Vsebina članka:

• 1.del

1.     URAN

2.     URANILOV ION

2.1       INTERAKCIJE MED URANILOVIM IONOM IN PROTEINI

1. URAN

Uran je svetlo siva, zelo težka oziroma gosta kovina. Leta 1789 jo je odkril nemški kemik Martin Klaproth in jo poimenoval po planetu Uranu. Kemični simbol je U in ima vrstno število 92 [1]. V periodnem sistemu ga najdemo med aktinoidi. Pri aktinoidih se polni 5f- podlupina, ter valenčni podlupini 6d in 7s. Aktinoidi so radioaktivni, so reducenti, zato na zraku in vodi zelo hitro oksidirajo. Najpogostejše oksidacijsko število pri aktinoidih je +3. Aktinoide pridobivamo z redukcijo floridov, kloridov ali oksidov s parami litija, magnezija, kalcija ali barija pri temperaturah od 1100 do 1400°C. Večina aktinoidov reagira s kisikom, raztopinami oksokislin, halogeni in tudi z nekaterimi drugimi elementi, odvisno od pogojev [2].                                           

Uran, ki ga najdemo v zemeljski skorji je v povprečni koncentraciji 2 g/tono in je v različnih mineralnih oblikah. Glavni rudi sta uraninit (UO₂) in karnotit, pojavlja pa se tudi v bakrovih, zlatnih in fosfatnih rudah, v nizkih koncetracijah pa tudi v morju [1]. Skoraj vedno se nahaja v obliki linearnega uranilovega dikationa O=U=O²⁺. Uran ima 16 različnih izotopov, najbolj zastopani pa so trije in sicer z masnimi števili 238 (99,27 %), 235 (0,72 %) in 234 (0,006 %). Vsi trije izotopi so radioaktivni; razpolovna doba U-238 je 4,5 × 10⁹ let, U-235 7 × 10⁸ let in U-234 2,5 × 10⁵ let. Vsi trije izotopi pri razkroju sevajo α- in β-delce [3].

Fizikalne lastnosti urana: Gostota urana je 18,9 g/cm . Temperatura tališče je pri 1135 ºC, vrelišča pa pri 4124 °C. Entalpija uparevanja je 422,58 kJ/mol, toplotna prevodnost je 27,6 W/mK (300K), električna prevodnost je 3,6 10⁶ /mg cm, specifična toplotna kapaciteta pa 0,12 J/gK (300K) [2] .

Kemijske in strukturne lastnosti urana: elektronska konfiguracija urana je (Rn) 5f³ 6d² 7s². Oksidacijska števila urana so lahko +6, +5, +4 in +3. Atomski radij je 1,38 Ǻ, kovalentni pa 1,42 Ǻ. Kristalna struktura je ortorombska [2].

Spojine elementa:

- Oksidi: UO₂, U₃O₈ in UO₃. UO₃ pridobivamo pri razkroju uranilovega nitrata, ostale okside pa pridobimo iz UO₃ z redukcijo. Oksidi se raztapljajo v dušikovi (V) kislini, pri tem pa nastanejo spojine, ki vsebujejo kation UO₂²⁺ [2].

- Halogenidi: UF₆, UCl₆, UF₅, U₂Cl₁₀ in UX₃ (X=Cl, Br, I) [2].

Uporaba urana: izotop U-235 se lahko uporabi v atomskih orožjih, pogosteje pa ga uporabljamo kot gorivo v reaktorjih nuklearnih elektrarn. Izčrpan uran, kjer je izčrpanega 50-70% U-235, uporabljamo kot protitankovsko zaščito in kot strelivo. Uran se v manjši meri uporablja tudi kot pigmentno sredstvo v keramični in steklarski industriji [3].

Toksičnost urana:

Krajša izpostavljenost močnemu uranovemu sevanju povzroča poškodbe ledvic, malo pa je znano ali je uran pri izpostavljenosti v daljših časovnih obdobjih dejansko genotoksičen. Pri ljudeh, ki so živeli v okolici rudnikov z uranovo rudo so opazili povečan obseg pljučnega raka, vendar so ugotovili, da raka povzroča radioaktiven radon, ki nastane pri radioaktivnem razpadu urana U-238. Čeprav je dobro znano, da je radon kancerogen, ni izključeno, da uran sam po sebi ni kancerogen. Domnevali so, da poklicna izpostavljenost vojakov pri oplemenitenju urana povzroča večje tveganje za nastanek pljučnega raka, vendar so kasneje dokazali, da tveganje ni niti dvakrat večje od tveganja zaradi izpostavljenosti uranu ostale populacije. Zaskrbljujoča je izpostavljenost ljudi uranu v okolici zapuščenih uranovih rudnikov. Mehanizem vpliva urana na zdravje ljudi še niso pojasnili, odkrili pa so, da je bilo v okolici opuščenega rudnika v Navaju več mrtvo rojenih otrok ter prekinjenih nosečnosti. Pri opazovanju zbolevanja ljudi v okolici opuščenega rudnika v Koloradu, kjer so za gradnjo hiš uporabili ostanke iz rudnika, so ugotovili, da ljudje nič bolj pogosteje ne zbolevajo za pljučnim rakom ali za levkemijo, pač pa pogosteje zbolevajo za rakom prostate, trebušne slinavke in rakom debelega črevesja. Prav tako so opazili povečano zbolevanje ljudi za rakom prebavil v okolici mesta New Mexico, kjer so odlagali uran ali uranove odpadke. Bolezni pa naj ne bi bile povezane z ionizirajočim sevanjem urana, pač pa naj bi bile toksične ostale snovi, ki so prav tako prisotne v odpadkih. To so: arzenik, kadmij, selen, molibden, svinec in cianid. Čeprav je dokazano, da odpadki iz rudnikov, kjer so kopali uranovo rudo povzročajo mnoge bolezni, niso strokovnjaki, ki so sodelovali v raziskavah, v nobenem od naštetih primerov smatrali, da je uran sam po sebi genotoksičen. Vsi strokovnjaki pa se s to trditvijo ne strinjajo. Uran je namreč po svojih kemijskih lastnostih zelo podoben kromu, za katerega pa je dokazano, da je kancerogen. Krom obstaja v šestih oksidacijskih stanjih: +6, +5, +4, +3, +2 in 0, kar je podobno uranovim oksidacijskim stanjem, ki so: +6, +5, +4, +3 in 0. Krom je najbolj stabilen v stanjih  +6 in +3, uran pa v +6 in +4. Krom 6+ poškoduje DNA, zato sklepajo, da tudi uran poškoduje DNA. Uranilov ion (UO₂²⁺) pri nizkem pH, ob prisotnosti kisika oksidira askorbinsko kislino (vitamin C) do dehidroksi askorbinske kisline; uranilov nitrat ob prisotnosti vodikovega peroksida povzroča peroksidne radikale pri pH nižjem od 4. Pred kratkim so odkrili, da izčrpan uran v prisotnosti vodikovega peroksida in askorbinske kisline povzroča oksidacijo DNA [3].

Zdravju škodljivi pa niso le učinki radiološkega sevanja urana, pač pa tudi interakcije med uranom in biološkimi molekulami v telesu. Najmanj toksične so netopne oblike, saj se izločijo iz telesa preko prebavnega trakta, medtem ko topni obliki U(IV) in U(VI) interagirata z biloškimi molekulami in tako tudi povzročata zastrupitve [4].

2. URANILOV ION

Kot sem že omenila, se uran v mineralih in v morski vodi skoraj vedno nahaja v obliki linearnega uranilovega (O=U=O²⁺) dikationa [3]. Razdalja med uranovim in kisikovima ionoma nakazuje, da ima vez med njima karakter dvojne vezi, efektivni naboj uranovega iona pa je +3. Linearen dioksokation, z nabojem +2 preprečuje, da bi se nanj vezali trivezni ligandi, kot so EDTA, DTPA in podobni. Ligandi, ki se lahko vežejo na uranilov ion so le tisti, ki se vežejo v ekvatorialni ravnini in tvorijo z njim stabilen kompleks. Ko pride do vnosa kationa v telo, se nanj vežejo karbonatne molekule. Nastane kompleks [UO₂(CO₃)₃]^4-. Pri fizioloških pogojih karboksilatni donorji iz bioloških ligandov tekmujejo s karbonatnimi in jih tudi zamenjujejo. Tako se uranilov ion po telesu  prenaša preko interakcij s karbonatnimi in proteinskimi ligandi. Kompleks z uranilovim kationom tvorijo stranski karboksilni skupini aspartata in glutamata ter tudi karboksilni konec proteina [4].

TOKSIČNOST:  uranilov kation, UO₂²⁺, je prevladujoča oblika urana v živih organizmih. Veže se na proteine v serumu. V tkiva se prenaša v obliki kompleksa z dvema karbonatnima skupinama in enim vezanim proteinom (slika 1). Povzroča pa poškodbe nefronov v ledvicah.

Slika 1: slika prikazuje koordinacijo uranilovega kationa v krvnem obtoku. Prevladovati bi morali kompleksi z dvema ali tremi vezanimi karbonati. Vendar se lahko eden karbonat zamenja s proteinom, nastane kompleks UO₂:protein:bis-karbonat, ki lažje prehaja v ledvice [4].

Proteini, ki se vežejo na uranilov bis-karbonato kompleks so človeški serumski albumin (HSA), transferin (Tf, prenašalec železa) in tudi nekateri ostali proteini [4].

Uranilov kation lahko tudi zamenja magnezij v heksokinazi in tako prekine prvo stopnjo pri glikolizi, kjer se glukoza s pomočjo ATP in heksokinaze pretvori v glukozo-6-fosfat. V ledvicah lahko uranilov kation prekine transport para-aminohipurata, lahko pa tudi poškoduje membrane epitelnih celic, ki obdajajo ledvice. In vitro raziskave pa so tudi pokazale, da lahko uranilov kation povzroči tudi hidrolizo verige DNA[4].

2.1. INTERAKCIJE MED URANILOVIM IONOM IN PROTEINI

V serumu naj bi po mnenju strokovnjakov prevladovali kompleksi z dvema ali tremi karbonati, vezanimi na uranilov ion. Lahko bi se vezali tudi drugi anorganski ligandi. Raziskave o termodinamski stabilnosti uranila s proteini pa so pokazale, da se uranilov kation veže s transferinom v razmerju UO₂:Tf : 2:1. Poskus je bil izveden v odsotnosti železovih (III) ionov. Da pa bi potrdili obstojnost kompleksa v bioloških sistemih, morajo izvesti še dodatne raziskave. Raziskava pri rudarjih, ki so delali v rudniku uranove rude je pokazala, da tvorijo uranilovi kationi v krvni plazmi stabilne komplekse z albumini (log Kf  ~ 10-11) in eritrociti (log Kf ~ 9). Uranilov kation je tvoril tudi komplekse z aminokislinami, DNA in RNA, vendar raziskovalci niso pridobili natančnih podatkov o strukturi teh kompleksov [4].

Raziskava s kratkimi peptidi je pokazala, da se uranilov kation nespecifično veže na karboksilne skupine stranskih skupin aminokislin. Pri fiziološkem pH prevladujejo strukture s trojno zgradbo: uranilov kation-peptid-karbonat. V raziskavi in vivo so ugotovili, da se z uranilovim kationom nespecifično veže vsaj deset proteinov. Ceruloplazmin, hemopeksin ter še dva proteina se vežejo z uranilovim ionom v razmerju >1:1 [4].

Več prihodnjič:

• 2. del  

3.     STRUKTURE KOMPLEKSOV

3.1       STRUKTURE S PROTEINI IN AMINOKISLINAMI

3.1       SKUPKI URANILOVIH IONOV

3.2.      URANIL LAHKO POŠKODUJE ENOVERIŽNO DNA

4.     ZAKLJUČEK

5.     LITERATURA