Biokemien af arsen omfatter biokemiske processer , der involverer arsen eller dets forbindelser.
Arsen danner en række organometalliske forbindelser , de såkaldte. arsen - organiske forbindelser - estere af arsen og arsensyrer , derivater af arsin og andre. Cacodyl og dets oxid var de første organometalliske forbindelser beskrevet i litteraturen ( Buzen , 1837), og har sammen med nogle andre arsenforbindelser (for eksempel atoxyl ) været og bruges stadig som lægemidler . Nogle organoarsenforbindelser er blevet brugt som kemiske krigsmidler ( lewisit , adamsite ). [en]
Både organiske og uorganiske arsenforbindelser er giftige for levende organismer. Men i små doser fremmer nogle arsenforbindelser stofskiftet, styrker knoglerne, har en positiv effekt på hæmatopoietisk funktion og immunsystemet og øger optagelsen af nitrogen og fosfor fra fødevarer. Hos planter er den mest mærkbare effekt af arsen at bremse stofskiftet, hvilket reducerer udbyttet, men arsen stimulerer også nitrogenfiksering . [2] [3]
Blandt de reaktioner, som arsenholdige stoffer gennemgår i biosfæren , er biologisk methylering og biologisk oxidation af arsenit til arsenat, som bruges af bakterier ved hjælp af et specialiseret enzym arsenitdehydrogenase . [fire]
Indholdet af arsen i jordskorpen er 1,7⋅10 −4 vægtprocent, i havvand 0,003 mg / l [5] . Indholdet af arsen i planter (på uforurenet jord) er 0,001-5 mg / kg tørvægt, i højere dyr - 10 -6 -10 -5 % af massen, hos mennesker - 14-21 mg; i levende organismer findes arsen både i form af uorganiske forbindelser (primært arsenitter og arsenater ), og i form af fedt- og vandopløselige organiske forbindelser (for eksempel arsenobetain ) [6] . Arsen er koncentreret i plankton, marine planter og dyr, svampe. Hos planter er det primært koncentreret i rodsystemet, hos mennesker - i negle og hår. [7]
På trods af dets toksicitet for de fleste jordiske livsformer er arsen stadig involveret i visse organismers biokemiske processer [8] .
Nogle alger og hvirvelløse dyr inkluderer arsen i et kompleks af organiske molekyler, såsom arsenosugars (" arsenosugars " er kulhydrater med arsenforbindelser knyttet til dem), arsenobetainer [9] , arsenocholin og tetramethylarsoniumsalte . Svampe og bakterier kan producere flygtige methylerede forbindelser, der indeholder arsen i deres sammensætning. Arsenlipider [ 10] (eller " arsenolipider "), brugt i stedet for fosfolipider , er også blevet fundet i lave koncentrationer i mange marine organismer.
De ophobes ofte af alger i tropiske områder, hvor der ikke er nok fosfor i vandet – deres rolle er indtil videre kun lidt undersøgt. Nogle bakterier bruger arsenat , den oxiderede form af arsen, til deres livsaktiviteter. Nogle prokaryoter bruger også arsenat som den endelige elektrondonor under fermentering ((Som V+ → Som III+), dvs. konverterer arsenater til arsenitter), og nogle kan bruge arsenat som elektrondonor til at generere energi.
Den eneste bakterie, der er i stand til at bruge arsenat som den endelige acceptor (et stof, der accepterer elektroner og brint fra oxiderbare forbindelser og overfører dem til andre stoffer) af elektroner under den såkaldte. "arsenatrespiration" - en obligatorisk anaerob kemolitoautotrofisk mikroorganisme ( slægten Chrysiogenes ) Chrysiogenes arsenatis .
Nogle forfattere betragter arsen som et vigtigt sporstof ; ifølge nogle klassifikationer er det rangeret blandt ultramikroelementer - mikroelementer, der er nødvendige i især små koncentrationer (som selen , vanadium , krom og nikkel ). Da behovet for arsen er ekstremt lille, og dets relative overflod gør det vanskeligt at udelukke dets indtag fra det ydre miljø, var det nødvendigt med laboratorieforsøg for at bekræfte forringelsen af kroppens funktioner som følge af arsenmangel, hvor der blev skabt ultrarene miljøforhold. Den nødvendige daglige dosis for en person er 10-15 mcg. [2]
Den 2. december 2010 blev der publiceret en artikel om opdagelsen af GFAJ-1- stammen . Ifølge artiklen var denne ekstremofile mikroorganisme i stand til at leve og formere sig ved at inkorporere arsen, giftigt for andre livsformer, i sit genetiske materiale ( DNA ). Ifølge artiklens forfattere tog arsen pladsen for fosfor i denne bakteries DNA , da den har kemiske egenskaber, der ligner fosfor. [11] [12] [13] .
Antagelser om muligheden for eksistensen af organismer, hvor arsen kan spille rollen som fosfor, blev fremsat tidligere [14] . Opdagelsen af en organisme, der bruger elementer i sin biokemi, der er forskellige fra kulstof , oxygen , brint , nitrogen , fosfor og svovl , der er almindeligt for jordlevende liv, kunne lægge vægt på hypotesen om alternativ biokemi og hjælpe med at forstå jordiskes mulige evolutionære veje. liv [15] og i søgen efter liv på andre planeter [16] .
Besked vedr. at arsen i mikroorganismen GFAJ-1 kan udfylde samme rolle som fosfor, tjente som begyndelsen på en livlig videnskabelig diskussion. To år efter opdagelsen afviste to uafhængige grupper af forskere straks eksistensen af biologisk signifikant arsen i bakteriernes DNA.