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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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