معلومة

لماذا "تخطئ" الخلايا الحيوانية أيونات الروبيديوم وأيونات البوتاسيوم؟


لذلك ، كنت أتصفح مقالة ويكيبيديا بحثًا عن الروبيديوم ، ووجدت هذه المعلومة الشيقة:

الروبيديوم ليس من العناصر الغذائية المعروفة لأي كائنات حية. ومع ذلك ، فإن أيونات الروبيديوم لها نفس شحنة أيونات البوتاسيوم ويتم امتصاصها ومعالجتها بنشاط بواسطة الخلايا الحيوانية بطرق مماثلة.

صدمني هذا على الفور باعتباره تفسيرًا مثيرًا للاهتمام وخاطئًا تمامًا ، مثل الكل الأيونات المفردة المتأينة لها نفس الشحنة الصافية.

الآن ، من خلال فهمي الأساسي للكيمياء ، فإن عناصر نفس المجموعة لها نفس بنية إلكترون التكافؤ ، والتي تمثل الكثير من التأثيرات الكيميائية للعنصر. وإذا نظرت إلى الجدول الدوري ، فمن المؤكد أن الروبيديوم يقع تحت مستوى البوتاسيوم ، في المجموعة الأولى من الفلزات القلوية.

ولكن ، من ذكرياتي القديمة عن علم الأحياء الأساسي ، حتى قول "هذه العناصر متجاورة عموديًا في الجدول الدوري" هو تفسير غير كامل ، لأنه ، على سبيل المثال ، ليس لدى الجسم مشكلة "في تمييز" الصوديوم عن البوتاسيوم ، أو الكثير من العناصر الأخرى العناصر المتجاورة عموديًا.

يكشف مسح للميزات الأخرى ذات الصلة أن نصف القطر المحسوب للروبيديوم (265 م) قريب نسبيًا من نصف قطر البوتاسيوم (243 م) ، كما أن طاقة التأين الأولى للروبيديوم (403.0 كيلوجول / مول) قريبة جدًا أيضًا من تلك الموجودة في البوتاسيوم (418.8 كيلوجول / مول). لذا فهي تبدو متشابهة إلى حد ما ، ولكن لا يزال هناك سؤال ، ما مدى "التشابه" الذي يجب أن يكون عليه العنصر ليصبح وكيلًا بيولوجيًا؟

هذا يقودني إلى الأسئلة التالية:

  • لماذا يعمل الروبيديوم كوكيل بيولوجي للبوتاسيوم؟ أيضا:
    • لماذا يعتبر السيزيوم أيضًا وكيلًا بيولوجيًا لائقًا ولكنه أقل جودة للبوتاسيوم؟
    • لماذا البوتاسيوم ليس وكيل بيولوجي للصوديوم؟
  • إذا كان الروبيديوم يعمل كوكيل بيولوجي ، فلماذا لا يزال "عنصرًا غذائيًا" ولا يعتبر يلعب "دورًا" بيولوجيًا؟
  • ما هي مجموعات العناصر الأخرى التي يمكن أن تعمل كوكلاء بيولوجيين لبعضهم البعض؟ (أفترض توسيع هذا السؤال إلى الجزيئات ينتج عددًا كبيرًا جدًا من الإجابات ليكون مفيدًا.)
  • هل هذا التأثير الوكيل للروبيديوم والبوتاسيوم خاص بـ الحيوانات أو الحياة كلها؟

بعض المراجع الجيدة التي وجدتها، قشط الأدب (بدأت بالنظر في بعض المراجع في هذه المقالة):

  • ريلمان أس. السلوك الفسيولوجي للروبيديوم والسيزيوم بالنسبة للبوتاسيوم. ييل جي بيول ميد. 1956 ؛ 29 (3): 248-62.
    • يلاحظ ريلمان أن سيدني رينجر لاحظت هذه الظاهرة لأول مرة في التجارب التي بدأت عام 1882 ، ونشرت في مجلة علم وظائف الأعضاء في عام 1884 (أو نحو ذلك).
  • Fieve RR ، Meltzer H ، Dunner DL ، Levitt M ، Mendlewicz J ، Thomas A. Rubidium: دراسات الكيمياء الحيوية ، والسلوكية ، والتمثيل الغذائي في البشر. أنا ي الطب النفسي. 1973 ؛ 130 (1): 55-61.

لكنني أفضل أن يقدم شخص ما تفسيرًا بديهيًا لهذا الأمر قبل أو بعد محاولة الغوص فيه.


هناك العديد من الآليات البيولوجية التي يمكن استخدامها للتمييز بين الذرات. بالإضافة إلى خصائص الارتباط (على سبيل المثال ، الشحنة الأيونية ، الكهربية ، قوة الرابطة) ، هناك أيضًا حجم الذرات وحتى خواصها الاهتزازية.

لكي يتم استخدام إحدى هذه الآليات فعليًا ، يجب أن يتم اختيارها تطوريًا بطريقة ما. تعتبر خصائص الربط هي الأسهل إلى حد بعيد للاختيار من أجلها ، نظرًا لأنها محلية إلى حد ما وذات طبيعة متساهلة ، بينما تتطلب الخصائص الأخرى آليات مضبوطة بعناية أكبر.

وبالتالي ، يجب أن نتوقع أن نرى تطوير معظم الانتقائية البيولوجية من حيث خصائص الارتباط ، كما يبدو أن هذا هو الحال. بالنسبة للربط التساهمي في نفس المجموعة ، مثل المواجهة مع الأكسجين مقابل الكبريت ، هناك اختلافات كبيرة في خصائص الروابط ، مما يعطي فرصة كبيرة للانتقائية البيولوجية.

بالنسبة للمعادن القلوية للمجموعة 1 مثل الصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم ، فإن الرابطة الأيونية أكثر انتظامًا. وبالتالي ، يجب أن نتوقع أن تنطبق الآليات التي تنطبق على واحدة على الجميع ما لم يتم اختيارها بشدة للتمييز. في حالة البوتاسيوم مقابل الصوديوم ، وكلاهما مهم جدًا في الكيمياء الحيوية ، فإن الآلية التي تم اكتشافها مؤخرًا في مضخات الصوديوم والبوتاسيوم تستخدم خصائص الربط للاستيلاء على كليهما ، ثم الحجم الذري (عبر العائق الفراغي) للتمييز بين الصوديوم مقابل البوتاسيوم كما هو موصوف جيدًا في إجابات على هذا السؤال.

من المفترض أنه ببساطة لم يكن هناك ضغط تطوري كافٍ لإنشاء آليات للتمييز بين الروبيديوم والبوتاسيوم بالطريقة نفسها. في حين أن الصوديوم والبوتاسيوم لهما وفرة متساوية تقريبًا ، فإن الروبيديوم أقل وفرة بمقدار أمرين تقريبًا من أي منهما. السيزيوم ، بدوره ، أقل بمرتين تقريبًا من الروبيديوم ، والفرنسيوم المتحلل بسرعة غير موجود في الغالب.

وبالتالي ، ما لم يكن هناك تأثير إشكالي بشكل خاص للدمج العرضي للروبيديوم أو السيزيوم ، إذن ، يجب أن نتوقع أن هذه العناصر لا يمكن تمييزها أساسًا عن البوتاسيوم بيولوجيًا ، ولكن ليس من الصوديوم ، نظرًا لأن آليات تمييز الصوديوم / البوتاسيوم سوف ترفضهم تمامًا مع البوتاسيوم في صندوق "ليس الحجم المناسب ليكون الصوديوم".