Биохимия мышьяка включает в себя биохимические процессы , в которых участвуют мышьяк или его соединения.

Мышьяк образует ряд металлорганических соединений , т. н. мышьякорганических соединений — эфиры мышьяковистой и мышьяковой кислот, производные арсина , и другие. Какодил и его окись были первыми металлорганическими соединениями, описанными в литературе ( Бузен , 1837), и наряду с некоторыми другими соединениями мышьяка (например, ), применялись и применяются до сих пор как лекарственные средства . Некоторые использовались в качестве боевых отравляющих веществ ( люизит , адамсит ).

Как органические, так и неорганические соединения мышьяка токсичны для живых организмов. Тем не менее, в малых дозах некоторые соединения мышьяка способствуют обмену веществ, укреплению костей, оказывают положительное влияние на кроветворную функцию и иммунную систему , увеличивают усвоение азота и фосфора из пищи. С растениями, наиболее заметный эффект мышьяка — замедление обмена веществ, что снижает урожайность, но мышьяк также стимулирует фиксацию азота .

Среди реакций, которые проходят мышьяксодержащие вещества в биосфере — биологическое метилирование и биологическое окисление арсенита в арсенат, применяемое бактериями с помощью специализированного энзима .

Распространенность

Содержание мышьяка в земной коре 1,7⋅10 ⁻⁴ % по массе, в морской воде 0,003 мг / л . Содержание мышьяка в растениях (на незагрязнённых почвах) составляет 0.001-5 мг/кг сухой массы, в высших животных — 10 ^-6 -10 ^-5 % массы, в человеке — 14-21 мг; в живых организмах мышьяк присутствует как в виде неорганических соединений (прежде всего, арсениты и арсенаты ), так и в виде жиро- и водо-растворимых органических соединений (например, арсенобетаин ) . Мышьяк концентрируется в планктоне, морских растениях и животных, грибах. В растениях концентрируется прежде всего в корневой системе, в человеке — в ногтях, волосах.

Участие мышьяка в биохимических процессах

Несмотря на свою токсичность для большинства земных форм жизни, мышьяк всё же участвует в биохимических процессах определенных организмов .

Некоторые морские водоросли и беспозвоночные включают мышьяк в комплекс органических молекул, таких как (« » — углеводы с присоединёнными к ним соединениями мышьяка), арсенобетаины , и . Грибы и бактерии могут производить летучие метилированные соединения, включающие в свой состав мышьяк. (или « »), используемые вместо фосфо липидов , также были обнаружены в низких концентрациях во многих морских организмах.

Их зачастую накапливают водоросли в тропических регионах, где в воде недостаточно фосфора — их роль пока что мало изучена. Некоторые бактерии используют арсенат , окисленную форму мышьяка, для своей жизнедеятельности. Также, некоторые прокариоты используют арсенат как конечный получатель электрона при брожении ((As V+ → As III+), то есть превращая арсенаты в арсениты), а некоторые могут использовать арсенат как донор электрона для генерирования энергии.

Единственная бактерия, способная использовать арсенат как конечный акцептор (вещество, принимающее электроны и водород от окисляемых соединений и передающее их другим веществам) электронов в ходе т. н. «арсенатного дыхания» — облигатно анаэробный микроорганизм ( рода Chrysiogenes ) Chrysiogenes arsenatis .

Некоторые авторы рассматривают мышьяк, как жизненно важный микроэлемент ; по некоторым классификациям, он причисляется к ультрамикроэлементам — микроэлементам, необходимым в особо малых концентрациях (подобно селену , ванадию , хрому и никелю ). Поскольку потребность в мышьяке крайне мала, а его относительная распространенность затрудняет исключение его поступления из внешней среды, для подтверждения ухудшения функций организма в результате недостатка мышьяка потребовались лабораторные опыты, где были созданы условия ультрачистой окружающей среды. Необходимая суточная доза для человека составляет 10-15 мкг.

Жизнь на основе мышьяка

2 декабря 2010 года была опубликована статья об открытии штамма GFAJ-1 . Согласно статье, этот экстремофильный микроорганизм был способен жить и размножаться, встраивая токсичный для других форм жизни мышьяк в свой генетический материал ( ДНК ). По утверждению авторов статьи, в ДНК этой бактерии мышьяк занимал место фосфора , поскольку он имеет схожие с фосфором химические свойства. .

Предположения о возможности существования организмов, у которых роль фосфора может выполнять мышьяк, выдвигались и ранее . Открытие организма, использующего в своей биохимии элементы, отличающиеся от общих для земной жизни углерода , кислорода , водорода , азота , фосфора и серы , могло бы добавить вес гипотезе об альтернативной биохимии и помочь в понимании возможных путей эволюции земной жизни и в поиске жизни на других планетах .

Сообщение о том. что мышьяк в микроорганизме GFAJ-1 может выполнять ту же роль, что и фосфор, послужило началом оживленной научной дискуссии. Через два года после открытия сразу две независимые группы исследователей опровергли факт существования биологически значимого мышьяка в ДНК бактерии.

См. также

• Альтернативная биохимия

Примечания

Литература

• Felisa Wolfe-Simon1, Jodi Switzer Blum, Thomas R. Kulp, Gwyneth W. Gordon, Shelley E. Hoeft, Jennifer Pett-Ridge, John F. Stolz, Samuel M. Webb, Peter K. Weber, Paul C. W. Davies, Ariel D. Anbar and Ronald S. Oremland. (англ.) // . — 2010.
• Николай Чертко, Эдуард Чертко, Дмитрий Будько, Анна Таранчук. Гл. 5 Химические элементы p-блока // Биологическая функция химических элементов. — Минск, 2012.
• Н. И. Копылов, Ю. Д. Каминский. Мышьяк. — Новосибирск, 2004.
• В.С. Гамаюрова. Мышьяк в экологии и биологии. — М. : Наука, 1993.
• В.Ф. Крамаренко. Глава VI. Вещества, изолируемые из объектов минерализацией биологического материала § 19. Соединения мышьяка // Токсикологическая химия. — К. , 1989.
• Елена Наймарк. (неопр.) Элементы (6 декабря 2010). 15 мая 2012 года.
• (неопр.) . Энциклопедия «Кругосвет».