Арсенат (AsO4^3−): строеж, химични свойства и токсичност

Арсенат (AsO4^3−): строеж, химични свойства и токсичност — разберете механизъм на действие, заместване на фосфат, биосъдържание, токсични ефекти и роля при арсенови бактерии.

Арсенатът е йон със състав AsO₄^3-. В молекулно отношение това е тетраедричен оксоанион: арсенът в него е в окислително състояние +5 и е свързан с четири оксигенни атома. Свързванията могат да се описват чрез резонансни структури, при които негативният заряд е делокализиран върху кислородните атоми. Арсенът в арсената понякога действа като окислител — може да приеме електрони и да бъде редуциран до As(III) (арсенит) в редуктивни условия.

Арсенатите са соли на арсеновата киселина (H₃AsO₄). При различно pH арсеновата киселина може да загуби един, два или три протона и да образува различни аниони:

• дихидрогенарсенат (H₂AsO₄^-),
• водородарсенат (HAsO₄^2-),
• арсенат (AsO₄^3-).

Арсенатите често се описват като окислители, тъй като As(V) може да бъде редуциран до As(III). В практиката обаче по-токсична и биологично активна форма е често арсенитът (AsO₃^3- или неорганични съединения с As(III)), който силно свързва тиолови (-SH) групи в ензимите и ги инактивира.

Арсенатът може да замени фосфата в биохимични процеси, но не изпълнява функционално неговите роли. Например в реакции, където се образуват фосфатни ензимни междинни съединения (като ADP-фосфатни естери), заместването с арсенат води до по-нестабилни продукти, които се хидролизират спонтанно. Това нарушава процеси като образуването и складирането на ATP и води до енергийни нарушения в клетката — затова арсенатите са токсични. В допълнение, различните форми на арсен действат по няколко механизма (имат и преките токсични ефекти при свързване с ензими и белтъци).

Въпреки токсичността, в природата съществуват микроорганизми, които могат да използват арсенат в метаболизма си. Някои бактерии могат да използват арсенат вместо фосфат в някои реакции или да редуцират арсенат до арсенит като част от дихателни/енергийни процеси; такива организми често се наричат арсенови бактерии. Други микроорганизми окисляват арсенит обратно до арсенат като част от енергийния си метаболизъм.

Екологично и практическо значение:

• В околната среда арсенатът е по-стабилен при окислителни условия (напр. аерирани води и почви), докато при редуктивни условия (наситени с органичен въглерод, без кислород) арсенатът често се редуцира до по-мобилен и по-токсичен арсенит.
• Здравните рискове при замърсена питейна вода наложиха развитието на методи за отстраняване: адсорбция върху железни оксиди, обратна осмоза, йонен обмен и натрупване/усвояване от филтриращи материали.
• Исторически някои арсенати (напр. оловен арсенат) са използвани като инсектициди и оставят дълготраен остатъчен ефект в почвите, което налага мерки за рекултивация при замърсени терени.

Кратки практически бележки: при работа с арсенови съединения се спазват строги мерки за безопасност (лични предпазни средства, адекватна вентилация, контрол на отпадъците). За анализ и спецификация на арсеновите форми в проби се използват техники като ICP-MS, HPLC-ICP-MS и специфични цветни тестове; важно е да се различава As(III) от As(V), тъй като токсикологичното им поведение и методите за премахване често се различават.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява арсенатът?

В: Какво е окислителното състояние на арсена в арсената?

В: Какво представляват арсенатите?

В: Какви са солите на арсенатите на водорода?

В: Защо арсенатите са токсични?

В: Какво представляват арсеновите бактерии?

В: Могат ли арсенатите да заместят фосфатите в клетките?

Търсене по буква