Biochemie arsenu zahrnuje biochemické procesy , které zahrnují arsen nebo jeho sloučeniny.
Arsen tvoří řadu organokovových sloučenin , tzv. arsen - organické sloučeniny - estery arsenu a kyselin arsenu , deriváty arsinu a další. Cacodyl a jeho oxid byly první organokovové sloučeniny popsané v literatuře ( Buzen , 1837) a spolu s některými dalšími sloučeninami arsenu (například atoxyl ) byly a jsou stále používány jako léky . Některé organoarsenové sloučeniny byly použity jako chemické bojové látky ( lewisit , adamsit ). [jeden]
Organické i anorganické sloučeniny arsenu jsou toxické pro živé organismy. Některé sloučeniny arsenu však v malých dávkách podporují látkovou výměnu, posilují kosti, mají pozitivní vliv na krvetvorbu a imunitní systém a zvyšují vstřebávání dusíku a fosforu z potravy. U rostlin je nejvýraznějším účinkem arsenu zpomalení metabolismu, což snižuje výnosy, ale arsen také stimuluje fixaci dusíku . [2] [3]
Mezi reakce, které v biosféře podstupují látky obsahující arsen, patří biologická metylace a biologická oxidace arsenitu na arsenát, který využívají bakterie za pomoci specializovaného enzymu arsenitdehydrogenázy . [čtyři]
Obsah arsenu v zemské kůře je 1,7⋅10 −4 % hm., v mořské vodě 0,003 mg / l [5] . Obsah arsenu v rostlinách (na nekontaminovaných půdách) je 0,001-5 mg / kg sušiny, u vyšších živočichů - 10 -6 -10 -5 % hmotnosti, u lidí - 14-21 mg; v živých organismech je arsen přítomen jak ve formě anorganických sloučenin (především arsenitanů a arsenitanů ), tak ve formě organických sloučenin rozpustných v tucích a ve vodě (například arsenobetain ) [6] . Arsen je koncentrován v planktonu, mořských rostlinách a zvířatech, houbách. U rostlin se koncentruje především v kořenovém systému, u lidí - v nehtech a vlasech. [7]
Navzdory své toxicitě pro většinu pozemských forem života se arsen stále podílí na biochemických procesech určitých organismů [8] .
Některé řasy a bezobratlí zahrnují arsen v komplexu organických molekul, jako jsou arsenosacharidy (“ arsenosugary ” jsou uhlohydráty s navázanými sloučeninami arsenu), arsenobetainy [9] , arsenocholin a tetramethylarsoniové soli . Houby a bakterie mohou produkovat těkavé methylované sloučeniny, které ve svém složení obsahují arsen. Arsenové lipidy [ 10] (nebo " arsenlipidy ") používané místo fosfolipidů byly také nalezeny v nízkých koncentracích v mnoha mořských organismech.
Často je hromadí řasy v tropických oblastech, kde není ve vodě dostatek fosforu – jejich role je zatím málo prozkoumána. Některé bakterie používají pro své životní aktivity arzenát , oxidovanou formu arsenu. Některá prokaryota také používají arzeničnan jako konečný donor elektronů během fermentace ((As V+ → As III+), tj. přeměnu arzeničitanů na arsenity) a někteří mohou používat arzeničnan jako donor elektronů k výrobě energie.
Jediná bakterie schopná využít arzeničitan jako konečný akceptor (látka, která přijímá elektrony a vodík z oxidovatelných sloučenin a přenáší je na jiné látky) elektronů při tzv. "arsenátové dýchání" - obligátní anaerobní chemolitoautotrofní mikroorganismus ( rod Chrysiogenes ) Chrysiogenes arsenatis .
Někteří autoři považují arsen za životně důležitý stopový prvek ; podle některých klasifikací je řazen mezi ultramikroelementy - mikroelementy potřebné ve zvláště malých koncentracích (jako selen , vanad , chrom a nikl ). Vzhledem k tomu, že potřeba arsenu je extrémně malá a jeho relativní nadbytek ztěžuje vyloučení jeho příjmu z vnějšího prostředí, byly vyžadovány laboratorní experimenty k potvrzení zhoršení tělesných funkcí v důsledku nedostatku arsenu, kde byly vytvořeny ultračisté podmínky prostředí. Potřebná denní dávka pro osobu je 10-15 mcg. [2]
Dne 2. prosince 2010 vyšel článek o objevu kmene GFAJ-1 . Podle článku byl tento extremofilní mikroorganismus schopen žít a rozmnožovat se začleněním arsenu, toxického pro jiné formy života, do svého genetického materiálu ( DNA ). Podle autorů článku arsen nahradil fosfor v DNA této bakterie , protože má chemické vlastnosti podobné fosforu. [11] [12] [13] .
Předpoklady o možnosti existence organismů, ve kterých může arsen hrát roli fosforu, byly vysloveny již dříve [14] . Objev organismu, který ve své biochemii využívá prvky, které se liší od uhlíku , kyslíku , vodíku , dusíku , fosforu a síry běžných pro pozemský život, by mohl přidat váhu hypotéze alternativní biochemie a pomoci pochopit možné evoluční cesty pozemského života. život [15] a při hledání života na jiných planetách [16] .
Zpráva o. že arsen v mikroorganismu GFAJ-1 může plnit stejnou roli jako fosfor, posloužila jako začátek živé vědecké diskuse. Dva roky po objevu dvě nezávislé skupiny výzkumníků okamžitě vyvrátily existenci biologicky významného arsenu v DNA bakterií.