Biochimia arsenului include procese biochimice care implică arsenul sau compușii săi.
Arsenicul formează o serie de compuși organometalici , așa-numiții. arsenic - compuși organici - esteri ai acizilor arsenic și arsenic , derivați ai arsenului și alții. Cacodilul și oxidul său au fost primii compuși organometalici descriși în literatură ( Buzen , 1837) și, împreună cu alți compuși de arsen (de exemplu, atoxil ), au fost și sunt încă utilizați ca medicamente . Unii compuși organoarsenic au fost folosiți ca agenți de război chimic ( lewisite , adamsite ). [unu]
Atât compușii organici cât și anorganici de arsenic sunt toxici pentru organismele vii. Cu toate acestea, în doze mici, unii compuși de arsenic promovează metabolismul, întăresc oasele, au un efect pozitiv asupra funcției hematopoietice și asupra sistemului imunitar și cresc absorbția azotului și fosforului din alimente. În cazul plantelor, efectul cel mai vizibil al arsenicului este încetinirea metabolismului, ceea ce reduce recoltele, dar arsenul stimulează și fixarea azotului . [2] [3]
Printre reacțiile pe care le suferă substanțele care conțin arsenic în biosferă se numără metilarea biologică și oxidarea biologică a arsenitului la arseniat, care este utilizat de bacterii cu ajutorul unei enzime specializate arsenit dehidrogenază . [patru]
Conținutul de arsen din scoarța terestră este de 1,7⋅10 −4 % din masă, în apa de mare 0,003 mg / l [5] . Conținutul de arsenic în plante (pe solurile necontaminate) este de 0,001-5 mg/kg greutate uscată, la animalele superioare - 10 -6 -10 -5 % din masă, la om - 14-21 mg; în organismele vii, arsenul este prezent atât sub formă de compuși anorganici (în primul rând arseniți și arseniați ), cât și sub formă de compuși organici solubili în grăsimi și apă (de exemplu, arsenobetaină ) [6] . Arsenicul este concentrat în plancton, plante și animale marine, ciuperci. La plante, este concentrat în primul rând în sistemul radicular, la om - în unghii și păr. [7]
În ciuda toxicității sale pentru majoritatea formelor de viață terestre, arsenul este încă implicat în procesele biochimice ale anumitor organisme [8] .
Unele alge și nevertebrate includ arsenul într-un complex de molecule organice, cum ar fi arsenozaharurile („ arsenozaharurile ” sunt carbohidrați cu compuși de arsenic atașați la ei), arsenobetaine [9] , arsenocolină și săruri de tetrametilarsoniu . Ciupercile și bacteriile pot produce compuși metilati volatili care includ arsenicul în compoziția lor. Lipidele de arsenic [ 10] (sau „ arsenolipide ”), folosite în locul fosfolipidelor , au fost găsite și în concentrații scăzute în multe organisme marine.
Ele sunt adesea acumulate de alge în regiunile tropicale unde nu există suficient fosfor în apă - rolul lor a fost până acum puțin studiat. Unele bacterii folosesc arseniatul , forma oxidată a arsenului, pentru activitățile lor de viață. De asemenea, unele procariote folosesc arseniatul ca donor final de electroni în timpul fermentației ((As V+ → As III+), adică conversia arseniaților în arseniți), iar unii pot folosi arseniatul ca donor de electroni pentru a genera energie.
Singura bacterie capabilă să folosească arseniatul ca acceptor final (o substanță care acceptă electroni și hidrogen din compușii oxidabili și le transferă în alte substanțe) de electroni în timpul așa-numitului. „respirația arseniatului” - un microorganism anaerob obligatoriu chemolitoautotrof ( genul Chrysiogenes ) Chrysiogenes arsenatis .
Unii autori privesc arsenul ca un oligoelement vital ; conform unor clasificări, este clasat printre ultramicroelemente - microelemente necesare în concentrații deosebit de mici (cum ar fi seleniu , vanadiu , crom și nichel ). Deoarece necesarul de arsen este extrem de mic, iar abundența sa relativă face dificilă excluderea aportului acestuia din mediul extern, au fost necesare experimente de laborator pentru a confirma deteriorarea funcțiilor organismului ca urmare a deficienței de arsenic, unde au fost create condiții de mediu ultracurate. Doza zilnică necesară pentru o persoană este de 10-15 mcg. [2]
Pe 2 decembrie 2010, a fost publicat un articol despre descoperirea tulpinii GFAJ-1 . Potrivit articolului, acest microorganism extremofil a fost capabil să trăiască și să se reproducă prin încorporarea arsenului, toxic pentru alte forme de viață, în materialul său genetic ( ADN ). Potrivit autorilor articolului, arsenul a luat locul fosforului în ADN-ul acestei bacterii , deoarece are proprietăți chimice similare cu fosforul. [11] [12] [13] .
Ipotezele cu privire la posibilitatea existenței unor organisme în care arsenul poate juca rolul fosforului au fost prezentate anterior [14] . Descoperirea unui organism care folosește elemente în biochimia sa care sunt diferite de carbonul , oxigenul , hidrogenul , azotul , fosforul și sulful comune vieții terestre ar putea adăuga greutate ipotezei biochimiei alternative și ar putea ajuta la înțelegerea posibilelor căi de evoluție ale pământului . viața [15] și în căutarea vieții pe alte planete [16] .
Mesaj despre. că arsenul din microorganismul GFAJ-1 poate îndeplini același rol ca și fosforul, a servit drept începutul unei discuții științifice aprinse. La doi ani de la descoperire, două grupuri independente de cercetători au infirmat imediat existența arsenicului semnificativ biologic în ADN-ul bacteriilor.