It should be noted that Challenger’

It should be noted that Challenger’s proposed pathway was largely based on the finding that inorganic arsenic(III) and (V) and mono- and dimethylarsenic(V) species were converted to trimethylarsine (TMA) by fungi such as Scopulariopsis brevicaulis. Challenger was not able to identify any of the postulated intermediate species of the pathway in the culture medium due to the lack of analytical tools with the required sensitivity. Hence, he viewed the transformations as occurring in a fungal black box. Some years later, Cullen and co-workers identified methylated intermediates in culture media and used deuterium labeling to provide further evidence supporting the Challenger pathway in fungal and algal cultures.(14-19) Initially, researchers in this field assumed that Challenger’s description should be taken literally with each redox step well delineated and associated with the release of specific intermediates or final products. However, it became clear that more than one redox step could take place before the “release” of an intermediate or final product and that these depended on the organism, the culture medium, and the composition and concentration of the arsenical substrate.(14, 15, 18, 19) For example, arsenate (1 mM) is rapidly (2 days) reduced to arsenite by the fungus Apotrichum humicola(formerly Candida humicola).(19) This metabolite is then slowly (30 days) converted to trimethylarsine oxide (TMAO) that is released into media along with small amounts of other methylarsenic(V) species: monomethylarsonic acid (MMA(V)) and dimethylarsinic acid (DMA(V)). In contrast, the unicellular alga Polyphysa peniculus rapidly metabolizes arsenate to arsenite and DMA, but MMA is absent, and trimethylarsenic species are not found in either the media or the cells. Notably, neither DMA nor MMA are metabolized by this alga.(18) Once again, Challenger was not able to demonstrate the methylation of arsenic by bacteria due to the lack of the analytical approaches with the sensitivity required for detection of the methylated products. However, in modern times such methylation has been frequently reported; for example, Michalke and coworkers(20) confirmed that anaerobic bacteria, typically those found in sewage digesters, are capable of methylating arsenic, and they report, for example, that trimethylarsine is the main product from the methogenic archaea Methanobacterium formicicum, Methanosarcina barkeri, andMethanobacterium thermoautotrophicum.
•
Chemical Pathways for Arsenic Methylation
________________________________________
Questions about the validity of the Challenger pathway have prompted speculation about alternative pathways for arsenic methylation. Any proposed pathway must be chemically plausible; that is, each proposed step in the reaction scheme must conform to our knowledge of chemical kinetics and thermodynamics. In the following paragraphs, I consider the Challenger pathway and several alternatives in these terms.
Challenger’s pathway (Figure 1) makes clear predictions about the reaction in which a methyl group is transferred to an arsenic atom, about the charge on the methyl group, and about the oxidation state of the arsenic atom during and after the transfer. The pathway is usually written in terms of oxy-species, but we can be reasonably sure that As–S bonding plays a major role because of the kinetic stability of the As–S bond to hydrolysis (one of the sources of the well-known affinity of As for S). Electrons for reduction of the methylarsenic(V) species to methylarsenic(III) probably come from oxidation of two thiols to a disulfide as in the real or notional reductive elimination reaction suggested for model systems: R3As(SR′) 2 → R3As: + R′S-SR′.(16)In enzymatically catalyzed reactions, physiological dithiols such as thioredoxin or glutaredoxin which are reversibly oxidized likely provide these electrons.(21)
Figure 2 summarizes postulated steps in the methylation of arsenic by the Challenger and alternative pathways. Equation 1 in Figure 2 shows a variant form of Challenger’s pathway in which the As(III) reactant is written as a tris-thiol derivative such as arsenic tris-glutathione. Here, transfer of the electrophile CH3+ from SAM to an As(III) atom yields S-adenosylhomocysteine (SAH), a neutral species, and a methylated arsenical containing an As(V) atom. This is a chemically plausible reaction scheme because there is no possibility of an unfavorable electrostatic interaction between the positive leaving group and the uncharged SAH.

Figure 2. Equations describing the biological methylation of arsenic. Equation 1: methylation by the Challenger pathway with the As(III) species shown ligated to three RS moieties. Abbreviations: S-adenosylmethione, SAM; S-adenosylhomocysteine, SAH. Equation 2: methylation by the pathway proposed by Hayakawa and coworkers.(22) Equation 3: methylation by the pathway proposed by Wang and co-workers based on studies with arsenic (+3 oxidation state) methyltransferase (As3mt).(31) Equation 4: a modified methylation scheme consistent with the Challenger pathway and based on studies with arsenite methyltransferase (ArsM).
Hayakawa and co-workers(22) have postulated that arsenic(III) species persist during methylation reactions and that oxidation to arsenic(V) species occurs (somehow) after methylation. In their proposed scheme (Figure 2, eq 2), methylation initially requires the unfavorable release of a negatively charged methyl group (CH3–) from positively charged SAM, which then displaces an RS-group from As(III). To minimize but not eliminate unfavorable electrostatic interactions, the authors suggest that the doubly charged sulfur species formed in this reaction by loss of CH3–from SAM interacts with the thiol displaced from arsenic to revert to a singly charged sulfonium species. Hayakawa and co-workers suggest that the methylated product of reactions shown in eq 2 is either released as a methylated As(III) species or oxidized during release to produce a methylated As(V) species. However, isolation of TMAO from cultures of A. humicola described above is an unambiguous example of the direct release of an As(V) metabolite. In this instance, the postulated precursor As(III) metabolite, the gas trimethylarsine, is actually produced by the fungus only at much higher concentrations (>1 ppm) of arsenical substrates.(23, 24) Therefore, release of TMAO into the media of fungal cultures containing lower concentrations of arsenical is not the result of atmospheric oxidation of trimethylarsine (half-life in air at 20 °C: two days(25)), which is not consistent with the pathway of eq 2. The putative methylarsenic(III) precursors are not very stable and would not have been detected in the media in the early studies because hydride generation under acid conditions was used for the analysis: both MMA(III) and MMA(V) would be detected as methylarsine and both DMA(III) and DMA(V) as dimethylarsine.
“Reductive methylation”, is the heart of an alternative pathway proposed by Naranmandura and co-workers.(26) They suggest that the oxidative methylation and reductive elimination reactions of the Challenger pathway occur simultaneously so that the “real” reaction product is an arsenic(III) species. In our opinion, this reaction scheme would significantly reduce the nucleophilicity of the lone electron pair on arsenic and inhibit the reaction.
Although these alternative pathways are consistent with evidence that methylated products containing As(III) are often bound to protein targets, they do not account for the observation that methylated products containing either As(III) or As(V) are products of enzymatically catalyzed methylation reactions.(27, 28)
Other reaction schemes have been suggested based on evidence from studies that used purified arsenic methyltransferases. Two such proteins have been identified and their genes cloned. Arsenic (+3 oxidation state) methyltransferase (As3mt) catalyzes arsenic methylation in a wide range of higher organisms, and arsenic methyltransferase (ArsM) catalyzes these reactions in Archaea, some eukaryotes, and many prokaryotes.(29, 30) Wang and co-workers examined methylation catalyzed by recombinant human As3mt using a physiological monothiol (glutathione, cysteine) as the sole reductant.(31) They suggested that an As(III)-containing substrate initially binds to three thiolate residues that are shown as protein-bound S atoms (curved bonds) in the first step of eq 3, Figure 2. Then, following Hayakawa and co-workers,(22) they postulate that the methylated arsenic product remains as As(III) and that a protein-bound S, displaced from the arsenic during the methylation reaction, binds to the demethylated and doubly charged SAM. This reaction is followed by a novel reduction step that does not involve an As(III) intermediate. Here, the disulfide formed between the displaced S and demethylated SAM is reduced to generate SAH. This reaction is claimed to be linked to a conformational change in As3mt that releases SAH. Unfortunately, the model also fails to address the central problem with such a reaction scheme; namely, how does CH3– leave a positive center?
A recent paper by Ajees and co-workers(32) offers an opportunity to examine the two pathways shown in eqs 1 and 2 (Figure 2) as they would apply to the methylation of arsenite by SAM catalyzed by ArsM. This structural study provides a model of the enzyme’s active sites to which inorganic As(III) and SAM are bound. In a fully charged ArsM molecule, the methyl group of SAM is poised to be transferred to the arsenic which is initially bound to three thiolate-containing cysteinyl residues (Cys 72, Cys174, and Cys 224). These thiolates can be thought of as equivalent to the protein-bound S atoms that interact with arsenic as shown in eq 3 (Figure 2). The authors did not write out their reaction scheme but, following others,(22, 31) we can use the first step of eq 3 as a framework to keep As

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ควรสังเกตว่า ผู้ท้าชิงของเสนอทางเดินเป็นส่วนใหญ่ไปตามค้นหาอนินทรีย์ที่ arsenic(III) และ (V) และพันธุ์ขาวดำและ dimethylarsenic(V) ถูกแปลงเป็น trimethylarsine (TMA) โดยเชื้อราเช่น Scopulariopsis brevicaulis ผู้ท้าชิงไม่สามารถระบุใด ๆ ชนิดกลาง postulated ของทางเดินในวัฒนธรรมการขาดเครื่องมือวิเคราะห์ ด้วยความไวต้อง ดังนั้น เขาดูแปลงเป็นที่เกิดขึ้นในกล่องดำเชื้อรา ปีคุลเลนในภายหลัง และเพื่อนร่วมงานระบุ methylated intermediates ในวัฒนธรรมสื่อ และใช้ติดฉลากเพื่อให้เพิ่มเติมหลักฐานสนับสนุนทางเดินผู้ท้าชิงในวัฒนธรรมเชื้อรา และ algal ดิวเทอเรียม(14-19) ครั้งแรก นักวิจัยในฟิลด์นี้ถือคำอธิบายของผู้ท้าชิงที่ควรดำเนินการอย่างแท้จริงแต่ละขั้นตอน redox delineated ดี และเกี่ยวข้องกับตัวกลางเฉพาะหรือผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย อย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่า redox มากกว่าหนึ่งขั้นตอนอาจใช้สถานที่ก่อนที่จะ "ปล่อย" เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง หรือขั้นสุดท้ายและที่เหล่านี้ขึ้นอยู่กับการมีชีวิต สื่อวัฒนธรรม และองค์ประกอบ และความเข้มข้นของพื้นผิว arsenical(14, 15, 18, 19) ตัวอย่าง arsenate (1 mM) ได้อย่างรวดเร็ว (2 วัน) ลด arsenite โดย humicola Apotrichum ของเชื้อรา (ชื่อเดิมแคน humicola)(19) metabolite นี้แล้วช้า (30 วัน) แปลงเป็น trimethylarsine ออกไซด์ (TMAO) ที่ออกเป็นสื่อรวมทั้งเงินอื่น ๆ พันธุ์ methylarsenic(V): monomethylarsonic กรด (MMA(V)) และ dimethylarsinic (DMA(V)) ในทางตรงกันข้าม alga unicellular Polyphysa peniculus อย่างรวดเร็ว metabolizes arsenate arsenite และ DMA, MMA ไม่มา และไม่พบสายพันธุ์ trimethylarsenic ในสื่อหรือเซลล์ ยวด DMA หรือ MMA ไม่ถูก metabolized โดยนี้ alga(18) อีกครั้ง ผู้ท้าชิงไม่สามารถแสดงให้เห็นถึงการปรับของสารหนูโดยแบคทีเรียเนื่องจากมีวิธีวิเคราะห์ มีความไวที่ต้องการตรวจผลิตภัณฑ์ methylated อย่างไรก็ตาม ในยุค ดังกล่าวปรับบ่อยรายงาน ตัวอย่าง Michalke และ coworkers(20) ยืนยันว่า แบคทีเรียไม่ใช้ออกซิเจน โดยทั่วไปที่พบในน้ำเสีย digesters มีความสามารถในการ methylating สารหนู และพวกเขา รายงาน ตัวอย่าง trimethylarsine ที่เป็นผลิตภัณฑ์หลักจาก methogenic อาร์เคีย Methanobacterium formicicum, Methanosarcina barkeri, andMethanobacterium thermoautotrophicum• หลักเคมีสำหรับปรับวเวศ________________________________________คำถามเกี่ยวกับทางเดินของผู้ท้าชิงมีให้เก็งกำไรเกี่ยวกับมนต์อื่นสำหรับปรับสารหนู มีทางเดินที่นำเสนอต้องเป็นสารเคมีเป็นไปได้ แต่ละขั้นตอนนำเสนอในโครงร่างของปฏิกิริยาคือ ต้องสอดคล้องกับความรู้ของเราของอุณหพลศาสตร์และจลนพลศาสตร์เคมี ในย่อหน้าต่อไปนี้ พิจารณาทางเดินผู้ท้าชิงและทางเลือกต่าง ๆ ในข้อตกลงเหล่านี้ทางเดินของชาลเลนเจอร์ (รูป 1) ทำให้คาดคะเนชัดเจน เกี่ยวกับปฏิกิริยาที่กลุ่ม methyl ถูกโอนย้ายไปอะตอมสารหนู เกี่ยวกับค่าธรรมเนียมในกลุ่ม methyl และสถานะออกซิเดชันของอะตอมสารหนูในระหว่าง และ หลังการโอนย้าย ทางเดินมักจะเขียนในรูปแบบของเชื้อพันธุ์ แต่เราจะแน่ใจความว่า ยึดเป็น – S มีบทบาทสำคัญเนื่องจากความมั่นคงเดิม ๆ ของพันธบัตรเป็น – S กับไฮโตรไลซ์ (หนึ่งของแหล่งมาของความสัมพันธ์ที่รู้จักของส่วน S) อิเล็กตรอนสำหรับลดพันธุ์ methylarsenic(V) กับ methylarsenic(III) คงมาจากการเกิดออกซิเดชันของ thiols สองไดซัลไฟด์ในปฏิกิริยาจริง หรือประจำชาติกล้าหาญตัดแนะนำแบบจำลองระบบ: R3As(SR′) 2 → R3As: + R′S-SR′(16)ในปฏิกิริยากระบวน enzymatically, dithiols สรีรวิทยาเช่น thioredoxin หรือ glutaredoxin ซึ่งมี reversibly ออกซิไดซ์จะให้อิเล็กตรอนเหล่านี้(21)รูปที่ 2 สรุปขั้นตอน postulated ปรับของสารหนูโดยผู้ท้าชิงและมนต์อื่น สมการที่ 1 ในรูปที่ 2 แสดงรูปแบบย่อยของทางเดินของชาลเลนเจอร์ที่เขียนตัวทำปฏิกิริยา As(III) เป็นอนุพันธ์ทริสเรทติ้ง thiol เช่นสารหนูตรีกลูตาไธโอน ที่นี่ โอนย้าย electrophile CH3 + จาก SAM ไปอะตอม As(III) ทำให้ S-adenosylhomocysteine (SAH), ชนิดเป็นกลาง และ arsenical เป็น methylated ประกอบด้วยอะตอม As(V) นี่คือแบบปฏิกิริยาสารเคมีเป็นไปได้เพราะไม่สามารถโต้ตอบระหว่างกลุ่มออกบวก uncharged SAH สถิตร้าย รูปที่ 2 สมการที่อธิบายปรับชีวภาพของสารหนู สมการที่ 1: การปรับ โดยทางเดินผู้ท้าชิงด้วยสายพันธุ์ As(III) แสดงควบการ 3 RS moieties ตัวย่อ: S adenosylmethione, SAM S-adenosylhomocysteine, SAH สมการที่ 2: การปรับตามทางเดินที่เสนอ โดย Hayakawa และเพื่อนร่วมงาน(22) สมการที่ 3: การปรับทางเดินที่เสนอ โดยวังและเพื่อนร่วมงานตามศึกษาด้วยสารหนู (สถานะออกซิเดชัน + 3) methyltransferase (As3mt)(31) สมการ 4: ปรับแก้ไขโครงร่างตามศึกษาด้วย arsenite methyltransferase (ArsM) และสอดคล้องกับทางเดินของผู้ท้าชิงHayakawa และ co-workers(22) ได้ postulated ว่า arsenic(III) พันธุ์คงอยู่ในระหว่างปรับปฏิกิริยา และออกซิเดชันที่จะ arsenic(V) พันธุ์เกิดขึ้น (อย่างใด) หลังจากปรับ ในโครงร่างการนำเสนอ (รูป 2, eq 2), ปรับเริ่มต้องออกข่าวร้ายของกลุ่ม methyl ส่งชำระ (CH3-) จาก SAM คิดค่าธรรมเนียมบวก ซึ่ง displaces เป็นกลุ่มบริษัทฯ จาก As(III) แล้ว ลด แต่ไม่กำจัดโต้ตอบงานร้าย ผู้เขียนแนะนำว่า พันธุ์ซัลเฟอร์ที่คิดค่าธรรมเนียมสองเหตุการณ์เกิดขึ้นในปฏิกิริยานี้ โดยสูญเสีย CH3 – จาก SAM ที่โต้ตอบกับ thiol พลัดถิ่นจากสารหนูเพื่อแปลงกลับเป็นชนิด sulfonium เดี่ยวคิดค่าธรรมเนียม Hayakawa และเพื่อนร่วมงานแนะนำว่า ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาแสดงใน eq 2 methylated ออกเป็นชนิด As(III) methylated หรือออกซิไดซ์ในระหว่างปล่อยให้ผลิตพันธุ์ As(V) methylated อย่างไรก็ตาม แยกของ TMAO จากวัฒนธรรมของอ. humicola อธิบายไว้ข้างต้นเป็นตัวอย่างชัดเจนปล่อยโดยตรงของ metabolite As(V) ในกรณีเช่นนี้ metabolite postulated สารตั้งต้น As(III), trimethylarsine แก๊ส จริงผลิตขึ้น โดยเชื้อราเฉพาะที่ความเข้มข้นสูงมาก (> 1 ppm) ของพื้นผิว arsenical(23, 24) ดังนั้น ปล่อยของ TMAO เป็นสื่อวัฒนธรรมเชื้อราที่ประกอบด้วยความเข้มข้นต่ำของ arsenical ไม่ใช่ผลลัพธ์ของบรรยากาศออกซิเดชันของ trimethylarsine (half-life ในอากาศที่ 20 ° c:สอง days(25)) ซึ่งไม่สอดคล้องกับทางเดินของ eq 2 Precursors putative methylarsenic(III) ไม่มีเสถียรภาพมาก และจะไม่มีการตรวจพบสื่อในการศึกษาก่อน เพราะไฮไดรด์สร้างสภาวะกรดถูกใช้สำหรับการวิเคราะห์: MMA(III) และ MMA(V) จะตรวจพบเป็น methylarsine และ DMA(III) และ DMA(V) เป็น dimethylarsine"กล้าหาญปรับ" อยู่ใจกลางของทางเดินเป็นทางเลือกที่เสนอ โดย Naranmandura และเพื่อนร่วมงาน(26) พวกเขาแนะนำว่า ปรับ oxidative และกล้าหาญตัดทางเดินของผู้ท้าชิงจากปฏิกิริยาเกิดขึ้นพร้อมกันเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา "จริง" เป็นสายพันธุ์ arsenic(III) ในความคิดของเรา โครงร่างนี้ปฏิกิริยาจะมากลด nucleophilicity ของคู่อิเล็กตรอนโดด ๆ บนสารหนู และยับยั้งปฏิกิริยาการแม้ว่ามนต์เหล่านี้ทดแทนจะสอดคล้องกับหลักฐานที่มักประกอบด้วย As(III) ผลิตภัณฑ์ methylated กับโปรตีนเป้าหมาย จะไม่บัญชีสำหรับการสังเกตที่ methylated ผลิตภัณฑ์ประกอบด้วยทั้ง As(III) หรือ As(V) เป็นผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาปรับกระบวน enzymatically(27, 28)แผนงานอื่น ๆ ปฏิกิริยามีการแนะนำตามหลักฐานจากการศึกษาที่ใช้สารหนูบริสุทธิ์ methyltransferases 2 โปรตีนดังกล่าวได้รับการระบุ และโคลนยีนของพวกเขา สารหนู (สถานะออกซิเดชัน + 3) methyltransferase (As3mt) catalyzes ปรับสารหนูในความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตสูงขึ้น และปฏิกิริยาเหล่านี้ในอาร์เคีย eukaryotes บาง และ prokaryotes มาก catalyzes methyltransferase สารหนู (ArsM)(29, 30) ตรวจสอบปรับกระบวน โดยมนุษย์ As3mt recombinant วังและเพื่อนร่วมงานโดยใช้ monothiol สรีรวิทยา (กลูตาไธโอน cysteine) reductant แต่เพียงผู้เดียว(31) ก็แนะนำว่า มีพื้นผิวเป็น III ประกอบด้วยเริ่ม binds ไปตก thiolate สามที่แสดงเป็นโปรตีนผูก S อะตอม (โค้งพันธบัตร) ในขั้นตอนแรกของ eq 3 รูปที่ 2 จากนั้น ต่อไปนี้ Hayakawa และ co-workers,(22) postulate ว่า ผลิตภัณฑ์สารหนู methylated ยังคงเป็น As(III) และผูกกับโปรตีน S พลัดถิ่นจากสารหนูในระหว่างปฏิกิริยาปรับ binds ไปยัง demethylated และสองเหตุการณ์คิด SAM ปฏิกิริยานี้จะตาม ด้วยนวนิยายลดขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับกลาง As(III) ที่นี่ ไดซัลไฟด์เกิดขึ้นระหว่างที่หน่วย S และแซม demethylated ลดสร้าง SAH ปฏิกิริยานี้อ้างว่า สามารถเชื่อมโยงกับการเปลี่ยนแปลง conformational ใน As3mt ที่ออก SAH อับ แบบยังไม่สามารถแก้ไขปัญหากลาง ด้วยเช่นปฏิกิริยาแบบ ได้แก่ ไร CH3 – ลาศูนย์บวกเอกสารล่าสุด โดย Ajees และ co-workers(32) มีโอกาสที่จะตรวจสอบหลักสองที่แสดงใน eqs 1 และ 2 (เลข 2) ขณะที่พวกเขาจะใช้การปรับของ arsenite โดย SAM กระบวน โดย ArsM ศึกษาโครงสร้างทางรูปแบบของเอนไซม์ใช้งานไซต์ที่ As(III) อนินทรีย์และแซมถูกผูกไว้ ใน ArsM ที่คิดค่าธรรมเนียมทั้งหมดโมเลกุล กลุ่ม methyl ของ SAM จะเตรียมพร้อมที่จะโอนย้ายไปสารหนูซึ่งเป็นครั้งแรกกับสาม thiolate-ประกอบด้วยตก cysteinyl (Cys 72, Cys174 และ Cys 224) Thiolates เหล่านี้สามารถคิดเป็นเท่ากับอะตอม S ผูกกับโปรตีนที่โต้ตอบกับสารหนูมาก eq 3 (รูปที่ 2) ผู้เขียนไม่ได้เขียน ออกร่างของปฏิกิริยา แต่ ต่อผู้ อื่น, (22, 31) เราสามารถใช้ขั้นตอนแรกของ eq 3 เป็นกรอบเพื่อให้เป็น

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

มันควรจะตั้งข้อสังเกตว่าทางเดินที่นำเสนอชาเลนเจอร์ก็ขึ้นอยู่กับการค้นพบว่าสารหนูอนินทรี (III) และ (V) และขาวดำและ dimethylarsenic (V) สายพันธุ์ที่ถูกแปลงให้ trimethylarsine (TMA) จากเชื้อราเช่น Scopulariopsis brevicaulis ชาเลนเจอร์ไม่สามารถที่จะระบุใด ๆ ของโคเปอร์นิคัสปีชีส์กลางของทางเดินในอาหารเลี้ยงเชื้อเนื่องจากขาดเครื่องมือในการวิเคราะห์ที่มีความไวที่จำเป็น ดังนั้นเขามองว่าการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในกล่องสีดำเชื้อรา หลายปีต่อมา, คัลเลนและเพื่อนร่วมงานระบุตัวกลางแอลกอฮอล์ในสื่อวัฒนธรรมและการใช้การติดฉลากไฮโดรเจนเพื่อให้มีหลักฐานเพิ่มเติมที่สนับสนุนทางเดินชาเลนเจอร์ในเชื้อราและวัฒนธรรมสาหร่าย. (14-19) ตอนแรกนักวิจัยในสาขานี้สันนิษฐานว่าคำอธิบายของชาเลนเจอร์ที่ควรจะเป็น ดำเนินการอย่างแท้จริงกับแต่ละขั้นตอนรีดอกซ์เบี่ยงดีและที่เกี่ยวข้องกับการเปิดตัวของตัวกลางที่เฉพาะเจาะจงหรือผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย แต่มันก็กลายเป็นที่ชัดเจนว่ามากกว่าหนึ่งขั้นตอนอกซ์อาจจะใช้สถานที่ก่อนที่ "ปล่อย" ของผลิตภัณฑ์กลางหรือขั้นสุดท้ายและว่าสิ่งเหล่านี้ขึ้นอยู่กับการมีชีวิตกลางวัฒนธรรมและองค์ประกอบและความเข้มข้นของสารตั้งต้นสารหนู. (14 15, 18, ​​19) ตัวอย่างเช่นสารหนู (1 มิลลิ) เป็นอย่างรวดเร็ว (2 วัน) ลดลง arsenite โดยเชื้อรา Apotrichum humicola (ก่อน humicola Candida). (19) สารนี้เป็นแล้วค่อยๆ (30 วัน) แปลง trimethylarsine ออกไซด์ (TMAO) ที่ถูกปล่อยออกสู่สื่อพร้อมกับจำนวนเงินที่เล็ก ๆ ของอื่น ๆ methylarsenic (V) ชนิด: กรด monomethylarsonic (MMA (V)) และกรด dimethylarsinic (DMA (V)) ในทางตรงกันข้ามสาหร่ายเซลล์เดียว Polyphysa ขัดอย่างรวดเร็ว metabolizes สารหนูจะ arsenite และ DMA แต่วีคขาดและพันธุ์ trimethylarsenic ไม่พบทั้งในสื่อหรือเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่ DMA หรือ MMA จะเผาผลาญโดยสาหร่ายนี้. (18) อีกครั้งหนึ่งที่ชาเลนเจอร์ไม่สามารถที่จะแสดงให้เห็นถึง methylation ของสารหนูจากเชื้อแบคทีเรียเนื่องจากขาดวิธีการวิเคราะห์ที่มีความไวที่จำเป็นสำหรับการตรวจสอบของผลิตภัณฑ์สาร แต่ในยุคปัจจุบัน methylation ดังกล่าวได้รับการรายงานบ่อย; ตัวอย่างเช่น Michalke และเพื่อนร่วมงาน (20) ยืนยันว่าแบคทีเรียปกติที่พบในบ่อบำบัดน้ำเสียที่มีความสามารถของ methylating สารหนูและพวกเขารายงานเช่น trimethylarsine ที่เป็นผลิตภัณฑ์หลักจาก methogenic เคี Methanobacterium formicicum, Methanosarcina barkeri, andMethanobacterium thermoautotrophicum.
•
เตรียมสารเคมีสำหรับสารหนู Methylation
________________________________________
คำถามเกี่ยวกับความถูกต้องของทางเดินชาเลนเจอร์ได้รับแจ้งการเก็งกำไรเกี่ยวกับวิถีทางเลือกสำหรับ methylation สารหนู ทางเดินที่นำเสนอใด ๆ ที่จะต้องมีความเป็นไปได้ทางเคมี; ว่ามีที่แต่ละขั้นตอนนำเสนอในรูปแบบปฏิกิริยาจะต้องสอดคล้องกับความรู้ของเราจลนพลศาสตร์เคมีและอุณหพลศาสตร์ ในย่อหน้าต่อไปผมคิดว่าทางเดินชาเลนเจอร์และหลายทางเลือกในข้อตกลงนี้.
เดินชาเลนเจอร์ (รูปที่ 1) ทำให้การคาดการณ์ที่ชัดเจนเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมีซึ่งกลุ่มเมธิลถูกโอนไปยังอะตอมสารหนูเกี่ยวกับค่าใช้จ่ายในกลุ่มเมธิลและ เกี่ยวกับสถานะออกซิเดชันของอะตอมสารหนูในระหว่างและหลังการถ่ายโอน ทางเดินมักจะเขียนในแง่ของการใช้ออกซิเจนสายพันธุ์ แต่เราสามารถจะมีเหตุผลว่าเป็นพันธะ-S มีบทบาทสำคัญเพราะความมั่นคงเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของพันธบัตร As-S เพื่อย่อยสลาย (หนึ่งในแหล่งที่มาของที่รู้จักกันดี ความสัมพันธ์ของสำหรับ S) อิเล็กตรอนสำหรับการลดลงของ methylarsenic (V) สายพันธุ์ที่จะ methylarsenic (III) มาอาจจะมาจากการเกิดออกซิเดชันของสอง thiols กับซัลไฟด์ในการเกิดปฏิกิริยาลดลงไปจริงหรือความคิดข้อเสนอแนะสำหรับระบบรุ่น: R3As (อาร์ ') 2 → R3As: + R 'S-SR'. (16) ในปฏิกิริยาเคมีเอนไซม์, dithiols ทางสรีรวิทยาเช่น thioredoxin หรือ glutaredoxin ซึ่งถูกออกซิไดซ์พลิกกลับมีแนวโน้มให้อิเล็กตรอนเหล่านี้. (21)
รูปที่ 2 สรุปขั้นตอนในการตั้งสมมติฐาน methylation ของสารหนูโดยชาเลนเจอร์และวิถีทางเลือก สมการที่ 1 ในรูปที่ 2 แสดงให้เห็นรูปแบบที่แตกต่างจากทางเดินในอาคารชาเลนเจอร์ซึ่งเป็น (III) ผิดใจเขียนเป็นอนุพันธ์ tris-thiol เช่นสารหนู tris-กลูตาไธโอน นี่คือการถ่ายโอน electrophile CH3 + จากบจะเป็น (III) อัตราผลตอบแทนอะตอม S-adenosylhomocysteine ​​(SAH) ชนิดที่เป็นกลางและสารหนูสารที่มีฐานะ (V) อะตอม นี้เป็นโครงการที่น่าเชื่อถือปฏิกิริยาทางเคมีเนื่องจากมีความเป็นไปได้ของการมีปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิตเสียเปรียบระหว่างกลุ่มออกจากบวกและ SAH uncharged ไม่มี. รูปที่ 2 สมการอธิบาย methylation ทางชีวภาพของสารหนู สมการที่ 1: methylation โดยทางเดินชาเลนเจอร์ที่มีฐานะ (III) สายพันธุ์ที่แสดงให้เห็นถึงสาม ligated moieties อาร์เอส ตัวย่อ: S-adenosylmethione, SAM; S-adenosylhomocysteine, SAH สมการที่ 2:. methylation โดยทางเดินที่เสนอโดยฮายากาวาและเพื่อนร่วมงาน (22) สมการที่ 3:. methylation โดยทางเดินที่เสนอโดยวังและเพื่อนร่วมงานจากการศึกษาที่มีสารหนู (3 สถานะออกซิเดชัน) ใบพัด (As3mt) (31) สมการ 4:. โครงการ methylation แก้ไขที่สอดคล้องกับวิถีชาเลนเจอร์และอยู่บนพื้นฐานของการศึกษาที่มี arsenite methyltransferase (arsm) ฮายากาวาและเพื่อนร่วมงาน (22) มีการตั้งสมมติฐานว่าสารหนู (III) สายพันธุ์ที่ยังคงมีอยู่ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่ methylation และการสารหนูที่ (V) สายพันธุ์ที่เกิดขึ้น (อย่างใด) หลังจาก methylation ในโครงการที่เสนอของพวกเขา (รูปที่ 2, EQ 2), methylation แรกต้องมีการเปิดตัวที่ไม่พึงประสงค์ของกลุ่มเมธิลที่มีประจุลบ (CH3-) จากประจุไฟฟ้าบวก SAM ซึ่งแทนที่ RS-กลุ่มจากฐานะ (III) เพื่อลด แต่ไม่กำจัดไฟฟ้าสถิตปฏิสัมพันธ์เสียเปรียบผู้เขียนชี้ให้เห็นว่าการเรียกเก็บเงินทวีคูณชนิดกำมะถันที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยานี้จากการสูญเสีย CH3 จาก SAM โต้ตอบกับ thiol ย้ายออกจากสารหนูจะกลับไปคิดค่าบริการโดยลำพังชนิด sulfonium ฮายากาวาและเพื่อนร่วมงานชี้ให้เห็นว่าผลิตภัณฑ์สารของปฏิกิริยาที่แสดงในสมการทั้ง 2 จะปล่อยออกมาเป็นสารที่ (III) หรือสายพันธุ์ออกซิไดซ์ในระหว่างการเปิดตัวในการผลิตแอลกอฮอล์เป็น (V) สปีชีส์ อย่างไรก็ตามการแยก TMAO จากวัฒนธรรมของ humicola A. อธิบายไว้ข้างต้นเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของการเปิดตัวโดยตรงของเป็น (V) metabolite ในกรณีนี้ในฐานะที่เป็นผู้นำการตั้งสมมติฐาน (III) metabolite, trimethylarsine ก๊าซที่ผลิตจริงโดยเฉพาะเชื้อราที่ความเข้มข้นที่สูงขึ้นมาก (> 1 ppm) ของพื้นผิวสารหนู. (23, 24) ดังนั้นการปล่อยของ TMAO เป็นสื่อ ของวัฒนธรรมของเชื้อราที่มีความเข้มข้นต่ำของสารหนูไม่ได้ผลของการเกิดออกซิเดชันบรรยากาศ trimethylarsine (ครึ่งชีวิตในอากาศที่ 20 ํ C: สองวัน (25)) ซึ่งไม่สอดคล้องกับทางเดินของ EQ 2. methylarsenic สมมุติ ( III) สารตั้งต้นไม่ได้มีเสถียรภาพมากและจะไม่ได้รับการตรวจพบในสื่อในการศึกษาก่อนเพราะรุ่นไฮไดรด์ภายใต้เงื่อนไขกรดถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ทั้งวีค (III) และ MMA (V) จะถูกตรวจพบว่า methylarsine และทั้งสอง DMA (III) และ DMA (V) เป็น dimethylarsine. "methylation ลดลง" เป็นหัวใจของการเดินทางเลือกที่เสนอโดย Naranmandura และเพื่อนร่วมงาน. (26) พวกเขาแสดงให้เห็นว่า methylation และปฏิกิริยาออกซิเดชันลดลงไปของทางเดินชาเลนเจอร์เกิดขึ้นพร้อมกัน เพื่อที่ว่า "ของจริง" ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาสารหนู (III) สปีชีส์ ในความเห็นของเราโครงการปฏิกิริยานี้อย่างมีนัยสำคัญจะช่วยลด nucleophilicity ของคู่อิเล็กตรอนเดียวกับสารหนูและยับยั้งปฏิกิริยา. แม้ว่าวิถีทางเลือกเหล่านี้มีความสอดคล้องกับหลักฐานที่แสดงว่าผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนผสมของแอลกอฮอล์เป็น (III) จะผูกพันมักจะเป็นไปตามเป้าหมายโปรตีนที่พวกเขาทำไม่ได้ การบัญชีสำหรับการสังเกตว่าผลิตภัณฑ์ที่มีแอลกอฮอล์ไม่ว่าจะเป็น (III) หรือเป็น (V) มีผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา methylation Catalyzed เอนไซม์. (27, 28) แผนการปฏิกิริยาอื่น ๆ ที่ได้รับการแนะนำบนพื้นฐานของหลักฐานจากการศึกษาที่ใช้ methyltransferases สารหนูบริสุทธิ์ โปรตีนสองชนิดดังกล่าวได้รับการระบุและยีนของพวกเขาโคลน สารหนู (3 สถานะออกซิเดชัน) ใบพัด (As3mt) กระตุ้น methylation สารหนูในหลากหลายของสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้นและใบพัดสารหนู (arsm) เร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ในเคีย, ยูคาริโอบางส่วนและหลาย prokaryotes. (29, 30) วังและร่วม ตรวจสอบการปฏิบัติงาน methylation เร่งปฏิกิริยาด้วย As3mt recombinant มนุษย์ใช้ monothiol ทางสรีรวิทยา (กลูตาไธโอน, cysteine) ในขณะที่ดัก แต่เพียงผู้เดียว. (31) พวกเขาบอกว่าในฐานะที่เป็น (III) สารตั้งต้น -containing แรกผูกกับสามตกค้าง thiolate ที่แสดงเป็นโปรตีนผูกพัน S อะตอม (พันธบัตรโค้ง) ในขั้นตอนแรกของ EQ 3 รูปที่ 2 จากนั้นต่อไปนี้ฮายากาวาและเพื่อนร่วมงาน (22) พวกเขาอ้างว่าผลิตภัณฑ์สารหนูสารยังคงเป็นเป็น (III) และ S โปรตีนผูกพันพลัดถิ่น จากสารหนูในระหว่างการเกิดปฏิกิริยา methylation, ผูกกับ demethylated ข้อหาทวีคูณ SAM ปฏิกิริยานี้ตามด้วยขั้นตอนการลดนวนิยายที่ไม่เกี่ยวข้องกับการเป็น (III) กลาง นี่ซัลไฟด์ที่เกิดขึ้นระหว่าง S พลัดถิ่นและ demethylated SAM จะลดลงไปสร้าง SAH ปฏิกิริยานี้จะอ้างว่าจะเชื่อมโยงกับการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้าง As3mt ที่ออก SAH แต่น่าเสียดายที่รูปแบบยังล้มเหลวในการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นกลางที่มีโครงการดังกล่าวเกิดปฏิกิริยา; คือวิธีการที่ไม่ CH3- ออกจากศูนย์บวก? กระดาษล่าสุดโดย Ajees และเพื่อนร่วมงาน (32) มีโอกาสที่จะตรวจสอบทั้งสองเส้นทางที่แสดงใน EQS ที่ 1 และ 2 (รูปที่ 2) ในขณะที่พวกเขาจะนำไปใช้กับ methylation ของ arsenite โดย SAM เร่งปฏิกิริยาด้วย arsm การศึกษาครั้งนี้มีโครงสร้างรูปแบบของเว็บไซต์ที่ใช้งานของเอนไซม์ที่เป็นอนินทรี (III) และแซมเป็นที่ถูกผูกไว้ ในการชาร์จไฟเต็มโมเลกุล arsm, กลุ่มเมธิลของ SAM จะทรงตัวที่จะถูกโอนไปยังสารหนูซึ่งถูกผูกไว้ในตอนแรกถึงสาม thiolate ที่มีสารตกค้าง cysteinyl (Cys 72, Cys174 และ Cys 224) thiolates เหล่านี้สามารถจะคิดว่าเป็นเทียบเท่ากับโปรตีนผูกพันอะตอม S ที่มีปฏิสัมพันธ์กับสารหนูดังแสดงในสมการ 3 (รูปที่ 2) ผู้เขียนไม่ได้เขียนออกโครงการปฏิกิริยาของพวกเขา แต่ต่อไปนี้คนอื่น ๆ (22, 31) เราสามารถใช้ขั้นตอนแรกของ EQ 3 เป็นกรอบที่จะให้เป็น

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

มันควรจะสังเกตว่าผู้ท้าชิงเสนอเส้นทางส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการสารหนูอนินทรีย์ ( 3 ) และ ( 5 ) และ โมโน - และ dimethylarsenic ( V ) ชนิด แปลง trimethylarsine ( TMA ) จากเชื้อรา เช่น scopulariopsis brevicaulis .คู่แข่งยังไม่สามารถระบุชนิดของใด ๆของระดับกลาง ซึ่งทางเดินในวัฒนธรรมปานกลาง เนื่องจากการขาดเครื่องมือวิเคราะห์ด้วยการใช้ความไว ดังนั้น ดูแปลงเป็นที่เกิดขึ้นในกล่องสีดำรา หลายปีต่อมาคัลเลนและเพื่อนร่วมงานระบุ methylated ตัวกลางในวัฒนธรรมสื่อและใช้ Deuterium ฉลากเพื่อให้หลักฐานเพิ่มเติมที่สนับสนุนผู้ท้าชิงเส้นทางในเชื้อราและสาหร่ายวัฒนธรรม ( 14-19 ) ตอนแรกนักวิจัยในสาขานี้ถือว่า ชาลเลนเจอร์รายละเอียดควรจะถ่ายอักษรแต่ละขั้นตอนคือ 1 สมาชิกและเกี่ยวข้องกับรุ่นของตัวกลางที่เฉพาะเจาะจงหรือผลิตภัณฑ์สุดท้าย อย่างไรก็ตาม มันเป็นที่ชัดเจนว่ามากกว่า 1 ขั้นตอนที่อาจเกิดขึ้นก่อนที่จะ " ปล่อย " ของสินค้าขั้นกลางหรือสุดท้ายและที่เหล่านี้ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิต , สื่อวัฒนธรรมและองค์ประกอบของพื้นผิวและความเข้มข้นของสารหนู ( 14 , 15 , 18 , 19 ) เช่น สารหนู ( 1 มิลลิเมตร ) อย่างรวดเร็ว ( 2 วัน ) ลดลง arsenite โดยเชื้อรา apotrichum humicola ( เดิมชื่อ Candida humicola ) ( 19 ) ระดับนี้แล้วช้า ( 30 วัน ) แปลง trimethylarsine ออกไซด์ tmao ) ที่ถูกเผยแพร่ลงในสื่อ พร้อมกับจำนวนเงินขนาดเล็กของอื่น ๆ methylarsenic ( V ) ชนิด :monomethylarsonic acid ( MMA ( V ) ) และ dimethylarsinic acid ( DMA ( V ) ในทางตรงกันข้าม , สาหร่ายเซลล์เดียว polyphysa peniculus อย่างรวดเร็ว เผาผลาญและสารหนูเพื่อ arsenite DMA แต่น้องสาวไม่อยู่ และ trimethylarsenic ชนิดไม่พบในสื่อหรือเซลล์ โดยเฉพาะ หรือ DMA หรือ MMA เป็น metabolized โดยสาหร่ายนี้ ( 18 ) อีกครั้งผู้แข่งขันไม่สามารถแสดงร่างกายของสารหนูโดยแบคทีเรียเนื่องจากการขาดวิธีการวิเคราะห์ที่มีความไวต้องตรวจสอบผลิตภัณฑ์ methylated . อย่างไรก็ตาม ในช่วงเวลาสมัยใหม่ เช่น จากที่ได้รับรายงานบ่อย ตัวอย่างเช่น michalke และเพื่อนร่วมงาน ( 20 ) ยืนยันว่า ออกซิเจน โดยทั่วไปที่พบในมูลน้ําทิ้งมีความสามารถใน methylating สารหนูและพวกเขารายงาน ตัวอย่าง trimethylarsine เป็นผลิตภัณฑ์หลักจาก methogenic อาร์เคีย methanobacterium formicicum , Methanosarcina barkeri andmethanobacterium , thermoautotrophicum .
-
ทางเคมีสำหรับสารหนูจาก ________________________________________

คำถามเกี่ยวกับความถูกต้องของผู้ท้าชิงทางเดินทำให้การเก็งกำไรเกี่ยวกับเส้นทางทางเลือกสำหรับสารหนูจาก . ใด ๆทางเคมี จะต้องมีการนำเสนอ นั่นคือ การนำเสนอในแต่ละขั้นตอนของปฏิกิริยาที่ต้องสอดคล้องกับความรู้ของเราจลนศาสตร์เคมีอุณหพลศาสตร์ของ ในย่อหน้าต่อไปนี้