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7/24/2019 Bio Marker Rs

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ING. MANUEL ELESCANO BIOMARKERS

1 TABLADECONTENIDO

1 RESUMEN.............................................................................................................2

2 INTRODUCCIN....................................................................................................33 QUE ES UN BIOMARKERS O BIOMARCADORES.....................................................4

4 EXTRACCION.........................................................................................................6

5 BIOMARCADORES MAS IMPORTANTES..................................................................9

6 ISOPRENOIDES...................................................................................................12

7 SESQUITERPENOIDES BICICLICOS......................................................................14

8 DITERPENOIDES.................................................................................................15

9 TERPANOS TETRACICLICOS................................................................................16

1 ESTERANOS.....................................................................................................17

11 !IDROCARBUROS AROMATICOS......................................................................17

12 POR"IRINAS.....................................................................................................18

13 TRITERPANOS..................................................................................................18

14 PALEONTOLOGIA MOLECULAR.........................................................................2

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2 RESUMEN

Todo este informe tratara acerca de los biomarkers o biomarcadores, que es un

biomarcador, los terminnos marcadores biologicos o biomarcadores permiten

pensar en otro termino apropiado para el fenomeno de su conservacion : fosiles

quimicos. Este termino enmarca los compuestos organicos encontrados en rocas

antiguas, que pudieron derivar de material organico depositado en sedimentos. Son

fosiles, por haberse preservado en estos sedimentos, tal como los fosiles clasicos

conocidos.

La etraccion de los marcadores biologicos esta practicamente determinada por el tipo

de muestra, que hace diferir el esquema de etraccion. !or lo general, consiste en el

empleo de solventes organicos que arrastran los componentes por una columna

cromatografica , para obtener compuestos puros, los cuales se someten a analisis

espectrometrico de masas, infra"ro#o $ resonancia nuclear magnetica de carbono o de

hidrogeno.

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1 INTRODUCCIN

Es un ser vivo que nos indica las condiciones en el medio que viven. %uchos

compuestos organicos #uegan un papel importante en investigacion sobre eploracion $produccion de petroleo. & estos compuestos organicos se les denomina %arcadores

biologicos, biomarcadores o fosiles quimicos.'os areas principales en las cuales los

biomarcadores tienen gran impacto son la eploracion $ la caracteri(acion quimica de

nuevas fuentes de petroleo.

Es trascendental, en las investigaciones sobre biomarcadores, precisar el origen

quimico o sustancias precursora, su estructura quimica actual $ la relacion

precursor)producto. Es de especial importancia esta relacion, porque permite inferir

hipotesis sobre la formacion de aceites $ crudos, que cobran importancia desde la

optica de la geologia economica.

Estos compuestos se encuentran en etractos de petroleo, en concentraciones mu$

ba#as, asocados a muchos otros compuestos organicos, lo que dificulta su separacion e

identificacion. !or fortuna, los quimicos utili(an metodos cientificos apropiados para

separarlos e identificarlos.

!ara esta me(clas comple#as de compuestos, encontrados en muestras de aceites

fosiles, se hacen importantes las tecnicas de separacion, tales como la cromatografia

liquida de alta presion,cromatografia de columna, cromatogafia de fases gaseosas,

separaciones gravimetricas $ las etracciones con base de me(clas de solventes

oganicos. *na ve( separados $ purificados los componentes, son tambien mu$

importantes las tecnicas instrumentales de indentificacion, tales como la espectrometr+a

de masa.

El estudio de este tipo de sustancias $ su aplicacin, es parte de una area nueva en

geolgia, la geoquimica organica.

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2 QUE ES UN BIOMARKERS OBIOMARCADORES

Los biomarcadores son compuestos organicos presentes en la geosfera, cu$as

estructuras quimicas estan intimimante relacionadas con las estructuras de las

sustancias precursoras, que a su ve( provienen del material fuente de petroleo fosil.

Los cambios estructurales de estos compuestos son minimos durante la sedimentacion,

en las diferentes etapas de los procesos geologicos sedimentacios.

-ui(as las modificaciones sean tipicas de cambios estereoquimicos, en las cuales una

sustancia virtualmente no cambia de composicion quimica, pero si la forma espacial de

sitribuir los atomos en el espacio.

Los terminnos marcadores biologicos o biomarcadores permiten pensar en otro

termino apropiado para el fenomeno de su conservacion : fosiles quimicos. Este

termino enmarca los compuestos organicos encontrados en rocas antiguas, que

pudieron derivar de material organico depositado en sedimentos. Son fosiles, por

haberse preservado en estos sedimentos, tal como los fosiles clasicos conocidos.

!ara muchos biomarcadores la relacion precursor)producto $ el mecanismo de reaccion

de conversion, han sido plenamente establecidos. Es el caso de los esteroles que se

convierten en esteranos. En otros casos, no resultan claros los procesos

detransformacion.

%uchos traba#os de investigacion estan orientados a encontrar la relacion

precursor)producto, $ otros a la identificacion de los biomarcadores o sustancias

quimicas actuales.

TES &S!E/T0S -*E 1&2 /02T4*'0 &L 2/E%E2T0 E2 L&S

25EST6&/02ES S04E 40%&/&'0ES.

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Los avances en la capacidad analitica instrumental, comprension de mecanismos de

transformacion de precursores $ el incremento en el numero de grupos

interdisciplinarios dedicados a investigarlos.

/uando en 7839 Treibs aislo porfirina de una muestra de combustible, contribu$o a quelos medios cientificos aceptaran el origen biogenico del petroloeo. Este hecho acelero

el estudio de los biomarcadores en muestras de crudo,shale $ carbones.

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3 EXTRACCION

!aralelamente con el avance en la perfeccion de la tecnicas cromatograficas $ de

espectrometria,se descubrieron nuevos biomarcadores, $ se confirmaron lasestructuras quimicas de los $a anali(ados por otras tecnicas quimicas elementales. En

las primeras etapas del desarrollo de la cromatografia , fue mu$ util la cromatografia de

columna, seguida de tecnologia de alta resolucion, ba#a actividad $ que acompaada

del incremento en las me#ores de las tecnicas de masas, facilitaron la identificacion de

los biomarcadores e incremento la posibilidad de identificar mas cantidad de

biomarcadores posibles es esas me(clas de hidrocarburos.

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La etraccion de los marcadores biologicos esta practicamente determinada por el tipo

de

muestra, que hace diferir el esquema de etraccion. !or lo general, consiste en el

empleo de solventes organicos que arrastran los componentes por una columna

cromatografica , para obtener compuestos puros, los cuales se someten a analisis

espectrometrico de masas, infra"ro#o $ resonancia nuclear magnetica de carbono o de

hidrogeno.

Estos esquemas pueden verse en :

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BIOMARCADORES MAS IMPORTANTES

Todo lo anterior, sumado a la cantidad de muestras de petroleo, carbones $ shale, $

al creciente interes geoquimico, ha hecho que el estudio de los biomarcadores

provea un area de sumo interes en la investigacion $ produccion del petroleo. Los

principales biomarcadores estudiados hasta el presente son los siguientes:

7; n < &lcanos

Los n"&lcanos son hidrocarburos saturados, facilmente identificables, abundantes en

muestras de combustibles $ se emplean para inferir la fuente de material organico de

muestra. Se encuentra que los alcanos de numero ipar de carbonos son mas

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abundantes que los de numero par en las parafinas, lo que indica el predominio de

fitoplancton en su origen.

/*&T0 =&/T0ES 'ETE%2&2 L& 'ST4*/02 'E L0S n"&L/&20S E2 *2

/0%4*ST4LE =0SL:

=uente de precursores quimicos o metabolicos primarios $ secundarios.

%adure( del crudo.

4iodegradacion de los metabolitos precursores.

%igracion de alcanos.

*n predominio de n"&lcanos , sin predominio par)impar, indica una significativa

contribucion de material organico bacterial a un sedimento, que se confirma por la

presencia de hidrocarburos ramificados.

En la medida que la maduracion de un sedimento o del material precursor del

combustible fosil se incrementa, la distribucion de los n"alcanos cambia, $ mucho

material de su fuente pierde. La distribucion de n"alcanos con un marcado predominio

impar)par se encuentran en muestras de ba#a maduracion. & medida que el proceso de

maduracion progresa, los n"alcanos tienden a convertirse en alcanos de ba#o numero

de carbonos, hasta llegar a producir hidrocarburos ligeros $ metano. & estos niveles de

maduracion, la distribucion de los n"alcanos es de poco uso como indicador demadure(.

La biodegradacion influ$e la distribucion de n"alcanos en combustible fosiles. En las

primeras etapas de degradacion bacteriana, ocurre la remocion de alcanos de ba#o La

distribucion de n"alcanos en rocas fuente se usa para indicar grado de maduracion.

&lcanos de alto peso molecular sin preferencias par o impar, se encuentran en rocas

del paleo(oico, cu$o origen son lipidos bacterianos. La presencia de alcanos de alto

peso molecular con predominio impar />?" /37 es indcativo de rocas %eso(oicas $ del/retaceo.estas distribuciones se relacinan con la presencia de plantas desarrolladas en

especial de las angiospermas.

'istribucion de n"alcanos con predominio par /7@


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peso molecular medio, con predominio impar /77"/78 se presentan en rocas

!aleo(oicas ba#o o medio, provenientes de acidos grasos saturados.

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5 ISOPRENOIDES

Los isoprenoides estan en menor concentracion que los n"alcanos en los etractos de

crudos. Su identificacion hace necesario emplear $ combinar tecnicas de cromatografia,

masas, monitoereo con ion simple $ deteccion con ion multiple. Estas combinacines

han hecho posible ampliar la cantidad $ variedad de isoprenoides identificados.

Tambien son empleados en muchos estudios de eploracion, que inclu$e identificacion

de la fuente, medidas e indices de maduracion $ estudios de correlacion. Los

isoprenoides son compuestos quimicos formados por combinacion de varias unidades

de isopropeno. Estas unidades se pueden unir de tre maneras posibles: cabe(a"cola,

cola"cola $ cabe(a"cabe(a.

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Los isoprenoides cabe(a son los mas abundantes e inclu$en el !ristano,=itano $ otros

miembros de una serie homologa /A9 presentan ramificacines en las posiciones

3,?,77,7B en ve( de posicion normal de los isoprenoides regulares >,C,79,7A.

Los isoprenoides cabe(a < cabe(a se encuentran en pocas muestras pero se lesencuentra en petroleo crudo, producto de degradacin de kerogeno $ en paredes

celulares de bacterias de la seria /aderiella.

El pristano se forma preferencialmente en ambientes sedimentarios oidantes $ el

fitano proveniente de la clorofila, se foema en ambientes mas reductores deltaicos o

marinos. Lo que se presta para que la relacion !ristano)=itano se emplee para indicar

tipos de ambientes.

Los isoprenoides del tipo cola"cola se presentan en menor numero. Estos compuestos

aun no se han usado como bbiomarcadores directamente, auncando la cicli(acion del

escualeno a varios esteroides $ triterpanos asegura la importancia de su estudio .

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6 SESQUITERPENOIDES BICICLICOS

Sucaracteristica comun, es poseer minimo dos anillos tipo heano fusionados,

ramificados $ sustituidos por grupo alcalinos ciclico o no. Se haninvestigado poco en

muestras de combustible fosiles, pero se han detectado en investigaciones de

eploracion del petroleo. !ara su deteccion e identificacion se emplean combinaciones

de tecnicas.

Es posible que muchos de los isomeros presentes, sean producto del proceso de

maduracion de las muestras, lo que daria posibilidad de emplearlos como parametros

de maduracion. Estos compuestos no son afectados por la biodegradacion $

complementarian estudios de maduracion, dado que los Esteranos si son afectados por

la biodegradacion, $ se emplean como parametros importantes en este tipo de

investigacion.

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7 DITERPENOIDES

Los diterpenoides se caracteri(a por presentar minimo tres anillos tipo heano

fusionados, sus precursores son los diterpenoides acidos basados en los esqueletos

tipo &bietano, !imarano $ Labdano. Los diterpenoides se emplean como indicadores de

material terrestre fuente, particularmente de resinas a aceites, rocas fuente $ carbones.

Su identificacion se ha basado en datos espectrales de masas unicamente , en la

ma$oria de los casos donde han sido reportados son estudios sobre el carbon.

Se ha identificado mediante tecnicas geoquimicas $ petrograficas una amplia variedad

de compuests que inclu$en =ilocladano,Daurano,2orabietano $ 2orpimarano

constitu$entes comunes en resinas fosiles $ lignita.

Los diterpanos se encuentran en carbones $ lignitas en las primeras etapas de

carbonificacion, pero estan ausentes en la bitumini(acion $ altas etapas de

cabonificacin. Esto se eplca por el hecho de que en las etappas le#anas de

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carbonificacion ocurren desfuncionali(aciones que forman deterparanos hidrocarburos

saturados,mientras que en altas etapas de carbonificacion ocurren aromati(aciones $

las estructuras deterpenicas son convertidasen =enantrenos metil"sustituido $ en otros

componentes aromaticos.

8 TERPANOS TETRACICLICOS

Son compuestos quimicos caracteri(ados por la fusio de cuatro anillos tipo heano. Son

unanueva especie de biomarcadores. 'etctados por 6/)%S)%' $ se caracteri(an por

la presencia del ion fragmento m)( 787. Se encuentra en espon#as marinas queactualmente crecen en bahia 2apoles, lo que sugiere un posible origen de los

hidrocarburos tetraciclicos en la diagenesis de diterpenos contenidos por espon#as

contemporaneas con los procesos de sedimentacion de sedimentos arcillosos. /on

datos espectrales $ tiepos de retencion en 6/ se han detectado componntes.

!ara eplicar la presencia de estos compuestos . se aplican teorias avan(adas que

inclu$en degradacion termoclaticas de los precursors del hopano, apertura microbiana

de los anillos E de los opanoides, cicli(acion de los precursores de Escualeno que sedetienen en el anillo ', para producir precursores geoquimicos. Su origen probable por

evolucion termica de triterpanos pentaciclicos, los hace ideales como paramettros de

maduracion termica en estudios de eploracion. Tambien se cree que estos

compuestods tienen un origen en el rompimieno secuencial de anillos terminales de

precursores pentaciclicos durante la evolucion termica del petroleo.

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9 ESTERANOS

Son derivados de los esteroles, compuestos ampliamente distribuidos en las plantas $

microorganismos. Los esteroles provienen de microorganismos marinos $ los esterolesde plantas superiores. 5ariaciones en las cadenas sustitu$entes $ en su

estereoquimica se usan para obtener informacion especifica de organismos fuente.

El numero de hidrocarburos aromaticos esteroidales han sido encontrados en crudos $

rocas fuente. 4asicamente ha$ dos tipos de esteroides mono"aromati(ados , con

aromati(acion de los anillos & $ /, detectados por el ion m)( >38, emppleados en

correlaciones de maduracion. La aromati(acion del anillo / ocurre e dos grandes

grupos los miembros de ba#o de peso son formados como resultado de los cambios

debido a los procesos de maduracion de los miembros de alto peso molecular $ la

relacion />9)/>? se emplea como indicador de maduracion.

%ediante estudios de alteracion termica en laboratorio, se comprueba el efecto de la

temperatura sobre la isomeri(acion configuracional $ aromati(acion de los

hidrocarburos esterooidales. /on base es estas observaciones, se puede distinguir la

historia termica de las secuencias sedimentarias, por commparacion de la

isomeri(acion en los esteranos $ de la aromati(acion de los esteroides.

10 HIDROCARBUROS AROMATICOS

Se encuentran en cantidades apreciables en crudos, son relacionados a esteroides $

triterpenoide proveniente de material biologico $ son de particular uso, por la

comparcaion estructural con sus precursores. La presencia de aromaticos en una

muestra es indicio del grado de maduracio termica de material organico fuente.

Los aquil"bencenos son derivados de los carotenoides, $ la disminucin de su

concentracion corre paralela lincremento dela maduracion de muestras de carbon.

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11 PORIRINAS

La primera de clases compuestos usados como marcadores biologicos , fueron las

profirinas que permitieron plantear la hipotesis sobre el orgen del petroleo, proveniente

de remamentes organicos de plantas $ animales.

Las profirinas provienen de la degradacion $ desfuncionali(acion de la clorofila,

actualmente se separan emplando columnas de capilaridad con derivados de silica.

12 TRITERPANOS

Los triterpanos son los biomarcadores mas diversficados estructuralmente, empleados

como indicadores de madure(. =uente, migracion $ biodegradacion.

!resentan dos tipos : triterpanos penta$ aquello q no $ienesciclico $ moretanos

relacinados , $ aquellos que no tienen este tipo de estructura.

TTE!&20S 4&S&'0 E2 EL 10!&20

Sus precursores estan ampliamente distribuidos en bacterias $ ciano bacterias, arboles

tropicales $ liquenes. Entre los precursores estan el diploteno, cmpuesto encontrados

en organismos contemporaneos, $ el /3B tetrhidroi"hopano encontrados en organismos

de sedimentos recientes.

%uestras de ba#a maduracion, son ricas en la configuracion hopano. & medida que l la

maduracion aumenta los isomeros predominan. /ambios de distribucion del 1opano ,

como resultado del grado de madure(, se emplean para determinar la maduracionde

las rocas fuente $ su capacidad para generar petroleo.

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13 PALEONTOLO!IA MOLECULAR

'ataciones 4iocronomtricas

acemi(acion: proceso quimico en el que una forma de un compusto quiral se va

transformando en su imagen especular. Es decir , a la conversion de un compuesto L

en ', o viceversa.

Los compuestos naturales, para poder ser biolgicamente activos, necesitan tener una

determinada configuracion espacial.

'ado q la proporcion '"aminoacidos)L"aminocidos aumenta con la antigFedad del

e#emplar,conociendo la tasa de racemi(acion de un aminoacido $ las cantidades de la

forma L $ ' presentes en una muestra podremos determinar la edad biocronometrica

de esta.

Esta metodologia esta aun en fase de desarrollo $por ahora ha sido aplicada a fosiles $

materiales pleistocenos en arqueologia.

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