Tödliche Wolke: Die Wissenschaft hinter dem syrischen Chemiewaffen-Angriff

Es wird vermutet, dass letzte Woche die syrische Regierung Hunderte von eigenen Zivilisten mit chemischen Waffen ermordet. Wir wissen nicht, welche Waffe sie verwendet, aber wir wissen, es ist einer der wenigen Chemikalien, so genannte Nervengas.

Nervengase wurden versehentlich von einem Nazi-Ära Wissenschaftler versucht, ein effektiver Pestizid erfunden. Das ist warum diese Moleküle in ihrer Struktur so ähnlich wie die am weitesten verbreitete Klasse von Insektiziden sind, Chemikalien, so genannte Organophosphate, denn sie Kohlenstoff-basierte ("organische") Gruppen enthalten gekoppelt an ein Phosphor-Atom. Und die Art und Weise, die ein Nervengift Sie tötet, ist sehr ähnlich wie ein phosphororganischen Pestizid ein Insekt tötet.

Es sieht aus wie letzte Woche Massaker zu einem Krieg führen könnte (das Weiße Haus spricht von einem Raketenangriff). In diesem Sinne ist hier ein Blick auf die Wissenschaft von dem, was passiert.

Dieser Beitrag erschien auf Blätterteig der Mutant Drache ursprünglich und hat mit Genehmigung veröffentlicht worden.

Woher wissen wir, dass die syrischen Govt Nervengase verwendet?

Die Symptome sind unverkennbar. Beispielsweise hatten die Schüler der Opfer Augen auf die Größe der Genauigkeiten verengt. Das ist genau das, was passiert ist der deutsche Wissenschaftler, Tabun, die erste Nervengift erfunden. Die punktgenaue Schüler ist ein Markenzeichen von Nervengift vergiftet. Es gibt keine andere chemische Waffe, die solche Symptome verursachen würde.

Was haben sie verwendet?

Die Nervengase verursachen ähnliche Symptome, so gibt es keine Möglichkeit, sicher zu wissen, ohne eine Probe zum testen.

Von links nach rechts: Sarin, Tabun, Soman und VX. Das orange Atom ist ein Phosphor; Deshalb sind alle "Organophosphate". Kohlenstoff ist schwarz, Stickstoff ist blau, Sauerstoff ist rot, Schwefel ist gelb und Fluor ist grün. Das Phosphor-Atom ist der Teil des Moleküls, die mit Acetylcholinesterase reagiert.

Reuters sagt, dass die Waffe war wahrscheinlich Sarin, weil die syrische Regierung hat offenbar Vorräte an diesem bestimmten Chemikalie. Sarin ist eine Chemikalie mit einer hässlichen Geschichte, BTW; Es scheint, dass in den 1950ern die britische Regierung illegal Sarin auf einige ahnungslosen britischen Soldaten getestet, die gesagt wurde, dass sie in einem Test für ein neues Erkältungsmittel teilnahmen. Einer dieser Soldaten starben dabei. Der Vormund hat die Geschichte auf, die unter diesem Link.

Diese vier Chemikalien sind schwieriger zu machen als etwas wie, sagen wir, Crystal Meth. Sie sind nicht etwas, was Sie in Ihrem Garten kochen konnte. Aber halbwegs anständiger synthetischer organischer Chemiker machen könnte. So ziemlich jede Regierung, die sie schlecht wünscht ihnen bekommen genug, weshalb sie ein Problem sind....

Was passiert mit Ihnen, wenn Sie von einem Nervengift vergiftet sind?

Ihr Gehirn verliert die Fähigkeit, Ihre Muskeln zu steuern, einschließlich der Muskeln in Ihr Zwerchfell, mit denen Sie zu atmen, so dass Sie gehen in Krämpfe (Muskulatur unkontrollierbar contracting), sabbern, die Kontrolle über Ihre Blase verlieren, Ihre Brust gestrafft, Sie aufhören zu atmen und sterben schließlich an Atemversagen. Es ist keine einfache Möglichkeit zu sterben. Wer beschlossen, dies auf Zivilisten zu schießen, ist ein kranker Welpe, keine zwei Arten davon.

Wie funktionieren Nervengase?

Ihr Gehirn sendet Signale an die Muskeln durch Nerven, die motorischen Neuronen genannt. An der Stelle, wo das Motoneuron den Muskel trifft, heraus die Neuron-Pumpen eine chemische namens Acetylcholin, der sagt, die Muskeln, sich zusammenzuziehen. Acetylcholin wird durch ein Enzym namens Acetylcholinesterase (ich werde es A-Prime kurz nennen) abgebaut. Es ist eine Esterase , weil es eine Esterbindung in Acetylcholin bricht; ein Ester ist zwei Sauerstoffatome an ein Kohlenstoff in der Mitte eine Kohlenstoffkette gebunden. Ester-Bindungen sind in der Regel sehr langsam im Wasser abgebaut, aber ein Enzym wie A-Prime beschleunigt diese Reaktion so es schnell passiert.

Dies ist Acetylcholin. Es löst Ihre Muskeln, sich zusammenzuziehen. Acetylcholinesterase (A-Prime) bricht es schnell, dass Ihre Muskeln nicht vertraglich vereinbarten bleiben, wenn das Signal von Ihrem Gehirn ihnen zu sagen, sich zusammenzuziehen vorbei ist.

Ein Organophosphat wie Sarin gleitet in einen Slot auf dem A-Prime-Protein wie ein Schlüssel-Formstück ins Schloss – weil seine Form es ermöglicht gleiten Recht drin. Sobald es in den Steckplatz ist, reagiert es mit einer Aminosäure Serin im A-Prime Molekül namens, und jetzt es auf A-Prime für gute geklebt. Ein Molekül von A-Prime, die hat ein Organophosphat stecken, es kann nicht mehr brechen Acetylcholin, Acetylcholin um hängt und Ihre Muskeln denken, dass Ihr Gehirn ist ihnen zu bleiben dauerhaft vertraglich zu sagen, weil der Acetylcholin geht nicht Weg – es ist immer noch da. Also deine Muskeln kontrahieren und vertraglich zu bleiben – und an diesem Punkt Sie können nicht mehr atmen. Das ist, warum die Schüler Ihrer Augen schrumpfen zu Genauigkeiten (weil die Bande von Muskel genannt Iris beauftragt hat und kann nicht entspannen).

Die Reaktion zwischen Sarin und A-Prime ist sehr schnell und sehr irreversibel. Thats, warum Sarin (und andere Nervengase) sind tödliche auch bei sehr niedrigen Dosen – denn auch bei geringen Konzentrationen Nerv Mittel mit A-Prime sehr schnell reagieren. Und Sie Nervengas durch die Haut aufnehmen können. Diese Verbindungen sind eigentlich Flüssigkeiten bei Zimmertemperatur, BTW; eine Menge Leute nennen sie "Nervengas", und es stimmt, sie sind ziemlich volatil, was bedeutet, dass sie ziemlich leicht verdunsten können. Aber wenn Sie sie Spritzen Sie streuen ein Nebel aus winzigen Tröpfchen namens Aerosol, genau wie das Spray aus der Dose Lufterfrischer, und Menschen können sehr leicht diese winzigen Tröpfchen einatmen.

Gibt es ein Gegenmittel?

Ja. Es ist eine Chemikalie namens 2-PAM, die wie folgt aussieht:

An einem Ende 2-PAM nennt man eine Oxim-Gruppe, ein Stickstoff Doppel-gebundenen Kohlenstoff mit einem OH drauf hat. Diese Gruppe ist sehr polar (d.h. Elektronen sind nicht gleichmäßig verteilt) und die OH elektronenreichen, also kann es mit der Phosphor von Sarin, die an die Serin in A-Prime klebt reagieren. Wenn es das tut, ist A-Prime wieder frei, wieder an seine Arbeit.

Dies funktioniert nicht immer weil ein Organophosphat, die bereits mit A-Prime reagiert hat tatsächlich eine anschließende Reaktion genannt "Alterung" unterziehen kann ** die sicherstellt, dass es nicht durch 2-PAM entfernt werden. Diese "Alterung" Reaktion ist jedoch für die meisten Nervengase, langsam.

In der Regel Ärzte verabreichen CO 2-PAM zusammen mit Atropin, ein Chemiewerk aus Jimson Unkraut, dass Blöcke Acetylcholin aus der Bindung an einen bestimmten Typ des Rezeptors auf Muskelzellen, so hilft es, Sie erholen sich von Nervengift vergiftet.

Abhängig von den Agenten und wie viel Sie eingeatmet kann injizieren Sie mit einigen 2-PAM und Atropin dein Leben – retten, wenn der Arzt Ihnen schnell genug bekommen kann. Ich habe das Gefühl, die syrische Armee war nicht genau, den Weg für den Krankenwagen aber.

Wie wurden diese erfunden?

Durch Zufall. Ein deutscher Chemiker versuchte, ein leistungsfähiges neues Pestizid einfallen lassen. Er wusste nicht, jedem von diesem Zeug über Acetylcholinesterase; Er wusste nur, dass einige Phosphorverbindungen mit kohlenstoffhaltige Gruppen gekoppelt zu ihnen schien, einen tollen Job Tötung Fehler zu tun. Er hatte keine Ahnung, warum, aber er wusste, dass er auf etwas. So er hielt auf diese Verbindungen, kleine Änderungen Optimierungen, Hinzufügen von neuen und verschiedenen chemischen Gruppen dann testen, um zu sehen ob sie noch besser auf die Insekten zu töten, und eines Tages kam er mit etwas, das vage roch wie Äpfel. Er nahm einen Hauch und selbst fast getötet.

Gerüchte über diese neue Verbindung bekam Runde an die Bundesregierung. Eine Chemikalie, die tödlich in kleinen Dosen und es riecht nach Obst? Sie glauben besser, Hitler interessiert war. Dassverrückte Bastard war immer auf der Suche nach neuen Möglichkeiten, Menschen zu töten.

Warum keine Pestizide wie Malathion töten Menschen auch bei ihrer Struktur so ähnlich der Nervengase?

Werfen Sie einen Blick auf Malathion unten:

Sie können sehen, dass es aussieht wie eines der Nervengase, aber es ist anders genug, richtig auseinanderhalten können? Und diese Unterschiede bedeuten, dass der Organophosphatschädlingsbekämpfungsmittel in der Regel mehr für Insekten giftig, als sie für den Menschen sind, sind weil die strukturellen Differenecs verändern die chemische aufgenommen und verstoffwechselt und so weiter. Malathion, beispielsweise relativ geringen Toxizität für den Menschen hat, weil Ihr Körper sie bricht und es ziemlich schnell scheidet *. Wie die meisten Organophosphatschädlingsbekämpfungsmittel bricht sie auch recht schnell in der Umgebung.

Und doch sind viele der Organophosphatschädlingsbekämpfungsmittel noch sehr giftig für den Menschen. Parathion, ist zum Beispiel so giftig, dass man es eine schwache Nervengift nennen kann. Landarbeiter sind die Menschen am meisten gefährdet, und Chemikalien wie Parathion haben in der Tat zahlreiche versehentliche Todesfälle unter Landarbeitern, vor allem in den Entwicklungsländern verursacht. Viele der giftigsten Chemikalien in der Landwirtschaft sind Organophosphatschädlingsbekämpfungsmittel.

Es ist bemerkenswert, wie viel Geschichte Organophosphatschädlingsbekämpfungsmittel und Chemiewaffen gemeinsam zu teilen. VX, basiert beispielsweise auf ein Nervengift namens VG, die ursprünglich hergestellt und verkauft als Pestizid, bis jemand schließlich bemerkte, war es wahnsinnig giftig für den Menschen.

Hmm. Ich mag nicht den Klang dieser phosphororganischen Insektizide. Gibt es keine alternative Chemikalien, die Insekten zu töten?

Alternativen sind die Carbamat Pestizide, organische Pestizide und die Pyrethroide.

Die Carbamate arbeiten durch Insekten Acetylcholinesterase ausschlagen. Die Art und Weise sie Acetylcholinesterase deaktivieren ist ein wenig anders als die Art und Weise, die ein Organophosphat funktioniert. Dennoch, einige von ihnen sind auch sehr gefährlich für die menschliche oder tierische Gesundheit – Carborufan in den Sinn kommt. Die meisten der Carbamate neigen dazu, schnell in der Umwelt abgebaut.

Die organische Pestizide sind Kohlenwasserstoffe mit Chloratome befestigt. DDT ist der bekannteste. Die meisten der chlororganischen Pestiziden neigen, in die Umwelt langsam abgebaut. Da sie also fettlöslich sind können Ihr Körper und denen der anderen Tiere nur langsam, loswerden, weshalb sie neigen dazu, gehen oben in der Nahrungskette anreichern. Die EPA hat verboten oder Beschränkungen unterliegen die meisten von Ihnen wegen ihrer Auswirkungen auf die Umwelt.

Die Pyrethroide sind Verbindungen, die basierend auf einem Insekt-Tötung Chemikalie in die Chrysantheme Blume gefunden. Sie arbeiten in völlig anders als die Organphosphate/Carbamat-Familien; Ihre Ziele sind Ionenkanäle in Nervenzellen. Ihre Leber kann brechen die meisten davon sehr schnell, und sie neigen dazu, viel weniger giftig für Vögel und Säugetiere als die meisten Organophosphatschädlingsbekämpfungsmittel damit sie wurde mehr und mehr beliebt, vor allem für Anwendungen in geschlossenen Räumen immer habe. Die meisten von ihnen neigen dazu, schnell in der Umwelt abgebaut. Das bedeutet nicht, sie sind völlig harmlos, aber. Sie töten nützliche Insekten wie Bienen, und sie sind sehr giftig für Fische.

Es gibt andere Insektizide draußen, aber diese sind die größten Klassen.

Naja... ok. Ich kann nicht sehen, dass alle Pestizide verursachtes Gleichgestelltes sind. Aber es klingt wie die harmlosesten von ihnen kommen mit Abstrichen auch. Gibt es eine weitere Möglichkeit, neben der Verwendung dieser Verbindungen Insekten zu töten?

Gute Frage. Dort ist, obwohl eine Menge Leute mögen es nicht. In einem späteren Beitrag werde ich darauf zurückkommen. Jetzt kommen wir zurück nach Syrien.

Ja... über Syrien. Was sollen wir dagegen tun?

Sicher, ich habe meine Meinung über was wir sollte oder sollte nicht wie jeder andere. Aber dies ist ein politisches Blog und meine zwei Cent über Politik ist nicht Wert, so viel oder so. Also lasse ich diesen Teil zur Debatte.

*Der wichtige Punkt hier ist, dass Malathion wirklich ein "Prodrug", ist wenn man so will, innerhalb der die menschliche Leber oder ein Insekt, Cytochrom P450-Enzyme in Malaoxon umwandeln, d. h., dass Doppel-gebundenen Schwefel wird ersetzt durch eine Sauerstoff und Malaoxon ist die Verbindung, die tatsächlich bindet und inaktiviert Acetylcholinesterase. Bei Menschen und anderen Säugetieren brechen Carboxylesterase Enzyme in der Regel Malathion schnell die Menge an Malaoxon begrenzt, die produziert wird. Einige Insekten scheinen Widerstand gegen Malathion durch Mutationen entwickelt haben, die in hohen Carboxylesterase Enzyme führen, so dass sie viel höhere Niveaus des Pestizids tolerieren können.

**Die eigentliche Reaktion ist Hydrolyse eines Ester Anleihen das Phosphor-Atom an Serin befestigt.

Zug der Mutant Drache ist ein Chemiker in der Biotech-Branche mit einem Hintergrund in Biochemie, der ein kleines Blog pflegt um zu versuchen und die Freude an der Wissenschaft zu verbreiten, und Missverständnisse zu bekämpfen. Sie können mehr von Blätterteig Arbeit über seinen Blog lesen.