Elanie O'Connor, Nicholas Fryer és Terence P. Kee

A foszfor. Barát vagy ellenség?
 

A szerves foszforvegyületek a mezõgazdaság és a gyógyászat kipróbált hatóanyagai. A BSE-kór körül támadt vita és a tokiói metró utasai ellen elkövetett gáztámadás azonban a készítmények veszélyeire is hangsúlyozottan figyelmeztet. A következõ írás a szerves foszforvegyületek kapcsán felvetõdõ kérdésekre ad néhány választ.


A foszfort elõször egy osztrák alkimista, Henning Brand állította elõ 1669-ben vizeletbõl.* Késõbb, az 1700-as évek közepén állati csontokból, a XIX. században pedig foszfáttartalmú ásványokból nyerték ki az elemet. A biolológusok, biokémikusok eszköztárába azóta bevonult a "foszforkémia" a PX kötések elõállítása és hasítása ( X=O, N, S vagy halogén). Az alábbiakban két olyan vegyületcsoportról lesz szó, amelyben fontos szerepet játszik a PX kötések hasítása: a foszfortartalmú szerves rovarirtókról és idegmérgekrõl.

Az I. világháború után a fellendülõ növénytermesztés miatt a rovarirtókra is egyre nagyobb szükség lett, és mind fontosabbá váltak az emberre ártalmatlan rovarpusztító szerek. Az 1930-as években jelentek meg a foszfortartalmú szerves rovarirtók és idegmérgek. A kétféle anyag összetétele és biológiai hatása igen hasonló.  "Általános képletükben" (jobbra) A és B rendszerint alkoxicsoport, RO (R=metil, etil stb.), X oxigén vagy kén, Y könnyen távozó csoport, például halogén, vagy kén-, nitrogén- vagy oxigéntartalmú csoport.
 

Miért mérgezõk a szerves foszforvegyületek?

Az összes foszfortartalmú szerves rovarirtó és idegméreg a központi idegrendszert támadja meg. Az idegsejteket a szinapszisok kapcsolják össze. A szinapszisokban az idegsejtek nem érintkeznek egymással. Ha idegi impulzus éri a szinapszist, megindul a neurotranszmitterként mûködõ acetil-kolin kiválasztása. Az acetil-kolin a szinapszis másik végéhez vándorol, és az idegsejt receptorán "dokkol". Ez új idegi impulzust indít el a sejtben, amely az impulzust egy újabb szinapszishoz juttatja el és a folyamat megismétlõdik (1. ábra).
 

1. ábra. Impulzusvándorlás

Az acetil-kolin akkor mûködik normálisan, ha az új impulzus elindítása után leválik a receptorról és elbomlik, hogy "helyet adjon" a következõ impulzusnak. Ha az acetil-kolin felgyülemlene a szinaptikus tartományban (kb. 500·106 mól/dm3 fölé nõne a koncentrációja), az új impulzusok képzõdése folyamatossá válna, és a központi idegrendszer "túlhevülne", majd összeomlana. Ez játszódik le, amikor a foszfortartalmú szerves légyirtót a légyre permetezzük: a rovar "halálra izgulja magát". Normális esetben a fölöslegessé váló acetil-kolint az acetil-kolin-észteráz nevû enzim hatástalanítja deacetilezéssel (2. ábra). A foszfortartalmú szerves rovarirtók és idegmérgek ennek az enzimnek a mûködését gátolják.
 

2. ábra. Az acetil-kolin acetilezése (fönt) és foszforilezése (lent)

Hogyan hatnak a szerves foszforvegyületek?

A foszfortartalmú szerves észterek az acetil-kolinhoz hasonlóan szintén reagálnak az acetil-kolin-észterázzal, de nem acil-, hanem foszforilcsoportot adnak át az enzimnek (2. ábra). Az acetilezett acetil-kolin-észetráz vízzel reagálva aktív enzimmé alakul vissza, míg a foszforilezett forma nehezebben hidrolizál. Foszforilezés hatására tehát az enzim elveszti aktivitását, és az acetil-kolin koncentrációja megnõhet a szinapszisban. A szerves foszforvegyületek tulajdonképpen az acetil-kolinnal mérgeznek.

A rovarban és az emberben képzõdõ acetil-kolin-észteráz igen hasonló, ezért a vegyészek olyan rovarirtókat kísérleteztek ki, amelyek csak a rovarokat károsítják. Ilyenek például a [P=S] csoportokat tartalmazó vegyületek. Ezeket a nem túl hatásos rovarirtókat az állati szervezet enzimei [P=O] csoportokat tartalmazó, mérgezõ anyagokká alakítják át.

A vegyületek többsége egy bizonyos koncentráció fölött méregként hat az emberi szervezetre. A szerves foszforvegyületek az átlagosnál nagyobb hatásúak. Több évtizedes kutatómunka eredményeként születtek meg azok a szerek, amelyek a rovarokra sokkal károsabbak, mint az emberre. Nem ismerjük azonban a kis koncentrációban jelenlevõ szerves foszfervegyületek hosszú távú hatását. Nagy vita folyik például arról, hogy milyen szerepet játszhatnak ezek a vegyületek a BSE-kór kialakulásában. A londoni Pszichiátriai Intézetben kimutatták, hogy az egyik foszfortartalmú szerves rovarirtó, a Phosmet, amellyel az 1980-as években védték a szarvasmarhákat a bögölyinvázió ellen, olyan fehérjéket változtathat meg, amelyek szerepet játszanak az agymûködésben, és módosult formájukban fertõzhetik a szarvasmarhákat. A megbízható következtetések levonásához azonban még sok kísérletet kell elvégezni.

A foszfor azonban nemcsak ellenség a csontok fontos komponense és számos biokémiai folyamat szereplõje. A DNS, az RNS, a sejtfal és sok enzim szerves foszforvegyületeket tartalmaz. A vegyületek megítélése azon múlik, hogy a kémiai szerkezet miként befolyásolja a szervezetben zajló kémiai reakciókat.
 

Az Education in Chemistry 1998. szeptemberi számában megjelent cikk alapján


* Az elsõ elem, amelynek ismerjük a felfedezõjét, a foszfor volt. Hennig Brand hamburgi alkémista 1669-ben állította elõ vizeletbõl. Nevét egy Elsholz nevû orvos 1679-ben írt könyvében kapta. Akkoriban sokat írtak az újságok a foszfor csodálatos világításáról. Leibniz, a tudós és akkor éppen hannoveri miniszter, nagyobb mennyiségû foszfor elõállításához a nyersanyagot a hadsereg révén biztosította. Divatcikk is lett udvari körökben a foszforeszkáló ruha. (Szabadváry Ferenc: A magyar kémia mûvelõdéstörténete, Mundus, Budapest, 1998.)
Vissza http://www.kfki.hu/chemonet/ 
http://www.ch.bme.hu/chemonet/