النظائر المستخدمة في علم الأحياء

النظائر هي أشكال مختلفة من العناصر الكيميائية تحتوي على أعداد مختلفة من النيوترونات. نظرًا لأنه يمكن التعرف على النظائر ، فإنها توفر طريقة فعالة لتتبع العمليات البيولوجية أثناء التجريب. هناك العديد من الاستخدامات المحتملة للنظائر في التجارب ، ولكن هناك العديد من التطبيقات الأكثر انتشارًا.

يحتوي كل عنصر كيميائي على عدد فريد من البروتونات ، وهي حقيقة أدت إلى ظهور الجدول الدوري. وبالمثل ، فإن نظير أي عنصر له عدد فريد خاص به من النيوترونات ؛ يتم تحديد تسمية النظير من خلال مجموع البروتونات والنيوترونات في النواة (يشار إليها بالرقم الكتلي). يمكن أن يحتوي العنصر على أي عدد من النظائر. على سبيل المثال ، يحتوي كل من الكربون 12 والكربون 13 على ستة بروتونات ، لكن الأخير يحتوي على نيوترون إضافي واحد. نظرًا لأن عدد النيوترونات في نواة الذرة له تأثير ضئيل على الخواص الكيميائية ، فإن النظائر توفر وسيلة فعالة لدراسة العمليات البيولوجية المختلفة دون التأثير بشكل كبير على طبيعتها مسار.

يمكن أن تحتوي المواد الحيوية (تلك التي تنتجها عمليات الحياة التي تحدث بشكل طبيعي) على اختلافات كبيرة في نظائر الكربون والنيتروجين والأكسجين ، مما يجعلها هدفًا أسهل للتحليل. تتيح تطبيقات سلامة الغذاء تتبع بلد منشأ بعض المنتجات الغذائية ، مثل لحوم البقر ، باستخدام نظائر الكربون والنيتروجين. يمكن للوكالات والمصنعين أيضًا تحديد طريقة تغذية الماشية - العضوية أو التقليدية - من خلال تحليل نظائر الكربون والنيتروجين والكبريت. من خلال دراسة بيانات نظائر الكربون والأكسجين ، من الممكن تحديد مصدر زيوت الزيتون المختلفة في البحر الأبيض المتوسط ​​، وكيف تكون منتجات عصير الفاكهة "طبيعية".

يمكن استخدام النظائر غير العادية كعلامات في التفاعلات الكيميائية. يمكن أن يكون هذا مفيدًا ، خاصة في مجال بيولوجيا الخلية ، حيث توجد مختبرات بحثية مثل Johns يجد مختبر باندي بجامعة هوبكنز طرقًا جديدة لدراسة السرطان وغيره من الأمراض التي تهدد الحياة الظروف. على سبيل المثال ، تسمية النظائر المستقرة بالأحماض الأمينية (SILAC) في زراعة الخلايا هي عملية يتم من خلالها التمايز بين مجموعات الخلايا الشقيقة في المختبر باستخدام أشكال مختلفة من الأحماض الأمينية. يتم دمج الأحماض الأمينية في البروتينات التي تتم دراستها ، ولأنها تتصرف بشكل متماثل مع بعضها البعض على الرغم من وجودها اختلاف التركيب النووي ، يمكن دراسة البروتينات المصنعة حديثًا عن كثب جنبًا إلى جنب مع الخاضعة للرقابة (التي تحدث بشكل طبيعي) نظرائه.

غالبًا ما تستخدم النظائر المشعة لقياس عمر المواد المحتوية على الكربون. يُطلق على إحدى طرق التأريخ الإشعاعية الشائعة التأريخ بالكربون - أي تأريخ المواد العضوية. نظرًا لأن عمر النظائر المشعة لا يتأثر بأي تأثير خارج النواة ، فإن معدل الانحلال المتوقع له يعمل مثل الساعة. توفر دراسة النظائر المشعة في محيط الحفريات الحيوانية ، على سبيل المثال ، طريقة لتقدير عمر تلك الحفريات.