Von den 118 bekannten Elementen halten Wissenschaftler 25 für die menschliche Biologie für unverzichtbar. Vier davon (Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff) machen satte 96 Prozent unseres Körpers aus. Die anderen 21 Elemente werden zwar in geringeren Mengen benötigt, erfüllen aber faszinierende und lebenswichtige Funktionen. Phosphor ist ein solches Element. Es hat vielfältige Verwendungsmöglichkeiten außerhalb der Biologie. Zum Beispiel kann es als Brennstoff für das Feuerwerk am vierten Juli dienen! In unserem Körper ist er für eine Vielzahl von Zellfunktionen unerlässlich.
Phosphor spielt als Teil des DNA-Rückgrats eine wichtige Rolle im Leben. Roter Phosphor hilft, Streichhölzer zu entzünden, und weißer Phosphor leuchtet in Gegenwart von Sauerstoff. Credit: Compound Interest. CC BY-NC-ND 4.0
. Zum Vergrößern anklicken Eine flüchtige und vielseitige Entdeckung
Joseph Wright of Derby’s The Alchemist Discovering Phosphorus stellt Hennig Brands Entdeckung des Phosphors dar.Phosphor ist das erste Element mit einer aufgezeichneten Entdeckungsgeschichte. Heute gewinnen wir es aus Phosphatgestein, aber 1669 wurde es erstmals aus menschlichem Urin isoliert. Bei dem Versuch, den Stein der Weisen herzustellen (eine Substanz, die der Legende nach Metalle in Gold verwandeln kann), kochte der deutsche Alchemist Hennig Brand eine große Menge menschlichen Urins zu einer Paste ein. Anschließend erhitzte er die Paste, bis sich ein Dampf bildete, der zu weißen, wachsartigen Tröpfchen kondensierte. Weil die neue Substanz leuchtete, nannte er sie “Phosphor”, vom griechischen Wort für “Lichtträger”.
Weißer Phosphor leuchtet im Dunkeln. Credit: Endimion17. CC-BY-SA 3.0 .Phosphor gibt es in zwei Hauptformen. Weißer Phosphor, der von Brand gesammelte Typ, ist giftig, kann schwere Verbrennungen verursachen und entzündet sich spontan bei etwa 86 Grad Fahrenheit, wenn er an die Luft kommt. Seine Flüchtigkeit macht ihn für Fackeln, Feuerwerkskörper und Waffen nützlich. Später entdeckten Wissenschaftler die andere Hauptform des Phosphors, den roten Phosphor, der stabil und ungiftig ist und nicht leuchtet. Man findet roten Phosphor auf der Schlagfläche von Sicherheitsstreichholzschachteln.
Diese Verwendungszwecke sowie Anwendungen in Prozessen wie der Stahl- und Porzellanherstellung machen nur einen kleinen Prozentsatz der Verwendung von Phosphor in den Vereinigten Staaten aus. Der überwiegende Teil des Phosphors in den USA wird für die Herstellung von Düngemitteln und Futtermitteln für die Viehzucht verwendet, da Phosphor ein essentieller Mineralstoff für Pflanzen und Tiere ist.
Das “Wir” in Phosphor
Phosphor hilft, die DNA-Doppelhelix zusammenzuhalten. Credit: NIGMS.Wie andere Lebewesen brauchen auch wir Phosphor in unserer Ernährung, und es ist leicht, genügend von diesem Mineral über die Nahrung aufzunehmen. Phosphormangel ist sehr selten und tritt normalerweise nur dann auf, wenn Menschen kurz vor dem Verhungern stehen.
Im Durchschnitt enthält unser Körper etwa 750 Gramm Phosphor, und etwa 85 Prozent davon sind in unseren Knochen und Zähnen gespeichert. Aber der Phosphor in unserem Körper kommt nicht allein vor. Stattdessen ist er in Verbindungen mit anderen Molekülen zu finden. Diese Verbindungen stärken nicht nur unsere Knochen, sondern sind auch wichtige Bestandteile von Zellmembranen und der Energiewährung unserer Zellen, dem Adenosintriphosphat (ATP). Phosphorhaltige Verbindungen aktivieren auch viele Enzyme und Hormone und helfen den roten Blutkörperchen, Sauerstoff in die verschiedenen Teile unseres Körpers zu transportieren.
Sogar unsere DNA braucht Phosphor. DNA-Moleküle sehen aus wie verdrehte Leitern; sie haben zwei lange Seiten mit Sprossen, den sogenannten Basen, dazwischen. Die Basen tragen die Erbinformation, und die langen Seiten halten die Basen geordnet. Phosphat, eine Verbindung, die aus einem Phosphoratom und vier Sauerstoffatomen besteht, verbindet die Zucker, die die langen Seiten oder Rückgrate der DNA bilden.
Insgesamt hat Phosphor für den geringen Prozentsatz, den er in unserem Körper ausmacht, einen großen Einfluss auf unsere Biologie. Er hat nicht die Kraft des Steins der Weisen, nach dem Brand suchte, als er das Element entdeckte, aber er ist sogar noch wertvoller.
NIGMS-Forschungsunterstützung
Das NIGMS finanziert eine breite Palette von Forschungsarbeiten, die darauf ausgerichtet sind, das Verständnis grundlegender biologischer Prozesse auf molekularer Ebene zu verbessern. Zu diesen Studien gehört auch die Erforschung der Rolle von Phosphor in solchen Prozessen. Letztendlich kann das Verständnis der Funktion von Elementen und Molekülen in biologischen Systemen den Forschern helfen, Wege zur Erkennung oder Behandlung von Krankheiten zu entwickeln.