La bioquímica del arsénico incluye procesos bioquímicos que involucran arsénico o sus compuestos.
El arsénico forma una serie de compuestos organometálicos , los llamados. arsénico - compuestos orgánicos - ésteres de arsénico y ácidos arsénicos , derivados de arsina , y otros. El cacodilo y su óxido fueron los primeros compuestos organometálicos descritos en la literatura ( Buzen , 1837) y, junto con algunos otros compuestos de arsénico (por ejemplo, el atoxilo ), se han utilizado y aún se utilizan como medicamentos . Algunos compuestos organoarsénicos se han utilizado como agentes de guerra química ( lewisita , adamsita ). [una]
Tanto los compuestos de arsénico orgánicos como los inorgánicos son tóxicos para los organismos vivos. Sin embargo, en pequeñas dosis, algunos compuestos de arsénico promueven el metabolismo, fortalecen los huesos, tienen un efecto positivo sobre la función hematopoyética y el sistema inmunológico , y aumentan la absorción de nitrógeno y fósforo de los alimentos. En las plantas, el efecto más notable del arsénico es el metabolismo lento, lo que reduce los rendimientos, pero el arsénico también estimula la fijación de nitrógeno . [2] [3]
Entre las reacciones que experimentan las sustancias que contienen arsénico en la biosfera se encuentran la metilación biológica y la oxidación biológica del arsenito a arseniato, que es utilizado por las bacterias con la ayuda de una enzima especializada arsenito deshidrogenasa . [cuatro]
El contenido de arsénico en la corteza terrestre es 1.7⋅10 −4 % en masa, en agua de mar 0.003 mg / l [5] . El contenido de arsénico en plantas (en suelos no contaminados) es de 0,001-5 mg/kg de peso seco, en animales superiores - 10 -6 -10 -5 % de la masa, en humanos - 14-21 mg; En los organismos vivos, el arsénico está presente tanto en forma de compuestos inorgánicos (principalmente arsenitos y arsenatos ) como en forma de compuestos orgánicos solubles en grasa y agua (por ejemplo, arsenobetaína ) [6] . El arsénico se concentra en plancton, plantas y animales marinos, hongos. En las plantas, se concentra principalmente en el sistema de raíces, en los humanos, en las uñas y el cabello. [7]
A pesar de su toxicidad para la mayoría de las formas de vida terrestres, el arsénico todavía está involucrado en los procesos bioquímicos de ciertos organismos [8] .
Algunas algas e invertebrados incluyen arsénico en un complejo de moléculas orgánicas, como los arsenoazúcares (" arsenoazúcares " son carbohidratos con compuestos de arsénico adheridos), arsenobetaínas [9] , arsenocolina y sales de tetrametilarsonio . Los hongos y las bacterias pueden producir compuestos metilados volátiles que incluyen arsénico en su composición. Los lípidos de arsénico [ 10] (o " arsenolípidos "), utilizados en lugar de los fosfolípidos , también se han encontrado en bajas concentraciones en muchos organismos marinos.
A menudo son acumulados por las algas en las regiones tropicales donde no hay suficiente fósforo en el agua; hasta ahora, su función ha sido poco estudiada. Algunas bacterias utilizan arseniato , la forma oxidada de arsénico, para sus actividades vitales. Además, algunos procariotas usan arseniato como donante de electrones final durante la fermentación ((As V+ → As III+), es decir, convertir arseniatos en arsenitos), y algunos pueden usar arseniato como donante de electrones para generar energía.
La única bacteria capaz de utilizar arseniato como aceptor final (una sustancia que acepta electrones e hidrógeno de compuestos oxidables y los transfiere a otras sustancias) de electrones durante el llamado. "respiración de arseniato": un microorganismo quimiolitoautotrófico anaeróbico obligado ( género Chrysiogenes ) Chrysiogenes arsenatis .
Algunos autores ven el arsénico como un oligoelemento vital ; según algunas clasificaciones, se clasifica entre los ultramicroelementos, microelementos necesarios en concentraciones especialmente pequeñas (como el selenio , el vanadio , el cromo y el níquel ). Dado que la necesidad de arsénico es extremadamente pequeña y su abundancia relativa dificulta excluir su ingesta del ambiente externo, se requirieron experimentos de laboratorio para confirmar el deterioro de las funciones corporales como resultado de la deficiencia de arsénico, donde se crearon condiciones ambientales ultralimpias. La dosis diaria requerida para una persona es de 10-15 mcg. [2]
El 2 de diciembre de 2010 se publicó un artículo sobre el descubrimiento de la cepa GFAJ-1 . Según el artículo, este microorganismo extremófilo pudo vivir y reproducirse incorporando a su material genético ( ADN ) arsénico, tóxico para otras formas de vida. Según los autores del artículo, el arsénico ocupó el lugar del fósforo en el ADN de esta bacteria , ya que tiene propiedades químicas similares al fósforo. [11] [12] [13] .
Las suposiciones sobre la posibilidad de la existencia de organismos en los que el arsénico pueda desempeñar el papel del fósforo se presentaron anteriormente [14] . El descubrimiento de un organismo que utiliza elementos en su bioquímica diferentes al carbono , oxígeno , hidrógeno , nitrógeno , fósforo y azufre comunes a la vida terrestre podría agregar peso a la hipótesis de bioquímica alternativa y ayudar a comprender los posibles caminos evolutivos de la vida terrestre . vida [15] y en la búsqueda de vida en otros planetas [16] .
Mensaje sobre. que el arsénico en el microorganismo GFAJ-1 puede cumplir el mismo papel que el fósforo, sirvió como el comienzo de una animada discusión científica. Dos años después del descubrimiento, dos grupos independientes de investigadores refutaron de inmediato la existencia de arsénico biológicamente significativo en el ADN de las bacterias.