Mikä tulee mieleen, kun näet jaksollisen taulukon? Palat raaputuslaudalla? Ehkä ajattelet lukion kemian luokkaa. Ehkä ajattelet värikkäästä pöydästä, joka on rapattu yliopiston luentosalin seinälle. Ehkä muistat, että suosikkiopettajasi sytytti jotain tuleen luokan edessä. Olen kemian apulaisprofessori Richmondin yliopistossa ja kun kuulen lauseen ”jaksollinen taulukko”, ajattelen elämää.
Ajattelen, kuinka molekyylit ja kemikaalit, jotka ympäröivät meitä ja sanelevat jokapäiväistä elämäämme toiminta koostuu pöydän elementeistä – ne ylläpitävät elämäämme, tuovat kauneutta maailmaan ja ovat elintärkeitä lääketieteessä.
Jokaista jaksollisen taulukon saraketta kutsutaan ryhmäksi. Jokaisella ryhmän jäsenellä on samanlainen elektronijärjestely, joka voi johtaa samanlaisiin kemiallisiin ominaisuuksiin. Ryhmän 15 alkuaineet – typpi, fosfori, arseeni, antimoni, vismutti ja moskovium – ovat mielenkiintoisia minulle, koska niillä on keskeinen rooli elämässä sekä tutkimuslaboratoriossani. Yksi tutkittavamme on fosfori sen olennainen rooli solujen kohtalossa.
Mutta ennen kuin käsittelemme näitä yksityiskohtia, katsotaanpa lyhyesti kaikkia ryhmän 15 elementtejä. Ne ovat ainutlaatuinen joukko niiden historiassa, käyttötarkoituksissa ja ominaisuuksissa.
Ryhmä 15 – elämän antaminen ja kuoleman aiheuttaminen
Typpi (N) ilmakehän muodossa (N₂) muodostaa noin 78% hengitettävästä ilmasta. Kun kasvin juurissa elävät bakteerit muuntavat sen käyttökelpoiseen muotoon prosessilla, jota kutsutaan typen kiinnittymiseksi, tämä typen alkuaine muoto sisällytetään moniin elämän kannalta välttämättömiin yhdisteisiin – esimerkiksi proteiineihin ja DNA: han. Sarakkeen alaosassa on Moscovium (Mc), mikä on mielenkiintoista, koska sitä ei todellakaan ole luonnossa. Se on radioaktiivinen elementti, jota voidaan tuottaa vain laboratoriossa ja joka kestää alle sekunnin.
Arseeni (As) saattaa olla sinulle tuttu, koska se liittyy myrkytyksiin. Vuonna 1494 renessanssin aikana italialainen humanistinen filosofi Pico della Mirandola myrkytettiin arseenilla, vaikka hänen varhaisen kuolemansa yksityiskohdista keskustellaan edelleen. Pitkän ajan uskottiin, että Napoleon Bonaparte kuoli arseenialtistuksessa vuonna 1821, mutta tutkittuaan hänen elämänsä eri vaiheista peräisin olevia säilötyistä hiusnäytteistä tehtyjä laaja-alaisia vertailuja tutkijat päättelivät, että arseenipitoisuuden nousu johtui todennäköisesti ajan säilyttämistekniikoista. Viime aikoina Maailman terveysjärjestö arvioi arseenilla saastuneen juomaveden Bangladeshissa johtaneen yli 9000 kuolemaan vuonna 2001. Kuinka arseenimyrkkyjä ja -tappoja ei ymmärretä täysin, mutta ei ole epäilystäkään siitä, että alkuaine tuhoaa elintärkeät elimet ihmisessä runko.
Kun alkuaine-antimoni (Sb) yhdistetään kolmeen happiatomiin antimontrioksidin muodostamiseksi, sitä käytetään laajasti huonekalujen, mattojen palonsuoja-aineena , verhot, kumi, muovit ja liimat. Tämän molekyylin määrät näissä taloustuotteissa ovat yleensä hyvin pieniä, ja näitä antimonitasoja pidetään turvallisina.
Vismutti (Bi) on metalli, joka löytyy jaksollisen taulukon riviltä useiden myrkyllisten metallien kanssa; vismuttia sisältävät yhdisteet ovat kuitenkin vaarattomia. Vismuttiyhdisteitä voi löytää kosmetiikasta niiden erottuvan ja toivottavan hopeanhohtoisen kiillon vuoksi. Vaikka et olisikaan käyttänyt vismuttia sisältäviä henkilökohtaisia hygieniatuotteita, olet todennäköisesti törmännyt siihen tunnetussa antasidissa Peptobismol® -valmisteessa, jota käytetään vatsavaivojen hoitoon, tai 4. heinäkuuta, kun katsot ilotulitusvälineitä. Se on vismuttiyhdiste, joka aiheuttaa lohikäärmämunan ilotulitusvälineiden rätinäääniä.
Viimeisenä, mutta ei vähäisimpänä, ryhmän 15 alkuaineista on fosfori (P). Alkemistin Hennig Brandt löysi sen vuonna 1669 ja nimettiin kreikkalaisesta sanasta ”fosfori”, joka tarkoittaa valon tuomista. Se johtuu siitä, että kun alkuaine muoto on vuorovaikutuksessa ilmakehän hapen kanssa, se tuottaa loistavan valon. Kemistit keksivät, kuinka hyödyntää tämä reaktio tulitikkujen kehittymiselle. Tulitikkunan punainen kärki sisältää edelleen fosforimuotoa vielä tänäkin päivänä.
Fosfaatit – säätelevät syöpäsolujen kohtaloa
Elementin tuottamien kipinöiden lisäksi , fosforia löytyy yhdisteestä, joka tunnetaan fosfaattina: fosfori, joka on kytketty neljään happiatomiin.Kun fosfaattimolekyyli on kiinnittynyt proteiiniin, se voi soluissa kytkeä proteiinin päälle tai aktivoida siten, että se voi suorittaa tehtävänsä solun kaltaisessa kasvun stimuloinnissa.
Kun fosfaatti ei ole enää kiinnittynyt proteiiniin, solut lakkaavat kasvamasta. Voit ajatella sitä melkein kuin edellä kuvatut ottelut – kun fosfaatti on läsnä, ottelu voi syttyä ja liike voi edetä. Kun fosfaatti poistetaan, tulitikku on vain keppi eikä valoa anneta; ei niin paljon työtä voi tapahtua pimeässä.
Syöpäsoluissa fosfaattitila on hallinnassa. Kuvittele paljon sytytettyjä tulitikkuja ja erittäin valoisa huone, joka voi johtaa toimintahäiriöön. Tällä toiminnalla voi olla vakavia seurauksia soluille. Esimerkiksi sääntelemätön kasvu ja muuttoliike voivat johtaa syöpään.
Laboratoriossani Richmondin yliopistossa olemme kiinnostuneita ymmärtämään nämä fosfaatit ja erityisesti yhden proteiinin, joka on niiden kanssa vuorovaikutuksessa. Tätä proteiinia, nimeltään MEMO1, esiintyy suurina määrinä rintasyöpäpotilailla ja se auttaa fosfaatteja pysymään aina kiinni proteiineissa. Yritämme ymmärtää, kuinka MEMO1 on vuorovaikutuksessa näiden fosfaattien kanssa, ja kehitämme strategioita näiden vuorovaikutusten häiritsemiseksi.
Toivomme, että työmme paljastaa tapa auttaa poistamaan fosfaatit estämään solujen tarkastamaton kasvu – toisin sanoen puhaltamaan ottelut.
Joten seuraavan kerran kuulet sanat ”jaksollinen taulukko”, ajattele elämää. Ajattele molekyylejä, joita kohtaat joka päivä joka päivä, ajattele lääkettä, joka pitää sinut terveellisenä, ja ajattele niitä meistä, jotka pyrimme ymmärtämään, kuinka pitää sinut sellaisena .