©Dr.Leman, GBU Hirschberg 1998

Wirkungsmechanismus: Das Arsenatanion benutzt einen sog. Anionentransporter, um in das Zellinnere zu gelangen. Dieser ist ein 94 kD - Protein in der Erythrocytenmembran und macht mit 20 bis 30 % einen großen Teil der Membranproteine selbst aus. In der Membran eines einzelnen Erythrocyten befinden sich ca. 1,2 x 10 h6 Anionentransporter. Für die Toxikologie ist dieses Protein so wichtig, weil es nicht nur physiologische Anionen wie Hydrogencarbonat, Chlorid und Phosphat in die Zelle tranportiert, sondern auch die Permeation toxischer Anionen wie Vanadat-, Chromat-, Arsenat- und Superoxidanionen ermöglicht. In der Zwischenzeit wurde das Protein nicht nur in Erythrocyten, sondern auch in Epithelzellen der Niere, der Lunge und des Darmes sowie in Zellen von Leber, Gehirn, Herz und in weißen Blutkörperchen gefunden.

Zur Erklärung der Funktionsweise des Anionentransporters und der schematischen Darstellung des CO(2)- bzw. O(2)-Transportes durch die Erythrocyten siehe ---> folg. Abbildung (Erklärung im Text):

Abb.: Schema des CO(2)- bzw. O(2)-Transportes durch die Erythrocyten

Erklärung der Abbildung:
1. Vorgänge in der Zelle:

- Das Arsenation besitzt Ähnlichkeit mit dem Phosphation. Über den Anionentransporter gelangt es in das Zellinnere und benutzt dort das Enzym Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase als vorwiegenden Angriffspunkt.

- Die eigentliche Aufgabe des Anionentransporters ist die Aufrechterhaltung der Hydrogencarbonatkonzentration in den Erythrocyten. Die geringe Löslichkeit von CO(2) im Blut bringt es mit sich, daß der größte Teil (ca. 81%) des abgeatmeten Kohlendioxids in Form von Kohlensäure zu den Lungen transportiert werden muß. Dies geschieht, indem zunächst die Zellen im Blut gelöstes CO(2) aufnehmen und mit Hilfe von Carboanhydrase -einem sehr wirksamem zinkhaltigem Enzym- und Wasser in Hydrogencarbonat umwandeln.

- Das bei der Dissoziation der Kohlensäure gebildete H(+) wird vorwiegend durch Bindung an Hämoglobin unter Abgabe von O(2) gepuffert. An dieser Stelle ist, wie auch bei der Abgabe des CO(2) in der Lunge, der O(2)-Transport mit dem CO(2)-Transport gekoppelt. Das gebildete O(2) wird aus der Zelle abgegeben. Das in der Zelle gebildete Hydrogencarbonat wird ebenfalls über den Anionentransporter ausgeschleußt und dafür Cl(-) eingeschleußt bis auf beiden Seiten der Membran nahezu gleiche Konzentrationen vorhanden sind.

2. Vorgänge in der Lunge:
In den Lungen geschieht der umgekehrte Prozeß:

- O(2) wird zunächst durch Bindung an das Hämoglobin aufgenommen, wobei H(+) gebildet wird. CO(2) ensteht durch Dissoziation des Hydrogencarbonates mit Hilfe der Carboanhydrase und des vorher entstandenen H(+) und wird aus der Zelle durch Abatmung abgegeben.

- Der gebildete Konzentrationsgradient in den Zellen der Lunge bewirkt die Aufnahme von Hydrogencarbonationen in die Erythrocyten und die Abgabe von Cl(-) bis zur Einstellung des Konzentrationsgleichgewichtes.

-Durch die Protonenabgabe des Hämoglobins wird gleichzeitig die Affinität des Hämoglobins für O(2) erhöht.

Der Anionentransporter sorgt also für die Aufrechterhaltung der Hydrogencarbonat-Gleichgewichts-Konzentration bzw. wegen der Folgereaktionen auch für den Ablauf der Atmung im Organismus.

Das oben erwänte Enzym Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase (GADPH) nimmt bei der Glykolyse eine Schlüsselstellung ein, indem es Glycerinaldehyd-3 -phosphat zu 1,3-Bisphosphoglycerat oxidiert und dabei ein anorganisches Phosphatmolekül in eine energiereiche Bindung überführt (1,3-Biphosphoglycerat), die dann zur ATP-Gewinnung genutzt wird:

Glycerinaldehyd-3-phosphat(2)(-) + [NAD](+) + [HPO(4)](2)(-) <---GADPH---> 1,3-Biphosphoglycerat(4)(-) + NADH + H(+)

1,3-Biphosphoglycerat(4)(-) + ADP(3)(-) ---> 3-Phosphoglycerat(3)(-) + ATP(4)(-)

In dieser Reaktion kann das Phosphation [HPO(4)](2)(-) durch Arsenat [HAsO(4)](2)(-) ersetzt werden, das entstehende 1-Arseno-3-Phosphoglycerat ist aber labil und zerfällt in 3-Phosphoglycerat und Arsenat, so daß die Substratkettenphosphorylierung unterbrochen wird:

Glycerinaldehyd-3-phosphat(2)(-) + [NAD](+) + [HAsO(4)](2)(-) + H(2)O <---GADPH---> 3-Phosphoglycerat(3)(-) + NADH + 1-Arseno-3-phosphoglycerat(4)(-) + 3 H(+)

Damit steht kein 1,3-Bisphosphoglycerat zur ATP-Gewinnung zur Verfügung:

1-Arseno-3-phosphoglycerat(4)(-) ---> 3-Phosphoglycerat(2)(-) + [HAsO(4)](2)(-) (keine ATP-Bildung)

Aus der Phosphatgruppe im 3-Phosphoglycerat läßt sich lediglich die zuvor aus ATP stammende Energie zur Bildung von Glycerinaldehyd-3-phosphat zurückgewinnen.

Akute Vergiftungssymptome:

rel. Molekülmasse: 398.08
Schmelzpunkt [ grad C]: 1.5
Siedepunkt: --
Löslichkeit in Wasser (20 grad C): 0.13 g/L

H(3)AsO(4) x 1/2 H(2)O
Allgemeine Eigenschaften: weiße, durchscheinende, hygroskopische Kristalle

rel. Molekülmasse: 150.95
Schmelzpunkt[ grad C]: 35.5
Siedepunkt[ grad C]: 160 (-H(2)O)
Sättigungsdampfdichte:
Löslichkeit in Wasser (20 grad C) [g/L]: 6300

As(2)O(5)
Allgemeine Eigenschaften: weiße, durchscheinende Kristalle

rel. Molekülmasse: 229.84
Schmelzpunkt[ grad C]: 315 (Zersetzung)
Siedepunkt[ grad C]: --
Löslichkeit in Wasser (20 grad C) [g/L]: 1500

As(2)O(3)
Allgemeine Eigenschaften: amorphe, glasartige Substanz

rel. Molekülmasse: 197.84
Schmelzpunkt [ grad C]: 312.3
Siedepunkt[ grad C]: --
Löslichkeit in Wasser (20 grad C) [g/L]: 37.0

Grenzwerte:

Bermerkungen:Analytische Unterscheidungen der As-Verbindungsarten sind kaum möglich. Daher wird der Gehalt des Elementes als zu untersuchende Größe zugrundegelegt. Da nicht erwiesen ist, ob krebserzeugende Verb.en im Arbeitsbereich vorliegen, wird empfohlen, den TRK-Wert anzuwenden.

TRK 0,1 G [mL/cbm]
Bemerkungen: selber Wert für As(2)O(3), As(2)O(5); H(3)AsO(3), H(3)AsO(4) und deren Salze

Literatur:

Wenn Sie entsprechende Bestimmungen durchführen lassen möchten oder bei Fragen anderer Art wenden Sie sich bitte telefonisch (06201-507 854), per FAX (06201-592 126) oder e-mail an Dr.Leman

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Letzte Aktualisierung: 7.August 1998