuestión
C: factor que representa la racemización que introduce el
método experimental
• t: el tiempo
• KL : es la constante de equilibrio de la reacción de
racemización
K' = Kn/KL
297
A partir de los valores D/L, conocidos mediante análisis,
se puede emplear este proceso para calcular edades numéricas.
La relación D/L se obtiene a partir de análisis de la
muestra mediante cromatografía de gases (GC), cromatografía
líquida de alta presión (HPLC), espectrometría de masas
(MS) y algunos autores emplean analizadores de aminoácidos,
especialmente para la isoleucina.
Las constantes de la reacción KL y K D se han llegado a
conocer mediante estudios de cinética de racemización en
laboratorio, Wehmiller y Belknap (1982), Rutter y Vlahos
(1988) y, Goodfriend y Meyer (1991).
Por lo tanto parece sencillo realizar el cálculo de edad
numérica. Desgraciadamente la solución del cálculo de edades no
parece estar tan al alcance de la mano como aparenta, ya que
existen un buen número de factores geoquímicos que afectan a la
velocidad de racemización de los aminoácidos y, por lo tanto, al
cálculo de edades. Un factor fundamental es la historia térmica
del punto del que se han recogido las muestras. Si se trata de
un medio susceptible de haber permanecido en una relativa
isotermia p.e. fondos marinos o lacustres que nunca emergieron,
cuevas profundas, no presenta grandes dificultades. Si se pueden
presentar problemas cuando se analiza material procedente de
terrazas marinas o fluviales, generalmente emergidas desde su
deposición y, por lo tanto, sometidas a las oscilaciones térmicas
del Cuaternario. Ello obliga a la obtención de "modelos locales
de cinética", que precisan de un calibrado previo mediante el
análisis de muestras datadas por métodos radiométricos.
Otro aspecto importante radica en la posible diagénesis que
sufren los aminoácidos durante el tiempo geológico, así como las
diferentes velocidades de racemización de los aminoácidos de
diferentes grupos o géneros zoológicos. Una puesta al día de
estos procesos va a constituir el objetivo central de esta
comunicación.
En el laboratorio de datación por análisis de racemización
de aminoácidos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de
Minas de Madrid, se emplea un método de preparación de muestras
basado en el descrito por Goodfriend (1991), con ligeras
modificaciones, Meyer (com. pers.).
Las muestras
Los materiales objeto de análisis provienen de las
localidades siguientes:
Sedimentos marinos de Cuesta Colorada (EL Ejido, Almería).
Se trata de depósitos marinos, playas, que se han atribuido
al tránsito Plioceno/Pleistoceno, aunque podrían ser más
298
recientes, Torres et al. (1997). Los restos analizados
corresponden a pelecípodos (Pecten sp. Chlamys sp. Amussium
sp. Lopha sp. Ostreido indet) y braquiópodos (Terebratula
sp.) .
Depósitos lacustres de Venta Micena (Orce, Granada) con
abundantes restos de gasterópodos continentales (Bithynia
sp., Lymnaea sp., Planorbis sp. fragmentos indeterminados
y opérculos de cf. Bithynia sp.). Estos materiales han sido
datados mediante análisis de racemización de aminoácidos,
cf. Torres et al. (1997) en circa 1 ma).
Pelecípodos (Cardium sp.) y gasterópodos (murícidos)
playa fósil de Oyambre en Cantabria, Garzón et al.
cuyo desarrollo tuvo lugar a finales del gran
interglaciar ( 90 ka aprox.).
de una
(1996),
último
Pelecípodos de la playa actual de Punta Umbría, Huelva (
Anomia sp. Chlamys sp. ) ; pelecípodos (Pecten sp. ,
Glycymeris sp., Cardium sp. y Panopaea sp.) de una barra
litoral de la desembocadura del río Guadiana de edad
holocena (entre 2235 y 2175 BP según datación por 14C, Zazo
et al. (1993)); pelecípodos y gasterópodos de un sondeo
"off shore" cuya edad estaría cerca del límite Pleistoceno-
Holoceno (ca. 10 ka, Somoza como pers.).
Los materiales se recogieron con medios estériles y se
guardaron en bolsas de plástico de un sólo uso. En laboratorio
se limpiaron de adherencias por medios mecánicos: punzón, fresa
de sinter de diamante etc. Finalmente se limpiaron con HCl 2N,
y con peróxido de hidrógeno (H20 2 ).
Posteriormente las muestras sufrieron
con el fin de liberar los aminoácidos:
carbonatada recogiendo las proteínas,
hidrolizaron para obtener los aminoácidos
fueron transformados en compuestos
derivatización, y se analizaron.
un tratamiento químico
se eliminó la matriz
dichas proteínas se
que las componen, que
volátiles mediante
El primer paso de la preparación química consistió en la
eliminación de la matriz carbonatada e hidrólisis de los
aminoácidos contenidos en ella, mediante un ataque con HCl 12N
(2.9 ~l/mg). Tras homogeneizar con 100 ~l de HCl 6N, se calentó
a (100 OC) durante 20 h en tubos de ensayo rellenos de nitrógeno
con tapones roscables forrados de Teflón. A continuación, se
transfirió la muestra a viales Eppendorf de 1.5 ml y mediante la
adición de HF concentrado (1.25 ~l) se desalinizó. La disolución
se centrifugó, separándose el sobrenadante, que contiene los
aminoácidos, desechando el precipitado. El reactivo en exceso
(HCl y HF) se eliminó congelando la muestra en nitrógeno líquido
y evaporando en vacío (6 h). Posteriormente se añadieron 80 ~l
de agua ultrapura para transferir la muestra a viales de vidrio,
tras lo cual se evaporó el agua.
299
Para realizar la primera derivatización se adicionaron 250
,111 de disolución 3M de cloruro de tionilo SOCl2f (CECAL) grado
analítico, en alcohol isopropílico (grado HPLC). Los viales se
cerraron bajo atmósfera de N2 y se llevaron a calentamiento (100
OC) durante 1 h, tras el cual se evaporó el reactivo sobrante (30
min) en vacío. En la segunda derivatización se añadieron 200 ,111
de anhídrido trifluoroacético (grado analítico) disuelto en
cloruro de metileno (1:3) de grado espectroscópico. Se cerraron
los viales bajo atmósfera de N2 y se calentaron a 100 oc durante
5 min, y por último, se evaporó el reactivo sobrante a sequedad
bajo vacío o bajo corriente de Ar, ya que los aminoácidos, en
este momento, se encuentran en forma de compuestos volátiles. La
muestra se preparó para su análisis cromatográfico disolviéndola
en 50,111 (FID) o 100 ,111 (NPD) de n-hexano (grado HPLC). Para su
análisis se inyectó en un cromatógrafo de gases HP5890, usando
He como gas portador, columna Chirasil L-Val de 25 m y detector
FID o NPD.
Fenómenos relacionados con la diagénesis.
Tras la muerte del animal comienza el proceso de
racemizaclon, y simultáneamente comenzará la descomposición de
las partes blandas; posteriormente se producirá una hidrólisis
espontánea de las proteínas y la liberación de aminoácidos.
Posiblemente servirán como base alimentaria de organismos
inferiores. En la Fig.-1 se han representado las áreas de los
picos del ácido aspártico (D+L) de las muestras procedentes del
Golfo de Cádiz. Estas áreas, se trata de una escala arbitraria,
representan de manera semicuantitativa la cantidad de ácido
aspártico presente en las muestras, que desciende rápidamente en
el lapso de unos dos mil años que separan las muestras de la
playa actual de las de la "Barra Holocena". La cantidad de ácido
aspártico disminuye muy notablemente en los materiales del sondeo
"off shore", pese a que estaban en un ambiente reductor y
protegidos del aire. el descenso es especialmente marcado en los
gasterópodos que tienen conchas aragoníticas.
24
22
20
~ '8
g: '8
'"W t4::>
:f 12 0:
~ 10
"z
ASPARTICO
Fig.-1. Histograma
del área de los
picos del ácido
aspártico en las
muestras del Golfo
de Cádiz.
~ ECHINOOERMATA ~ GASTROPODA
ESCAFOPODA
D PElECIPOOA
300
Una cuestión que se plantea inmediatamente es la influencia
de la diagénesis en la preservación de las relaciones O/L. De
acuerdo con la experiencia de nuestro laboratorio, en una serie
de experimentos en los que se analizó el comportamiento de
muestras artificiales preparadas a partir de patrones,
eluyéndolas y filtrándolas repetidas veces por columnas de sílice
o Dowex, las relaciones se mantienen. En la naturaleza, por lo
tanto, cabe pensar que el proceso se mantiene. Por otra parte,
dado que la racemización sigue una cinética parabólica, Fig.-2,
es fácil suponer dada la gran pendiente de la parte inicial de
la curva, que rápidamente aparecen cantidades importantes de 0-
aminoácidos, que garantizan la preservación de las relaciones D/L
a lo largo de la historia de racemización de los fósiles.
1,0.,-----------------,
0,6
~
~
~
~
~
~
~
-----
/ ~0,6;¿
U /::>.....
..J
..J
"'-o
0,4
0,2
1.00,80,60,40,2
0,0 +-----.----,---,-----,------j
0,0
CMAl= 8
CMAl= 11 o
CMAl= 14
PRIEGO
Fig.-2. Curvas cinéticas de la leucina para diferentes CMAT.
La racemización de acuerdo con el phyllum y género zoológico de
la muestra.
Cuando se comenzaron los análisis sistemáticos de muestras
de diversos grupos, el primer problema que encontramos fue que
se manifestaba una falta de coherencia de resultados, ya que las
muestras de gasterópodos aparecían mucho más racemizadas que las
301
de pelecípodos. Ello originaba que las edades numéricas que
proporcionaban los pelecípodos eran netamente inferiores, mas
bajas, que las que se derivaban del análisis de gasterópodos.
Los histogramas de los grados de racemización de varios
aminoácidos: leucina, ácido aspártico, fenilalanina y ácido
glutámico de muestras procedentes de un sondeo "off shore" del
Golfo de Cádiz, Fig.-3, con una edad cercana a 10 ka, pone de
manifiesto que los aminoácidos de las conchas de gasterópodos,
racemizan netamente más rápido que los de pelecípodos.
Curiosamente este fenómeno, que afecta a todos los aminoácidos,
lo hace de forma mas marcada en el ácido aspártico (un aminoácido
que racemiza muy rápidamente a inicios del proceso, y en la
fenilalanina, un aminoácido "lento" que racemiza de manera mas
pausada que el ácido aspártico. Estas muestras corresponden,
fundamentalmente, a ejemplares muy juveniles de pelecípodos
(Glycymeris sp. Tellina sp., Cardium sp.) y gasterópodos
(Turritela sp.).
e
e
10
D e
8
~ 7
.., 8
i 5
~ .
Q J
z
2
!5 tO 1~ 20 25 30 J5 40 ..., 50 ~, &O e5
O/L LEUCINA (lI:)
~ GASTROPOOA D PELEC/POOA
10,------------,
8
8~ 7
...~ 8
i 5
l!:: •
Q J
Z
2
O+-.---.--.--+++-':"':';""4-+'
o s 10 " 20 25 JO 35 40 45 so 55 50 e5
O/L ASPARTICO (lI:)
~ GASTROPODA E22l PELECIPOOA
10,------------,
8
8
~ 7
ti 6
i 5
.., .
o
Z J
2
1
O +-r-I--r-.-'r+""F+--r-HI-r-J
o 5 10 " 20 25 30 J' 40 45 so " 80 e5
O/L FENllALANlNA (lI:)
~ GASTROPOOA !2J PELECIPOOA
10,------------,
8 e
8g7
~ 6
~ 5
~ .
Q J
z 2
1
O +-+---:-M-...r'::'+-+....-..,.-r-r-,r-T-J
o ~ 10 15 20 25 30 35 40 .5 ~ '" ro e5
O/L GLUTAMICO (lI:)
ffiil GASTROPOOA D PELECIPODA
Fig.-3. Histogramas de la leucina,ac. aspártico, fenilalanina y
ac. glutámico de las muestras de un sondeo "off shore" en el
Golfo de Cádiz.
302
Un estudio sistemático de la racemizaclon de los aminoácidos en
braquiópodos y pelecípodos de unos niveles antiguos, atribuidos
al Plioceno terminal de Cuesta Colorada (Almería), cf. Torres et
al. (1997), revela, Fig.-4, que existe bastante homogeneidad en
el grado de racemización de los pectínidos (Chlamys sp., Pecten
sp., Amussium sp.) muy comunes en el registro paleontológico,
mientras que en los ostreidos (Lopha sp.) y braquiópodos
(Terebratula ampulla).
NIVELB
:¡o -r------------, r:.=-o-~---'-----'
ISJ_
IIJ A......."
I:l 0DTys
0-..,
022 llJ2 CAZ llS2 llB2 D.72 llB2 D.lI2 102
DA.ASP
NIVELB
:¡o .~
lSl Pectll\
lID AITUIiun
15 El 0DTys
i OT_
110
LL.
022 llJ2 D.42 D.S2 llB2 D.72 llB2 D.92 102
Qt.GW
Fig.-4. Histogramas de relaciones de racemización en braquiópodos
y pelecípodos de Cuesta Colorada (Almería)
Actualmente se está trabajando intensamente en la datación
de los materiales pleistocenos de la cuenca de Guadix-Baza,
sector de Baza y se han realizado abundantes análisis de muestras
que han permitido datar algunos yacimientos paleontológicos
clásicos, cf. Torres et al. (1997). En ellos se pone de
manifiesto que existe una gradación creciente del grado de
racemización de los aminoácidos según se trata de una muestra
tomada sobre pelecípodos, gasterópodos u opérculos de
gasterópodo. Posteriormente se han analizado muestras procedentes
de caparazones de ostrácodos (crustáceos) con la sorpresa de
encontrar que presentan notables ventajas ya que no solamente
tienen mayores concentraciones de aminoácidos (se usan 10 mg en
303
ha datado en ca. 1 ma, cL Torres et al. (1997). Sólo se han
analizado tres muestras de ostrácodos.
Leucina A. Aspártico Fenilalanina A.Glutámico
Opercula 0.89+-03 0.89+-0.02 0.89+-0.1 0.84+-0.3
Gastropoda 0.88+-0.04 0.80+-0.02 0.71+-0.04 0.61+-0.03
Ostracoda 0.84-0.85 0.63-0.66 0.79-0.81 0.58-0.60
Conclusiones
Se confirma la necesidad de contar con un amplio banco de
datos de análisis, que permita comparar los valores de
racemización obtenidos para muestras de los mismos géneros
zoológicos. Cuando hay discrepancias con los modelos de
velocidades de racemización definidos, habría que pensar que se
ha producido una mezcla de restos fósiles, como podría ocurrir
en la playa fósil del último interglaciar de Oyambre
(Cantabria), cf. Garzón et al. (1996).
BIBLIOGRAFíA
Garzón, G. Alonso, A. Torres, T. Llamas, J. (1996): Edad de las
playas colgadas y de las turberas de Oyambre y Merón (Cantabria).
Geogaceta 20 (2) :498-501.
Goodfriend G.A. (1987): Chronostratigraphic studies of Sediments
in the Negev Desert. Using Amino Acid Epimerization Analysis of
Land Snail Shells. Quat. Res. 28, 374-392.
Goodfriend G.A. and Meyer V. (1991): A comparative study of the
kinetics of amino acid racemization/epimerization in fossil and
modern mollusk shells. Geochim. Cosmochim. Acta 55, 293-302.
Hare P.E. (1969): Geochemistry of proteins. peptids an amino
~. In Organic geochemistry; Methods and results (Edited by
Eglington G. and Murphy M.T.J.)pp 438-463. New York Springer
Verlag.
Torres, T. Canoira, L. Coello, F.J. García-Alonso, P. García-
Cortés, A. Llamas, J. Mansilla, H. Nestares, Peláez, A. Somoza,
L. (1995c): Caracterización geoQuímica (orgánica) de los moluscos
holocenos del Golfo de Cádiz (Andalucía, España) . Geogaceta 19:
150-153.
Torres, T. García-Alonso, P. Canoira, L. Llamas, J. Coello, F.
J. García-González, L. Nestares, T. Peláez, A. Rodríguez-Alto,
N. (1997) .RacemizaciÓn de los aminoácidos de braQuiÓpodos y
pelecípodos de la secciÓn de Cuesta Colorada (Almería, SE de
España) . Geogaceta 20 (en prensa)
Torres, T. Llamas, J. Canoira, L. García-Alonso, P. García-
Cortés, A. Mansilla, H. (1997): Amino Acid Chronology of the
Lower Pleistocene Deposits of Venta Micena (Orce, Granada,
Andalousie, Spain). Org. Geochem. 26: 85-97.
Wehmiller J.F. and Belknap D.F. (1978): Alternative kinetic
models for the interpretation of amino acid enantiomeric ratios
in Pleistocene molluscs: Examples for California, Washington and
Florida. Quat. Res. 9:330-348.
304


Consideraciones sobre la diagénesis y velocidad de racemización de aminoácidos de fósiles del Cuaternario.

En este trabajo se describen las alteraciones de los contenidos en aminoácidos de fósiles del Cuaternario, que resulta ser dependiente del tiempo. También se citan algunos casos en los que se ha podido determinar diferencias en la velocidad de la reaccón de racemización de los aminoácidos que es como sigue: gasteropodos> operculos> pelecipodos> ostracodos

Archivo Digital UPM

http://oa.upm.es/3976/2/TORRES_PON_1997_01.pdf

Consideraciones sobre la diagénesis y velocidad de racemización de aminoácidos de fósiles del Cuaternario.

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

Archivo Digital UPM