Az arzén biokémiája olyan biokémiai folyamatokat foglal magában , amelyekben arzén vagy vegyületei vesznek részt.
Az arzén számos fémorganikus vegyületet képez , az ún. arzén - szerves vegyületek - arzén és arzénsav észterei, arzin származékai és mások. A kakodil és oxidja volt az irodalomban leírt első fémorganikus vegyület ( Buzen , 1837), és néhány más arzénvegyülettel (például atoxil ) mellett gyógyszerként is használták és használják ma is . Néhány szerves arzénvegyületet kémiai harci szerként használtak ( lewisit , adamzit ). [egy]
Mind a szerves, mind a szervetlen arzénvegyületek mérgezőek az élő szervezetekre. Kis adagokban azonban egyes arzénvegyületek elősegítik az anyagcserét, erősítik a csontokat, pozitív hatással vannak a vérképzőrendszerre és az immunrendszerre , valamint fokozzák a nitrogén és a foszfor felszívódását az élelmiszerekből. A növényeknél az arzén legszembetűnőbb hatása az anyagcsere lassítása, ami csökkenti a termést, de az arzén serkenti a nitrogén megkötését is . [2] [3]
Az arzéntartalmú anyagok bioszférában végbemenő reakciói közé tartozik az arzenit biológiai metilezése és biológiai oxidációja arzenáttá, amelyet a baktériumok egy speciális arzenit-dehidrogenáz enzim segítségével használnak fel . [négy]
A földkéreg arzéntartalma 1,7⋅10 -4 tömegszázalék, a tengervízben 0,003 mg / l [5] . Az arzéntartalom a növényekben (szennyezetlen talajon) 0,001-5 mg / kg száraz tömeg, magasabb rendű állatokban - 10 -6 -10 -5 tömegszázalék, emberben - 14-21 mg; élő szervezetekben az arzén mind szervetlen vegyületek (elsősorban arzenitek és arzenátok ), mind zsír- és vízoldható szerves vegyületek (például arzenobetain ) formájában jelen van [6] . Az arzén koncentrálódik a planktonokban, tengeri növényekben és állatokban, gombákban. A növényekben elsősorban a gyökérrendszerben, az emberben a körmökben és a hajban koncentrálódik. [7]
Annak ellenére, hogy a legtöbb szárazföldi életformára mérgező, az arzén még mindig részt vesz bizonyos élőlények biokémiai folyamataiban [8] .
Egyes algák és gerinctelenek szerves molekulák komplexében tartalmazzák az arzént, mint például az arzéncukrok (az „ arzenosugarok ” szénhidrátok , amelyekhez arzénvegyületek kapcsolódnak), az arzenobetainok [9] , az arzenokolin és a tetrametil -arzóniumsók . A gombák és baktériumok olyan illékony metilezett vegyületeket termelhetnek, amelyek összetételükben arzént is tartalmaznak. A foszfolipidek helyett használt arzénlipideket [10] (vagy "arzenolipideket") szintén alacsony koncentrációban találtak számos tengeri élőlényben.
Gyakran algák halmozzák fel őket olyan trópusi vidékeken, ahol nincs elég foszfor a vízben – szerepüket eddig kevéssé vizsgálták. Egyes baktériumok az arzenátot , az arzén oxidált formáját használják élettevékenységükhöz. Ezenkívül néhány prokarióta arzenátot használ végső elektrondonorként az erjedés során ((As V+ → As III+), azaz az arzenátokat arzenitté alakítja), és vannak, akik az arzenátot elektrondonorként használhatják energia előállítására.
Az egyetlen olyan baktérium, amely képes az arzenátot végső akceptorként (olyan anyag, amely az oxidálható vegyületekből elektronokat és hidrogént fogad el , és azokat más anyagokba továbbítja) az elektronok során az ún. "arzenát légzés" - kötelező anaerob kemolitoautotróf mikroorganizmus ( Chrysiogenes nemzetség ) Chrysiogenes arsenatis .
Egyes szerzők az arzént létfontosságú nyomelemnek tekintik ; Egyes besorolások szerint az ultramikroelemek közé sorolják - a különösen kis koncentrációban szükséges mikroelemek (pl . szelén , vanádium , króm és nikkel ). Mivel az arzénszükséglet rendkívül csekély, relatív bősége pedig megnehezíti a külső környezetből való bevitelének kizárását, laboratóriumi kísérletekre volt szükség az arzénhiány következtében kialakuló szervezeti funkciók leromlásának igazolására, ahol ultratiszta környezeti feltételek jöttek létre. A szükséges napi adag egy személy számára 10-15 mcg. [2]
2010. december 2-án cikk jelent meg a GFAJ-1 törzs felfedezéséről . A cikk szerint ez az extremofil mikroorganizmus úgy tudott élni és szaporodni, hogy genetikai anyagába ( DNS ) beépítette a más életformákra mérgező arzént . A cikk szerzői szerint ennek a baktériumnak a DNS-ében az arzén vette át a foszfor helyét , mivel a foszforhoz hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. [11] [12] [13] .
Korábban feltevéseket tettek olyan élőlények létezésének lehetőségére vonatkozóan, amelyekben az arzén a foszfor szerepét töltheti be [14] . Egy olyan organizmus felfedezése, amely biokémiájában a széntől , oxigéntől , hidrogéntől , nitrogéntől , foszfortól és kéntől eltérő elemeket használ a földi életben, felerősítheti az alternatív biokémia hipotézisét, és segíthet megérteni a földi élet lehetséges evolúciós útjait . élet [15] és az élet keresése más bolygókon [16] .
Üzenet erről. hogy a GFAJ-1 mikroorganizmusban lévő arzén ugyanolyan szerepet tölthet be, mint a foszfor, ez egy élénk tudományos vita kezdeteként szolgált. Két évvel a felfedezés után két független kutatócsoport azonnal cáfolta a biológiailag jelentős arzén jelenlétét a baktériumok DNS-ében.