Co przychodzi na myśl, gdy widzisz układ okresowy? Kawałki na planszy do gry w scrabble? Może myślisz o swoich zajęciach z chemii w liceum. Może myślisz o kolorowym stole przyklejonym do ściany sali wykładowej na uczelni. Może pamiętasz, jak twój ulubiony nauczyciel podpalił coś przed klasą. Jestem adiunktem chemii na Uniwersytecie w Richmond i kiedy słyszę wyrażenie „układ okresowy”, myślę o życiu.
Myślę o tym, jak cząsteczki i chemikalia, które nas otaczają i dyktują nasz codzienny działania składają się z elementów z tego stołu – podtrzymują nasze życie, przynoszą światu piękno i są niezbędne w medycynie.
Każda kolumna układu okresowego nazywana jest grupą. Każdy członek grupy ma podobny układ elektronów, co może skutkować podobnymi właściwościami chemicznymi. Grupa 15 pierwiastków – azot, fosfor, arsen, antymon, bizmut i mosiądz – są dla mnie interesujące ze względu na ich kluczową rolę w życiu, a także w moim laboratorium badawczym. Jednym z badanych przez nas pierwiastków jest fosfor, ponieważ jej integralna rola w losach komórek.
Ale zanim przejdziemy do tych szczegółów, przyjrzyjmy się krótko każdemu z 15 elementów grupy. Stanowią unikalny zestaw w swojej historii, zastosowaniach i właściwościach.
Grupa 15 – dawanie życia i powodowanie śmierci
Azot (N) w postaci atmosferycznej (N₂) stanowi około 78% powietrza, którym oddychamy. Kiedy bakterie żyjące w korzeniach roślin przekształcają je w użyteczną formę w procesie zwanym wiązaniem azotu, ta elementarna forma azotu zostaje włączona do wielu związków niezbędnych do życia – na przykład białek i DNA. Na dole kolumny znajduje się Moscovium (Mc), co jest interesujące, ponieważ tak naprawdę nie istnieje w naturze. Jest to pierwiastek radioaktywny, który można wytworzyć tylko w laboratorium i przetrwać krócej niż sekundę.
Arsen (As) może być Ci znany ze względu na jego związek z zatruciami. W 1494 roku Pico della Mirandola, włoski humanista filozof w okresie renesansu, został otruty arszenikiem, chociaż szczegóły dotyczące jego przedwczesnej śmierci są nadal przedmiotem dyskusji. Przez długi czas sądzono, że Napoleon Bonaparte zmarł na działanie arszeniku w 1821 r., Ale po obszernych porównaniach zachowanych próbek włosów z różnych etapów jego życia, badacze doszli do wniosku, że podwyższony poziom arsenu był najprawdopodobniej spowodowany technikami konserwacji tamtych czasów. Niedawno Światowa Organizacja Zdrowia oszacowała, że woda pitna w Bangladeszu skażona arszenikiem spowodowała w 2001 roku ponad 9 000 zgonów. W jaki sposób arszenik truje i zabija, nie jest do końca zrozumiałe, ale nie ma wątpliwości, że pierwiastek ten powoduje zniszczenie ważnych narządów człowieka body.
Kiedy element antymonu (Sb) łączy się z trzema atomami tlenu, tworząc trójtlenek antymonu, jest szeroko stosowany jako środek zmniejszający palność mebli, dywanów , zasłony, guma, tworzywa sztuczne i kleje. Ilości tej cząsteczki w tych produktach gospodarstwa domowego są zwykle bardzo małe, a te poziomy antymonu są uważane za bezpieczne.
Bizmut (Bi) jest metalem znajdującym się w tym samym wierszu układu okresowego, co wiele metali toksycznych; jednakże związki zawierające bizmut są nieszkodliwe. Związki bizmutu można znaleźć w kosmetykach ze względu na ich charakterystyczny i pożądany srebrzysty połysk. Nawet jeśli nie stosowałeś produktów do higieny osobistej zawierających bizmut, prawdopodobnie spotkałeś go w dobrze znanym środku zobojętniającym kwas Peptobismol®, który jest stosowany w leczeniu rozstroju żołądka, lub 4 lipca, kiedy oglądasz fajerwerki. Jest to związek bizmutu, który powoduje trzaskające dźwięki fajerwerków smoczych jaj.
Wreszcie, z grupy 15 pierwiastków jest fosfor (P). Został odkryty w 1669 roku przez alchemika Henniga Brandta i nazwany od greckiego słowa „fosfor”, oznaczającego niosący światło. Dzieje się tak, ponieważ forma pierwiastka wchodzi w interakcję z tlenem atmosferycznym i wytwarza olśniewające światło. Chemicy wymyślili, jak wykorzystać moc ta reakcja na rozwój zapałek. Czerwona końcówka zapałki nadal zawiera formę fosforu.
Fosforany – regulują los komórek rakowych
Oprócz iskier generowanych przez pierwiastek fosfor znajduje się w związku znanym jako fosforan: fosfor związany z czterema atomami tlenu.W komórkach, gdy cząsteczka fosforanu jest przyłączona do białka, może włączyć lub aktywować białko, aby mogło pełnić swoją funkcję w komórce – na przykład stymulując wzrost.
Kiedy fosforan nie jest już przyłączony do białka, komórki przestają rosnąć. Możesz o tym myśleć prawie tak, jak o zapałkach opisanych powyżej – kiedy jest tam fosforan, zapałka może się zapalić i biznes może kontynuować. Po usunięciu fosforanu zapałka jest tylko patyczkiem i nie ma światła; nie tyle pracy może się wydarzyć w ciemności.
W komórkach nowotworowych stan fosforanów wymyka się spod kontroli. Wyobraź sobie dużo zapalonych zapałek i bardzo jasny pokój, który może wywołać gwałtowny ruch. Ta aktywność może mieć poważne konsekwencje dla komórek. Na przykład nieuregulowany wzrost i migracja mogą prowadzić do raka.
W moim laboratorium na Uniwersytecie w Richmond interesuje nas zrozumienie tych fosforanów, a zwłaszcza jednego białka, które z nimi oddziałuje. Białko to, zwane MEMO1, występuje w dużych ilościach u pacjentów z rakiem piersi i pomaga fosforanom zawsze pozostać przyłączonymi do białek. Próbujemy zrozumieć, w jaki sposób MEMO1 oddziałuje z tymi fosforanami i opracowujemy strategie mające na celu zakłócenie tych interakcji.
Mamy nadzieję, że nasza praca odkryje sposób, który pomoże usunąć fosforany, aby zatrzymać niekontrolowany wzrost komórek – innymi słowy, aby zdmuchnąć zapałki.
Więc następnym razem usłyszysz słowa „układ okresowy”, pomyśl o życiu. Pomyśl o molekułach, które napotykasz w każdej chwili każdego dnia, pomyśl o lekarstwie, które utrzymuje Cię w zdrowiu i pomyśl o tych z nas, którzy pracują, aby zrozumieć, jak utrzymać Cię w takim stanie .