Vad tänker du på när du ser det periodiska systemet? Bitarna på en scrabblebräda? Du kanske tänker på din gymnasiekemi. Kanske tänker du på det färgstarka bordet som är plasterat på väggen i en föreläsningssal på college. Du kanske kommer ihåg att din favoritlärare tände på något framför klassrummet. Jag är biträdande professor i kemi vid University of Richmond och när jag hör frasen ”det periodiska systemet” tänker jag på livet.
Jag tänker på hur molekyler och kemikalier som omger oss och dikterar vår vardag. aktiviteter består av elementen på det bordet – de upprätthåller vårt liv, de ger världen skönhet och de är livsviktiga i medicin.
Varje kolumn i det periodiska systemet kallas en grupp. Varje medlem i gruppen har ett liknande arrangemang av elektroner som kan resultera i liknande kemiska egenskaper. Gruppens 15 element – kväve, fosfor, arsenik, antimon, vismut och moscovium – är intressanta för mig på grund av deras viktiga roll i livet såväl som i mitt forskningslaboratorium. Ett element vi studerar är fosfor på grund av dess integrerade roll i cellernas öde.
Men innan vi kommer in i dessa detaljer, låt oss ta en kort titt på vart och ett av gruppens 15 element. De är en unik uppsättning i deras historia, användningsområden och egenskaper.
Grupp 15 – att ge liv och orsaka död
Kväve (N) i sin atmosfäriska form (N₂) utgör ungefär 78% av luften vi andas in. När bakterier som lever i växtrötter omvandlar den till en användbar form genom en process som kallas kvävefixering, införlivas denna elementära form av kväve i många föreningar som är nödvändiga för livet – till exempel proteiner och DNA. Längst ner i kolumnen finns Moscovium (Mc), vilket är intressant eftersom det inte finns i naturen. Det är ett radioaktivt element som bara kan genereras i ett laboratorium och överlever i mindre än en sekund.
Arsenik (As) kan vara bekant för dig på grund av dess förening med förgiftningar. År 1494 förgiftades Pico della Mirandola, en italiensk humanistisk filosof under renässansen, av arsenik, även om detaljerna kring hans tidiga död fortfarande diskuteras. Under lång tid trodde man att Napoleon Bonaparte dog av exponering för arsenik 1821, men efter omfattande jämförelser av konserverade hårprover från olika stadier i hans liv, drog forskarna slutsatsen att de ökade nivåerna av arsenik mest sannolikt berodde på tidens konserveringstekniker. På senare tid uppskattade Världshälsoorganisationen upp arsenikförorenat dricksvatten i Bangladesh till över 9000 dödsfall 2001. Hur arsenikförgiftningar och dödar inte helt förstås, men det råder ingen tvekan om att elementet orsakar förstörelse av vitala organ i människan kropp.
När grundämnet antimon (Sb) kombineras med tre syreatomer för att bilda antimontrioxid används det i stor utsträckning som ett flamskyddsmedel för möbler, mattor , gardiner, gummi, plast och lim. Mängderna av denna molekyl i dessa hushållsprodukter tenderar att vara mycket små, och dessa nivåer av antimon betraktas som säkra.
Vismut (Bi) är en metall som finns i samma rad i det periodiska systemet som ett antal giftiga metaller; emellertid är föreningar som innehåller vismut ofarliga. Vismutföreningar finns i kosmetika på grund av deras distinkta och önskvärda silverskimmer. Även om du inte har använt vismutinnehållande produkter för personlig vård har du förmodligen stött på det i det välkända antacida Peptobismol®, som används för att behandla magbesvär, eller den fjärde juli när du tittar på fyrverkerier. Det är en vismutförening som orsakar knakande ljud från drakeäggfyrverkerierna.
Sist men inte minst i grupp 15-elementen är fosfor (P). Det upptäcktes 1669 av alkemisten Hennig Brandt och namngavs från det grekiska ordet ”fosfor”, vilket betyder ljusbärare. Det beror på att när elementformen samverkar med atmosfäriskt syre producerar det ett strålande ljus. Kemisterna räknade ut hur man utnyttjar kraften i denna reaktion för utveckling av tändstickor. Den röda spetsen på en tändsticka innehåller fortfarande en form av fosfor idag.
Fosfater – reglerar cancercells öde
Förutom gnistor som genereras av elementet , fosfor finns i en förening som kallas fosfat: fosfor kopplad till fyra syreatomer.I celler, när en fosfatmolekyl är bunden till ett protein, kan den aktivera eller aktivera proteinet så att det kan utföra sin funktion i cellen – som att stimulera tillväxt.
När fosfatet inte längre är fäst vid proteinet slutar cellerna att växa. Du kan tänka på det nästan som matchningarna som beskrivs ovan – när fosfatet är där kan matchen antändas och affärer kan fortsätta. När fosfatet avlägsnas är tändstickan bara en pinne och inget ljus ges; inte så mycket arbete kan hända i mörkret.
I cancerceller är fosfatstatus utom kontroll. Föreställ dig många tändstickor och ett mycket ljust rum som kan leda till en uppsjö av aktivitet. Denna aktivitet kan få allvarliga konsekvenser för celler. Till exempel kan oreglerad tillväxt och migration leda till cancer.
I mitt laboratorium vid University of Richmond är vi intresserade av att förstå dessa fosfater och särskilt ett protein som interagerar med dem. Detta protein, kallat MEMO1, finns i stora mängder hos patienter med bröstcancer och hjälper fosfaterna att alltid hålla sig bundna till proteiner. Vi försöker förstå hur MEMO1 interagerar med dessa fosfater och utvecklar strategier för att störa dessa interaktioner.
Vi hoppas att vårt arbete avslöjar ett sätt att hjälpa till att avlägsna fosfaterna för att stoppa den okontrollerade tillväxten av celler – med andra ord, för att blåsa ut tändstickorna.
Så nästa gång du hör orden ”periodiskt system”, tänk på livet. Tänk på molekylerna som du stöter på varje ögonblick varje dag, tänk på medicinen som håller dig frisk och tänk på de av oss som arbetar för att förstå hur du kan hålla dig på det sättet .