composiciÓn de Ácidos grasos. ¿pueden ser biomarcadores de dieta, origen de materia organica?
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COMPOSICIÓN DE ÁCIDOS GRASOS. ¿PUEDEN SER
BIOMARCADORES DE DIETA, ORIGEN DE MATERIA ORGANICA?
FORMAS DE ESTUDIAR LA ALIMENTACIÓN
Enfoque descriptivo: plantea las posibles relaciones. quien se come a quien?
Enfoque funcional: reconoce relaciones, problemas generales, causas inmediatas: cómo opera un sistema?, cómo fluye la energía dentro del sistema?
Enfoque evolutivo: razones históricas, causas finales, por que favorece la selección natural esta selección específica?
Métodos
•Observaciones directas
•Sistemas de video adheridos a los animales
•Grabadores de datos
•Analisis de contenido estomacal•Muertos•Varados•Enmallados•Lavado gastrico
•Remanentes en heces
•Patrones de isótopos estables derivados de la dieta (13C,34S, 15N)
•En dientes u otras estructuras duras
•En heces
•En piel u otros tejidos blandos
•Marcadores mitcondriales y de ADN nuclear para identificar especie y sexo de presas en heces.
•Contenido de compuestos esenciales solo adquiribles mediante la dieta.
•En piel, grasa, músculo, heces
Métodos
FUNCIONES PRINCIPALES DE LOS LÍPIDOS
RESERVA ENERGÉTICA
ESTRUCTURAL
METABOLITOS DE VIDA CORTA
RESERVA ENERGÉTICA
BIOMOLÉCULA MOLÉCULA SILLAR VÍA METABÓLICA
CARBOHIDRATOS
4.2 Kcal/g
GLUCOSA
GLICEROL
GLUCÓLISIS
AcCoA CK
PROTEÍNAS
4.3 Kcal/g
AMINOÁCIDOS TRANSAMINACIÓN
DESAMINACIÓN
CK
LÍPIDOS (TAG)
9.4 Kcal/g
ÁCIDOS GRASOS
CUERPOS CETÓNICOS
BETA OXIDACIÓN
AcCoA CK
H2O CO2 NH3
CATABOLISMO CONVERGENTE
RESERVA ENERGÉTICA
Palmitoil-S-CoA (16C)
Miristoil-S-CoA (14C)
CoA-SH (8)(7)
(7)
Con ácidos grasos Ceras Triacilglicéridos Fosfolípidos Esfingolípidos
No saponificables Terpenos Esteroides Prostaglandinas Pigmentos
Energéticos (No-polar)
Membrana (Polar)
TIPOS MÁS ABUNDANTES LÍPIDOS
LÍPIDOS NEUTROS
Ceras son ésteres de ácidos grasos saturados e insaturados con alcoholes de cadena larga (de 16 a 22 átomos). El alcohol solo tiene un grupo OH con el que reacciona el ácido graso.
Triacilglicéridos Son ésteres de glicerol unidos a tres moléculas de ácidos grasos. Son moléculas no polares, hidrofóbicas dado que no contienen grupos funcionales altamente polares o eléctricamente cargados.
Triacilglicéridos
TRIGLICÉRIDOS: RESERVAS
Ceras
CERAS: ESENCIAS Y RESERVAS
Membranas con propiedades anfipáticas
Cabezas polaresHidrofílicas
FUNCIÓN ESTRUCTURAL
Colas no polares
hidrofóbicas
ORGANIZACIÓN DE LA MEMBRANA
LÍPIDOS DE MEMBRANA
Fosfoglicéridos (Glicerofosfolípido)
Fosfatidilcolina
Fosfolípidos
Fosfatidiletanolamina
Fosfatidilserina
Fosfolípidos
Fosfoesfingolípidos
Esfingomielina
Esfingolípidos
PROPIEDADES DE LA MEMBRANA
Se presume que las propiedades físicas de las membranas influyen en procesos como:
•Interacciones intercelulares
•Transporte transmembranal
•Recepción de señales
•Cambios en la morfología superficial celular
•Funcionamiento de proteínas asociadas a membrana
METABOLITOS DE VIDA CORTA
•ÁCIDOS GRASOS ESENCIALES
•ÁCIDOS GRASOS DERIVADOS DE LOS ESENCIALES (familias n-3 y n-6)
•PRODUCTOS DEL METABOLISMO DE n-3 y n-6 (eicosanoides, prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos)
Esteroides
Colesterol
Cortisona
ÁCIDOS GRASOS ESCENCIALES
Ácido oleico (cis-9-octadecenoico)
Ácido linoléico (18:2 n-6) ó (cis-9, cis-12 octadienoico)
desaturación 12-desaturasa
ORIGEN DE LA FAMILIA -6
También precursor del ácido linolénico
Ácido linoléico (18:2 n-6) ó (cis-9, cis-12 octadienoico)
ácido -linolénico (cis-9, cis-12, cis-15-octadecatrienoico ó 18:3 n-3 )
desaturación 15-desaturasa
ORIGEN DE LA FAMILIA -3
12-desaturasa 15-desaturasa solo están presentes en células vegetales
Los animales deben consumir ácido linoleico y álfa-linolénico para obtener los productos subsecuentes
No hay interconversión entre familias n-3 y n-6
¿Por qué son esenciales?
FAMILIA -6
Ácido linoléico (18:2 n-6) ó (cis-9, cis-12 octadienoico)
ácido -linolénico (cis-6, cis-9, cis-13-octadecatrienoico ó 18:3 n-6 )
dihomo--linolénico acid(20:3 n-6)
18:3 n-6
ARA(20:4 n-6)
Los ácidos grasos de la serie n-6 tienen al menos cuatro roles en la fisiología:
•Modulación de la estructura de la membrana.
•Formación de moléculas biológicamente activas de vida corta.
•Control de la impermeabilidad al agua por parte de la piel.
•Regulación de la síntesis y el transporte de colesterol.
SÍNTESIS Y FUNCIONES
ARAQUIDÓNICO (ARA)
ARA se encuentra normalmente esterificando las posiciones sn-2 de los fosfolípidos de la membrana
Es liberado por la acción de la fosfolipasa A2
El araquidonato libre es usado como precursor de los eicosanoides (20C)
Prostaglandinas de la serie PG2, , PGE1
Leucotrienos
Tromboxanos
Algunos derivados parecen tener un papel en la regulación de la división celular en células cancerosas
DEFICIENCIAS
La deficiencia en ácidos grasos -6 serie causa:
•Lesiones de la piel•Retardo en el crecimiento•Fallas en el hígado•Polidipsia•Su aporte en la dieta, tanto del linoleato, el linoleato como del araquidonato previene dichos síntomas completamente
•Sus funciones fisiológicas parecen estar mediadas principalmente a través de eicosanoides, compuestos semejantes a las hormonas
FAMILIA -3
ácido -linolénico (cis-9, cis-12, cis-15-octadecatrienoico ó 18:3 n-3 )
18:3 (9,12,15)18:4 (6,9,12,15)20:4 (8,11,14,17)20:5 (EPA) (5,8,11,14,17)22:5 (7,10,13,16,19)24:5 (9,12,15,18,21)24:6 (6,9,12,15,18,21)22:6 (DHA) (4,7,10,13,16,19)
EPA
DHA
Los ácidos de 24-carbonos que se elaboran en el retículo endoplásmico se movilizan a los peroxisomas, para una beta-oxidación parcial.
FUNCIONES Y DEFICIENCIAS
•Antinflamatorio, antitrombótico, antiarteriosclerótico y anticancerígeno•Suprime la producción de metabolitos biactivos del tipo de los eicosanoides•Puede estar involucrado en la modulación de la estructura de las membranas•Se considera, junto con el EPA, la principal razón de los efectos benéficos del aceite de pescado en el sistema cardiovascular•Particularmente rico en membranas neurales de retina y cerebro en mamíferos
•Deficiencia en ácidos grasos de la serie n-3 causa la reducción de los niveles de DHA en estos tejidos• Produce retraso en la habilidad de aprendizaje• Daños en la visión• Se cree que es importante para el desarrollo completo del sistema
nervioso del feto y del recién nacido.
DHA
Precursor de tromboxanos A3 A diferencia de los producidos por el ARA, no tienen propiedades de agregación de plaquetasPromueven la dilatación de vasos sanguíneos y una reacción de coagulación mas lentaCrítico para el mantenimiento de la salud cardiovascular.
Deficiencia en ácidos grasos de la serie n-3 Reducción de las habilidades de aprendizajeProblemas de visiónElectroretinograma anormal Polidipsia.
EPA
¿Como se obtienen los AG esenciales?
Cadena: Transferencia de energía a lo largo de los diferentes niveles tróficos.Niveles: Productores primarios, hervíboros, carnívoros, detritívoros, descomponedores
Los productores primarios producen los AG esenciales que son bioacumulados a través de los siguientes niveles tróficos, pero también son empleados para cualquiera de las funciones que se requieran
A través de las cadenas y redes alimenticias
Redes: Las cadenas están entrelazadas
Por lo tanto, un consumidor de primer nivel o superior puede obtener los compuestos esenciales de diferentes fuentes de alimento.
¿CUÁNDO PUEDEN SER BIOMARCADORES?
Ácidos grasos esenciales:Donde se conoce la composición de la fuente de alimento y es una sola fuente. Ej en acuacultura o en especies estenófagas. Utiles para establecer cambios fisiológicos durante el desarrollo
Ácidos grasos poco comunes: Ácidos grasos poco frecuentes en otras fuentes de alimento, como los altamente poliinsaturados, formas ramificadas, estereoisómeros trans. Ej 18:5 en microalgas tóxicas
Ácidos grasos típicos de una región: Cuando las redes tróficas están basadas en unos pocos productores consumidores primarios, los siguientes niveles mantienen algunos ácidos grasos. Ej organismos que viven en aguas frias, profundas suelen tener altos contenidos de AG poliinsaturados.
¿Cómo saber?
Comparando:
Perfiles de la misma especie en ambientes diferentesPerfiles de la misma especie en tejidos diferentesPerfiles del mismo tejido en estadios diferentesEspecies semejantes de hábitos diferentes.Perfiles de tipos particulares de lípidos
Recordar:
La composición de un tejido no depende solo del alimento, también de los requerimientos específicos, de lo que el propio organismo ¨construye¨ y de lo que consume
Composición de la dieta (Concentración)
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
16:0 18:0 18:1 18:1 18:2 18:3 20:5 22:6
µg
/mg
de
pe
so s
eco
Dieta 1
Dieta 2
Dieta 3
18:1 18:1
Concentración en músculo de camarón
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
16:0 18:0 n-7 n-9 '18:2 18:3 20:2 20:4 20:5 22:6
µg
/mg
de
mú
scu
lo li
ofi
lizad
o
Dieta 1
Dieta 2
Dieta 3
Porcentaje relativo de las dietas
0.05.0
10.015.020.025.030.035.040.045.0
16:0 18:0 18:1 18:1 18:2 18:3 20:5 22:6
Principales ácidos grasos
%
Dieta 1
Dieta 2
Dieta 3
Porcentaje relativo en músculo de camarón
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
16:0 18:0 18:1 18:1 18:2 18:3 20:4 20:5 22:6
principales ácidos grasos
%
•En la mayoría de los casos se requiere que los datos sean transformados para poder darles un tratamiento estadístico correcto
•Puede existir selectividad enzimática de los lípidos provenientes de la dieta
•Tambien puede existir transporte y deposición diferencial en cada tipo de tejido (o región).
•La selección puede tener bases fisico-químicas: vgr. los triglicéridos mas facilmente saponificables o emulsificables son depositados de manera preferencial
•Es muy dificil separar la influencia del componente de la dieta, con respecto a todas las demas variables.
Serum chemistry of the minke whale from the northeastern Atlantic
Author Tryland, M; Brun, E • It is crucial that serum chemistry analysis
is performed without delay after sampling.
• Possible changes in the values of some parameters due to the presence of high amounts of lipids or long term storage of samples must be considered when interpreting results from serum chemistry analysis in these animals.
Fatty acid signature analysis from the milk of Antarctic fur seals and Southern elephant seals from South
Georgia: implications for diet determinationAU:AuthorBrown, DJ; Boyd, IL*; Cripps, GC; Butler,
PJAF:AffiliationBritish Antarctic Survey, Natural Environment
Research Council, High Cross, Madingley Road, Cambridge CB3 0ET, UK, mailto:[email protected]
SO:SourceMarine Ecology Progress Series [Mar. Ecol. Prog. Ser.].
Vol. 187, pp. 251-263. 14 Oct 1999.
Use of blubber fatty acid profiles to distinguish dietary differences between grey seals Halichoerus grypus from two UK breeding
coloniesAU:AuthorWalton, MJ; Henderson, RJ; Pomeroy, PPMarine Ecology
Progress Series [Mar. Ecol. Prog. Ser.]. Vol. 193, pp. 201-208. 28
Feb 2000. • ecological factors which play an important role in
providing information on habitat usage, dietary behaviour, local migrations, distribution and social structure. One such factor is the fatty acid composition of depot fats, which is strongly influenced by the fatty acid composition found in the prey.
• Fatty acid profiles at the 2 breeding sites could be clearly differentiated, with only 1 seal out of 57 being mis-classified. Thus, on the basis of blubber fatty acid composition, they may be regarded as 2 distinct foraging groups.
Organochlorine contaminant concentrations and lipid profiles in eastern North Pacific gray whales (Eschrichtius robustus)
Krahn, MM; Ylitalo, GM; Burrows, DG; Calambokidis, J; Moore, SE; Gosho, M; Gearin, P; Plesha, PD; Brownell, RL Jr; Blokhin, SA; Tilbury, KL; Rowles, T; Stein,
Differences in blubber lipid levels and profiles were examined among groups of whales. Significantly higher lipid levels were found in the blubber of subsistence animals that were sampled following summer feeding in the Bering and Chukchi Seas, compared to lipid levels in the biopsied and stranded animals. Lipid class profiles from blubber of presumably healthy gray whales (biopsy sampling) contained primarily triglycerides and were very different from those of stranded animals that showed lipid decomposition (increased proportions of free fatty acids, cholesterol and phospholipids). Furthermore, lipid class profiles were found to be a means of estimating the quality of a blubber sample from stranded cetaceans.
An examination of how biological factors (e.g. gender,
reproductive status, age) contribute to interpreting the differences found in contaminant concentrations among the gray whales was also undertaken.
Although not statistically significant, higher (OC) concentrations were found in males compared to females, thus suggesting the tendency of the mother to shift her contaminant burden to her calf during gestation and lactation.
Results also indicated that there was no significant increase
in concentrations of contaminants in the blubber with increase in length (surrogate for age).
Higher concentrations of OC contaminants were found
in stranded juvenile gray whales, compared to juvenile
subsistence whales, and were thought to result from retention of OCs in blubber of the stranded animals as lipid stores are mobilised for energy and total lipid levels decrease, rather than from a difference in diet or feeding areas.
• Fatty acid signatures and classification trees: New tools for investigating the foraging ecology of seals
• Smith, SJ; Iverson, SJ; Bowen, WDAF:Affiliation
Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences/Journal Canadien des Sciences Halieutiques et Aquatiques. Ottawa [Can. J. Fish. Aquat. Sci./J. Can. Sci. Halieut. Aquat.], vol. 54, no. 6, pp. 1377-1386, 1997IS:ISSN0706-652X
•Analysis of the fatty acid composition of milk lipids in marine mammals offers a potential means of determining changes in diet and lactation stage.
• The large number of fatty acids routinely identified(over 60) relative to the number of animals usually sampled can limit the usefulness of standard multivariate statistical models for characterizing these patterns.
• Classification trees or tree-based models, which are not limited by the number of variables, were used here to study the fatty acid patterns in the milk of female harbour seals(Phoca vitulina) at parturition and during lactation.
•
• Tree analyses correctly classified 44 of 51 seals based on milk fatty acid composition to four stages of lactation, which corresponded to states of fasting versus increasingly intensive feeding.
• The fatty acid 16:2n-6 was quite effective in differentiation between seals at parturition and those 4 days or more later.
• Seals were grouped into early and late lactation by fatty acid 24:In-9. A comparison between classification rules derived from classification trees and discriminant analysis showed that each gave similar rates of misclassification but that the latter required a method for the a priori choice of which fatty acids to analyze.
Stable carbon isotope evidence for coupling between sedimentary bacteria and seagrasses in a sub-tropical lagoon. Jones, WB; Cifuentes, LA*; Kaldy, JE. Marine ecology progress series [Mar.
Ecol. Prog. Ser.]. Vol. 255, pp. 15-25. 2003.• We measured stable carbon isotope ratios ( delta super(13)C) in• phospholipid fatty acids (PLFAs) to identify the primary carbon• source utilized by sedimentary bacteria in Lower Laguna Madre,• Texas, which is a seagrass dominated lagoon.
• Comparisons were made between 3 differing habitat types consisting of a bare area, a transitional area, and a vegetated area.
• Using PLFA concentrations, we estimated that bacterial abundance was• significantly higher in the vegetated habitat compared with bare• or transitional habitats.
• Seagrass Thalassia testudinum above-ground tissues averaged -10.8 plus or minus 0.3 ppt and benthic microalgae, based on 20:5~D3 PLFA, averaged -20.5 plus or
• minus 0.6 ppt.
• The delta super(13)C of total organic carbon (TO super(13)C) from all habitats and depths were within plus or minus 2 ppt of T. testudinum aboveSH-ground tissues, suggesting that the majority of sedimentary organic carbon originated from this
• source.
• The delta super(13)C of the ubiquitous 16:0 PLFA indicated• more complexity in surface vegetated sediments and at depth
(ca.• 19 cm) in bare and transitional habitats.
• In turn, the delta super(13)C of branched, iso- and anteiso-15:0 (iPLFAs found only in bacteria were within ~c3 ppt of TO super(13)C in all habitats and at all depths.
• Our work confirmed coupling between sedimentary bacteria and seagrasses occurs in oligotrophic systems with few allochthonous inputs.
• Lipid class and fatty acid compositions were determined in common• eider (Somateria mollissima) , black-legged kittiwake (Rissa• tridactyla) and northern fulmar (Fulmarus glacialis) from• Kongsfjorden, Spitsbergen. Muscle and liver were sampled in all• species, while fat tissue was sampled in eiders and fulmars.• Triacylglycerols (TAG) dominated the lipid class compositions of• all tissues, and the major fatty acids found in TAG were: 18:1n9,• 16:0, 18:0, 20:5n3 and 16:1n7 for eider; 16:0, 18:1n9, 18:0,• 20:1n9 and 16:1n7 for kittiwake; 18:1n9, 16:0, 20:1n9, 22:1n11,• and 18:0 for fulmar. To attain information on prey composition,• fatty acid signature analysis was performed on muscle fatty acid• profiles of the bird species, together with fatty acid data from• potential prey species. This study of lipids combined with stable• isotopes supports the following findings:• (1) Common eiders are strongly linked to the benthic food chain, through both
fatty acid compositions (high levels of 20:4n6) and stable isotope values• (high levels of delta super(13)C). • (2) Black-legged kittiwakes and northern fulmars are linked to the pelagic food
chain, through both fatty acid compositions (high levels of 20:1n9 and 22:1n11)• and stable isotope values (low levels of delta super(13)C). The• high level of 20:1 and 22:1 moieties also indicates the importance• of Calanus in the Arctic pelagic food chain supporting fulmar and• kittiwake. (3) The levels delta super(15)N show that of the 3• species, the fulmar occupies the highest trophic level, followed• by kittiwake and common eider.