Toksyczność arsenu i związków tego

pierwiastka dla środowiska i człowieka

Arsen

• Symbol : As
• Liczba atomowa 33
• Masa atomowa 74,92
• Pierwiastek V grupy układu

okresowego

• Występuje na stopniach utlenienia –

3, 0, +3 i +5

• Odmiany alotropowe :







Związki arsenu

Arsen występuje w ponad 160 minerałach.
Najczęściej spotykanymi związkami tego

pierwiastka są:

• As

• AsS
• AsO6
• FeAsS
• Oraz arsenki i arsenosiarczki metali

ciężkich (Fe, Ni, Co, Cu).

„ Król trucizn”

Nie bez powodu arsen nazywany jest

„królem trucizn”. Zanim opracowano
metodę jego wykrywania, jego
związku stosowane były celem
usunięcia przeciwników politycznych
czy konkurentów do tronu. Chociaż
obecnie zatrucia tym pierwiastkiem
są rzadkie, to znajduje się on w
czołówce najniebezpieczniejszych
trucizn przemysłowych i
środowiskowych.

Występowanie

Arsen występuje głownie jako
składnik minerałów. Jego zawartość w
skorupie ziemskiej wynosi ok.
0,002%, głównie jako arsenopiryt
(FeAsS).
Otrzymuje się go głównie podczas
wytapiania rud miedzi i ołowiu (jest
produktem ubocznym tego procesu).

Zastosowanie

Jeszcze jakiś czas temu, arsen był
jednym ze składników pestycydów.
Związki tego pierwiastka znalazły
zastosowanie w konserwacji drewna.
Ponadto stosuje się je także przy
produkcji szkła, chemicznych
środków czystości oraz barwników.
Zwiększa on żaroodporność a także
wpływa na twardość wielu stopów.
Jego niewielkie ilości są nadal
stosowane w leczeniu niektórych
chorób.

Arsen a środowisko

Gleba

Ponieważ arsen występuje głównie w

postaci minerałów, jego największa
koncentracja w środowisku dotyczy
właśnie gleby.

Wysoka zawartość tego pierwiastka

związana jest przede wszystkim ze
stosowanymi środkami ochrony roślin
w rolnictwie a także
zanieczyszczeniami przemysłowymi
(produkcja farb, barwników czy szkła)

Gleba

Arsen podlega sorpcji przez wiele

związków (np. wodorotlenek żelaza,
glinu, związki wapnia i fosforu).
Połączenia te są trudno
rozpuszczalne i dlatego też gromadzą
się w poziomach powierzchniowych.
Można temu przeciwdziałać, stosując
w nawozach fosfor, który zwiększa
rozpuszczalność wyżej wymienionych
związków.

Gleba

Zdarzają się gleby, w których koncentracja arsenu i

jego związków dochodzi do 830 ppm. Wartość ta
jest już sporym ograniczeniem dla wzrostu roślin.

Długoletnie narażanie gleb na działalność

związków arsenu sprawia, że do kumulacji
dochodzi nie tylko w warstwach
powierzchniowych ale także w głębszych
warstwach gleb.

Toksyczne działanie arsenu w glebach może

występować już przy wartościach od 25 ppm a
wartość ta zależy od rodzaju gleby.

Woda

W wodzie arsen występuje w formie
związków organicznych i nieorganicznych,
na ogół w mniejszych ilościach. W wodach
powierzchniowych terenów
niezanieczyszczonych zawartość ta osiąga
kilka μg/l, podobnie jak w morzach.
W tym środowisku również podlegają sorpcji.
Niektóre mikroorganizmy morskie posiadają
zdolność do redukcji związków arsenowych.

Woda

Główne przyczyny zatrucia wód
arsenem są takie same, jak w
przypadku gleb. Wraz z deszczem,
związki te przenikają do wód
podziemnych. Często też fabryki
zlokalizowane w okolicach rzek
powodują ich zanieczyszczenie.
Znaczna ilość arsenu w wodach rzek
może być spowodowana
przepływaniem ich przez utwory
skalne o zwiększonej jego zawartości.

Powietrze

Stężenie arsenu w powietrzu jest
znakiem dużego wpływu przemysłu.
W dużych miastach USA wartość ta
jest dziesięciokrotnie wyższa niż w
rejonach nieuprzemysłowionych.
Najwyższy wpływ ma proces spalania
węgla.
Nieznaczny wpływ mogą mieć także
wyziewy wulkaniczne.

Rośliny

Wszystkie organizmy roślinne

pobierają arsen, jednakże jego
biologiczna rola dotychczas nie
została poznana. Istnieją rośliny,
które nazywa się arsenolubnymi, ze
względu na zwiękoszoną kumulację
tego pierwiastka . Należą do nich m.
in. Rośliny motylkowe, cebula,
słonecznik i niektóre zioła.

Rośliny

Rośliny rosnące na glebach o podwyższonym
stężeniu związków arsenu, także posiadają
jego większą ilość – proporcjonalnie do ilości
zawartej w glebie ( niejednokrotnie dochodzi
do 35 ppm). Gleby zawierające 180-350
ppm działają toksycznie na organizmy
roślinne, podczas gdy arsen rozpuszczalny w
wodzie wpływa na ich kiełkowanie już przy
stężeniu 5-10 ppm. Pierwiastek ten wpływa
także na aktywność enzymatyczną.

Rośliny

Powolne
przemieszczanie
tego pierwiastka u
roślin powoduje
większą jego
kumulację w
tkankach
korzeniowych niż
częściach
nadziemnych.

Roślina

Zakres

Zboża, ziarno

Kukurydza,

ziarno

Groch, ziarno

Pomidory

Szpinak

Buraki:

liście

korzenie

Ziemniaki,

kłęby

Słonecznik,

nasiona

Koniczyna

Tytoń

0,1 - 0,6

0,03 - 0,4

0,2 - 0,5

0,08 - 6,8

0,2 - 1,5

0,2 - 1,3

0,3 - 1,3

0,03 - 0,2

3,3 - 4,2

3,6

1,8 - 15,4

Zwierzęta

Toksyczność arsenu na

organizm ludzki

Mechanizm działania

toksycznego

• Trójwartościowe kationy arsenu mają duże

powinowactwo do grup tiolowych (-SH),
szczególnie w przypadku białek, enzymów oraz
kofaktorów. Poprzez tworzenie połączeń :

może doprowadzać do zmniejszenia aktywności
enzymów, blokowania kofaktorów a w
konsekwencji do inhibicji niektórych procesów
biochemicznych zachodzących w organizmach
żywych.

Mechanizm działania toksycznego

• Luizyt

Mechanizm działania

toksycznego

Jony As5+ wykazują podobieństwo
strukturalne do jonów fosforu. Z tego
powodu mogą ulegać podmianie w
białkach enzymatycznych blokując
ich aktywność. Mogą też zaburzać
oksydatywną fosforylację
uniemożliwiając syntezę ATP.
Połączenia arsenu na stopniu 5+
mogą ulec redukcji do As3+
wpływając toksycznie w
spowolnionym tempie.

Losy arsenu w organizmie

• Organizm człowieka pobiera dziennie od 10

do 370 μg arsenu. Większość związków tego
pierwiastka wchłania się z wydajnością
powyżej 50 %. W niektórych przypadkach
osiąga ona 85 -90 %. Wydajność ta zależy
przede wszystkim od rozpuszczalności
danego związku oraz dawki. Może on
wchłaniać się drogą pokarmową, oddechową,
a także przez skórę w zależności od danego
związku. Arsen może ulegać przemianom
metabolicznym.

• schemat

Losy arsenu w organizmie

Arsenian V może ulec
redukcji do arsenianu III
łącząc się z glutationem w
obecności reduktazy
arsenianu. Następnie w
wyniku działania
metylotransferazy powstaje
kwas metylo- i
dimetyloarsenowy, które
usuwane są z organizmu
razem z moczem.
Arsen i jego związki
wydalane są także wraz z
kałem, potem oraz mlekiem,
jednak w niewielkim stopniu.

Losy arsenu w organizmie

• Arsen nie kumuluje się w organizmie

człowieka, ma jedynie wysokie
powinowactwo do grup –
SH(tiolowych), szczególnie do
struktury keratynowej skóry oraz jej
wytworów: paznokci, włosów.
Wysokie stężenia zaobserwowano
także w nabłonku przewodu
pokarmowego.