الزرنيخ (As) Arsen

يعد من اشباه المعادن لأنه يتصرف كمعدن وليس في كل الأحيان. وهو من المركبات السامة جدا، ويوجد بشكل رئيس بتكافؤ خماسي كما في الزرنيخات AsO₄^3- وقد يكون ثلاثي التكافؤ كما في الزرنيخيد AsO₂^-. الزرنيخات تشابه الى حد كبير الفوسفات التي تعد من الجزئيات الحيوية المهمة جدا، وبسبب سمية الزرنيخ فلا يتوقع ان تكون له وظائف في الانظمة الحيوية، ولكن بعض البكتريا يمكن ان تستعمله مستلما للإلكترونات في التنفس اللاهوائي، وتحوي الاحياء التي تتعامل مع الزرنيخ على انزيمات Arsinite reductase , Arsenate reductase . تدخل الزرنيخات الى الخلايا البكتيرية بواسطة أنظمة قبط غير متخصصة او اصيلة (غير مستحث) خاصة بالفوسفات، والطفرات في هذه الانظمة تجعل البكتريا مقاومة للزرنيخات ولكن سرعان ما تعود الطفرات الى الحالة الطبيعية. ويمكن للخلايا ان تجمع كل من الفوسفات والزرنيخات بواسطة انظمة مستحثه متخصصة مثل Pst.

وعندما تصبح الزرنيخات داخل الخلايا تحدث مشكلة نظراً للتشابه التركيبي مع الفوسفات ويجب ازالة سميتها، وعند ازالة السمية تكون الخطوة الأولى اختزال الزرنيخات الى زرنيخيد وهذه الخطوة في E. coli تتم بواسطة البروتين ArsC ويكون الاختزال مرافقا لأكسدة الكلوتاثايون عن طريق Glutaredoxin اما في البكتريا Staph. aureus فيكون معطي الالكترونات لاختزال الزرنيخات هو Thioredoxin، وبعد تكون الزرنيخيد يتم طرده الى خارج الخلية بنظام بسيط يعتمد على تدرج الضخ الكيماوي واستعمال بروتين واحد لدفقه الى الخارج وهو البروتين ArsB ويشفر لهذا البروتين بواسطة البلازميدات في بعض السلالات وأخرى بواسطة الكروموسوم.

ويوجد بالإضافة الى ArsB نظام اخر هو de lux ويتكون من ArsA + ArsB ويمكن للـ ArsB ان يعمل لوحده في بعض البكتريا ويزود بالطاقة من الضخ الكيماوي وتحلل ATP، اما ArsA فيتكون من تركيب مزدوج فيه 4 مواقع للارتباط بالـ ATP ويوجد في العديد من البكتريا والاركيا والفطريات والنباتات والحيوانات.

عمليات التنظيم

المقاومة للزرنيخ تنظم بواسطة البروتين الكابح ArsR وهو تركيب مزدوج ويسيطر على المستوى الاساسي للتعبير عن الاوبرون asr، اذ يرتبط ايون الزرنيخ الثلاثي As III الى البروتين المزدوج ويمنعه من الارتباط الى منطقة الممهد. ويوجد نظام اخر للتنظيم هو ArsD يمكنه الارتباط الى DNA للقيام بعمليات التنظيم وتكون المفاضلة بين النظامين معتمدة على التركيز.

اما في الاحياء الاخرى مثل Leishmania وغيرها من الابتدائيات فتكون ناقلات ABC هي المسئولة عن مقاومة الزرنيخ وهي تقاوم الزرنيخيد والانتيمون بنوعيه الثلاثي الخماسي التكافؤ (Sb IV , SbIII) بآلية الدفق الخارجي، كما يمكن ازالة سمية الزرنيخ بتكوين المركبات المعقدة مثل As III- glutathione conjugates ، اضافة الى وجود بروتينات سكرية خاصة p- glycoproteins لتصدير الزرنيخيد غير المقترن.

وفي خميرة الخبز والانسان توجد ثلاث انظمة قريبة الشبه بـ ArsB لذلك يعتقد ان ايض الزرنيخ قد يكون متشابها في الاحياء عامة ويكون بالخطوات الآتية :

• قبط الزرنيخات بنظام الفوسفات.
• اختزال الزرنيخات الى زرنيخيد.
• طرد الزرنيخيد بعد تكونه بواسطة بروتينات خاصة مثل ArsB او بواسطة ناقلات ABC واستعمال ArsA – ATPases لتزويد الطاقة في بعض الأحيان.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .