近年来,砷污染及砷中毒事件在全球范围内频发,遭受砷污染的饮用水成为人类健康的重大威胁。美国一项新研究揭示了砷是如何借助微生物的新陈代谢进入水源的。这对于预测砷迁移转化对环境的影响有重要意义。

砷是俗称的“砒霜”中的主要成分,是自然界中存在的一种有毒元素。全世界至少有1亿人饮用的水砷含量超标。此前研究表明,摄入砷可能会增加人罹患肺癌、膀胱癌和皮肤癌等癌症的风险。

砷酸盐是自然界中常见的含砷化合物,它通常吸附在沉积环境中的铁矿物表面,难以溶解到地下水中。那么水中的砷污染从何而来?加州理工学院研究人员领导的一个国际团队发现,当环境缺氧时,一些微生物会进入厌氧代谢模式,将砷酸盐转化为易溶于水的亚砷酸盐,从而污染地下水。

在这一过程中,砷酸盐呼吸还原酶扮演了关键角色。这种酶的结构微小,即使在显微镜下也难以看到。研究团队运用X射线衍射技术来准确显示其结构及其与砷酸盐结合的位点,这对了解它的功能有重要帮助。论文近期发表在美国《国家科学院学报》上。

进一步研究发现,砷酸盐之所以对人体有毒,原因在于它在化学上与磷酸盐相似,而磷酸盐是细胞产生三磷酸腺苷(ATP)的必要化合物,ATP是细胞能量的来源。如果砷酸盐过量,细胞会优先与砷酸盐结合而不是磷酸盐,从而破坏产生ATP的能力,导致细胞死亡。

加州理工学院地质生物学教授纽曼表示,研究砷酸盐呼吸还原酶在相关环境中如何发挥作用,有助于了解砷如何通过细菌进入饮用水,从而帮助解决复杂的环境安全问题。

(据新华社)