Arseniks biokemi inkluderar biokemiska processer som involverar arsenik eller dess föreningar.
Arsenik bildar ett antal organometalliska föreningar , de så kallade. arsenik - organiska föreningar - estrar av arsen och arseniksyror , derivat av arsin och andra. Cacodyl och dess oxid var de första organometalliska föreningarna som beskrivs i litteraturen ( Buzen , 1837), och har tillsammans med några andra arsenikföreningar (till exempel atoxyl ), använts och används fortfarande som läkemedel . Vissa organoarseniska föreningar har använts som kemiska stridsmedel ( lewisit , adamsite ). [ett]
Både organiska och oorganiska arsenikföreningar är giftiga för levande organismer. Men i små doser främjar vissa arsenikföreningar ämnesomsättningen, stärker skelettet, har en positiv effekt på den hematopoetiska funktionen och immunförsvaret och ökar upptaget av kväve och fosfor från maten. Hos växter är den mest märkbara effekten av arsenik att bromsa ämnesomsättningen, vilket minskar skörden, men arsenik stimulerar även kvävefixering . [2] [3]
Bland de reaktioner som arsenikhaltiga ämnen genomgår i biosfären finns biologisk metylering och biologisk oxidation av arsenit till arsenat, som används av bakterier med hjälp av ett specialiserat enzym arsenitdehydrogenas . [fyra]
Halten av arsenik i jordskorpan är 1,7⋅10 −4 viktprocent , i havsvatten 0,003 mg / l [5] . Halten av arsenik i växter (på oförorenade jordar) är 0,001-5 mg / kg torrvikt, hos högre djur - 10 -6 -10 -5 % av massan, hos människor - 14-21 mg; i levande organismer finns arsenik både i form av oorganiska föreningar (främst arseniter och arsenater ), och i form av fett- och vattenlösliga organiska föreningar (till exempel arsenobetain ) [6] . Arsenik är koncentrerat i plankton, marina växter och djur, svampar. I växter är det koncentrerat främst i rotsystemet, hos människor - i naglar och hår. [7]
Trots dess toxicitet för de flesta jordlevande livsformer är arsenik fortfarande involverad i de biokemiska processerna hos vissa organismer [8] .
Vissa alger och ryggradslösa djur inkluderar arsenik i ett komplex av organiska molekyler, såsom arsenosocker (" arsenosocker " är kolhydrater med arsenikföreningar fästa vid dem), arsenobetainer [9] , arsenocholin och tetrametylarsoniumsalter . Svampar och bakterier kan producera flyktiga metylerade föreningar som innehåller arsenik i sin sammansättning. Arseniklipider [ 10] (eller " arsenolipider "), som används istället för fosfolipider , har också hittats i låga koncentrationer i många marina organismer.
De ackumuleras ofta av alger i tropiska områden där det inte finns tillräckligt med fosfor i vattnet - deras roll har hittills varit lite studerad. Vissa bakterier använder arsenat , den oxiderade formen av arsenik, för sina livsaktiviteter. Vissa prokaryoter använder också arsenat som den slutliga elektrondonatorn under fermentering ((Som V+ → Som III+), d.v.s. omvandlar arsenater till arseniter), och vissa kan använda arsenat som en elektrondonator för att generera energi.
Den enda bakterie som kan använda arsenat som slutlig acceptor (ett ämne som tar emot elektroner och väte från oxiderbara föreningar och överför dem till andra ämnen) av elektroner under den sk. "arsenatandning" - en obligatorisk anaerob kemolitoautotrofisk mikroorganism ( släktet Chrysiogenes ) Chrysiogenes arsenatis .
Vissa författare ser arsenik som ett viktigt spårämne ; enligt vissa klassificeringar rankas den bland ultramikroelement - mikroelement som är nödvändiga i särskilt små koncentrationer (som selen , vanadin , krom och nickel ). Eftersom behovet av arsenik är extremt litet, och dess relativa överflöd gör det svårt att utesluta dess intag från den yttre miljön, krävdes laboratorieexperiment för att bekräfta försämringen av kroppsfunktionerna till följd av arsenikbrist, där ultrarena miljöförhållanden skapades. Den erforderliga dagliga dosen för en person är 10-15 mcg. [2]
Den 2 december 2010 publicerades en artikel om upptäckten av GFAJ-1- stammen . Enligt artikeln kunde denna extremofila mikroorganism leva och föröka sig genom att införliva arsenik, giftigt för andra livsformer, i sitt genetiska material ( DNA ). Enligt artikelförfattarna tog arsenik platsen för fosfor i denna bakteries DNA , eftersom den har kemiska egenskaper som liknar fosfor. [11] [12] [13] .
Antaganden om möjligheten av existensen av organismer där arsenik kan spela rollen som fosfor har framförts tidigare [14] . Upptäckten av en organism som använder element i sin biokemi som skiljer sig från kol , syre , väte , kväve , fosfor och svavel som är vanliga för jordlevande kan lägga vikt till hypotesen om alternativ biokemi och hjälpa till att förstå de möjliga evolutionära vägarna för jordlevande liv [15] och i sökandet efter liv på andra planeter [16] .
Meddelande om. att arsenik i mikroorganismen GFAJ-1 kan fylla samma roll som fosfor, fungerade som början på en livlig vetenskaplig diskussion. Två år efter upptäckten motbevisade två oberoende grupper av forskare omedelbart förekomsten av biologiskt signifikant arsenik i bakteriers DNA.