Wenn Sie das Periodensystem sehen, woran denken Sie dann? Die Stücke auf einem Scrabble Board? Vielleicht denkst du an deinen Chemieunterricht an der High School. Vielleicht denken Sie an den bunten Tisch an der Wand eines Hörsaals im College. Vielleicht erinnerst du dich daran, dass dein Lieblingslehrer vor dem Klassenzimmer etwas in Brand gesteckt hat. Ich bin Assistenzprofessor für Chemie an der Universität von Richmond und wenn ich den Satz „Periodensystem“ höre, denke ich über das Leben nach.
Ich denke darüber nach, wie die Moleküle und Chemikalien, die uns umgeben und unseren Alltag bestimmen Aktivitäten bestehen aus den Elementen auf diesem Tisch – sie erhalten unser Leben, sie bringen Schönheit in die Welt und sie sind in der Medizin lebenswichtig.
Jede Spalte des Periodensystems wird als Gruppe bezeichnet. Jedes Mitglied der Gruppe hat eine ähnliche Anordnung von Elektronen, die zu ähnlichen chemischen Eigenschaften führen kann. Die Elemente der Gruppe 15 – Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Wismut und Moskau – sind für mich wegen ihrer zentralen Rolle im Leben sowie in meinem Forschungslabor interessant. Ein Element, das wir untersuchen, ist Phosphor wegen seine integrale Rolle im Schicksal der Zellen.
Bevor wir uns jedoch mit diesen Details befassen, werfen wir einen kurzen Blick auf jedes der Elemente der Gruppe 15. Sie sind ein einzigartiger Satz in ihrer Geschichte, Verwendung und Eigenschaften.
Gruppe 15 – Leben geben und Tod verursachen
Stickstoff (N) in seiner atmosphärischen Form (N₂) macht ungefähr aus 78% der Luft atmen wir. Wenn Bakterien, die in Pflanzenwurzeln leben, diese durch einen als Stickstofffixierung bezeichneten Prozess in eine verwendbare Form umwandeln, wird diese elementare Form von Stickstoff in viele lebenswichtige Verbindungen eingebaut – beispielsweise Proteine und DNA. Am Ende der Spalte befindet sich Moscovium (Mc), was interessant ist, weil es in der Natur nicht wirklich existiert. Es ist ein radioaktives Element, das nur in einem Labor erzeugt werden kann und weniger als eine Sekunde überlebt.
Arsen (As) ist Ihnen möglicherweise aufgrund seines Zusammenhangs mit Vergiftungen bekannt. 1494 wurde Pico della Mirandola, ein italienischer humanistischer Philosoph während der Renaissance, durch Arsen vergiftet, obwohl die Details seines frühen Todes noch diskutiert werden. Lange Zeit glaubte man, dass Napoleon Bonaparte 1821 an Arsenexposition starb. Nach umfangreichen Vergleichen konservierter Haarproben aus verschiedenen Lebensphasen gelangten die Forscher jedoch zu dem Schluss, dass der erhöhte Arsengehalt höchstwahrscheinlich auf Konservierungstechniken der damaligen Zeit zurückzuführen war. In jüngerer Zeit schätzte die Weltgesundheitsorganisation, dass mit Arsen kontaminiertes Trinkwasser in Bangladesch im Jahr 2001 über 9.000 Todesfälle verursachte. Wie Arsengifte und -tötungen nicht vollständig verstanden werden, besteht kein Zweifel daran, dass das Element die Zerstörung lebenswichtiger Organe beim Menschen verursacht Körper.
Wenn das Element Antimon (Sb) mit drei Sauerstoffatomen zu Antimontrioxid kombiniert wird, wird es häufig als Flammschutzmittel für Möbel und Teppiche verwendet , Vorhänge, Gummi, Kunststoffe und Klebstoffe. Die Mengen dieses Moleküls in diesen Haushaltsprodukten sind in der Regel sehr gering, und diese Antimonwerte gelten als sicher.
Wismut (Bi) ist ein Metall, das in derselben Zeile des Periodensystems wie eine Reihe toxischer Metalle gefunden wird. Wismuthaltige Verbindungen sind jedoch harmlos. Wismutverbindungen finden sich in Kosmetika aufgrund ihres charakteristischen und wünschenswerten silbernen Schimmers. Selbst wenn Sie keine Wismut-haltigen Körperpflegeprodukte verwendet haben, sind Sie wahrscheinlich auf das bekannte Antacidum Peptobismol® gestoßen, das zur Behandlung von Magenverstimmungen verwendet wird, oder am 4. Juli, wenn Sie Feuerwerk schauen. Es ist eine Wismutverbindung, die das Knistern des Drachenei-Feuerwerks verursacht.
Zu guter Letzt ist Phosphor (P) eines der Elemente der Gruppe 15. Es wurde 1669 vom Alchemisten Hennig Brandt entdeckt und nach dem griechischen Wort „Phosphoros“ benannt, was „Lichtbringer“ bedeutet. Wenn die Elementarform mit Luftsauerstoff interagiert, erzeugt sie ein brillantes Licht. Chemiker fanden heraus, wie sie die Kraft von nutzen können Diese Reaktion für die Entwicklung von Streichhölzern. Die rote Spitze eines Streichholzes enthält noch heute eine Form von Phosphor.
Phosphate – Regulierung des Schicksals von Krebszellen
Zusätzlich zu den vom Element erzeugten Funken Phosphor wird in einer Verbindung gefunden, die als Phosphat bekannt ist: Phosphor, der an vier Sauerstoffatome gebunden ist.Wenn ein Phosphatmolekül in Zellen an ein Protein gebunden ist, kann es das Protein einschalten oder aktivieren, so dass es seine Funktion in der Zelle erfüllen kann – wie ein stimulierendes Wachstum.
Wenn das Phosphat nicht mehr an das Protein gebunden ist, hören die Zellen auf zu wachsen. Sie können sich das fast wie die oben beschriebenen Streichhölzer vorstellen – wenn das Phosphat vorhanden ist, kann sich das Streichholz entzünden und das Geschäft kann fortgesetzt werden. Wenn das Phosphat entfernt wird, ist das Streichholz nur ein Stab und es wird kein Licht bereitgestellt; Im Dunkeln kann nicht so viel Arbeit passieren.
In Krebszellen ist der Phosphatstatus außer Kontrolle geraten. Stellen Sie sich viele beleuchtete Streichhölzer und einen sehr hellen Raum vor, der zu viel Aktivität führen kann. Diese Aktivität kann schwerwiegende Folgen für die Zellen haben. Beispielsweise kann unreguliertes Wachstum und Migration zu Krebs führen.
In meinem Labor an der Universität von Richmond sind wir daran interessiert, diese Phosphate und insbesondere ein Protein zu verstehen, das mit ihnen interagiert. Dieses Protein, MEMO1 genannt, kommt bei Brustkrebspatientinnen in großen Mengen vor und hilft den Phosphaten, immer an Proteinen zu bleiben. Wir versuchen zu verstehen, wie MEMO1 mit diesen Phosphaten interagiert, und entwickeln Strategien, um diese Interaktionen zu stören.
Wir hoffen, dass unsere Arbeit einen Weg aufzeigt, die Phosphate zu entfernen, um das unkontrollierte Wachstum von Zellen zu stoppen – mit anderen Worten, um die Streichhölzer auszublasen.
Also, wenn Sie das nächste Mal hören Die Worte „Periodensystem“, bitte denken Sie an das Leben. Denken Sie an die Moleküle, denen Sie jeden Moment des Tages begegnen, denken Sie an die Medizin, die Sie gesund hält, und an diejenigen von uns, die daran arbeiten, zu verstehen, wie Sie so bleiben können .