Изотопи, използвани в биологията

Изотопите са вариации на химични елементи, съдържащи различен брой неутрони. Тъй като изотопите са разпознаваеми, те осигуряват ефективен начин за проследяване на биологичните процеси по време на експерименти. Има много потенциални приложения на изотопите при експериментиране, но няколко приложения са по-разпространени.

Всеки химичен елемент има уникален брой протони, факт, който е дал началото на периодичната таблица. По същия начин изотопът на всеки даден елемент има свой собствен уникален брой неутрони; обозначаването на изотоп се определя от сумата на протоните и неутроните в ядрото (наричано масово число). Елементът може да има произволен брой изотопи. Например, въглерод-12 и въглерод-13 имат шест протона, но последният съдържа един допълнителен неутрон. Тъй като броят на неутроните в ядрото на атома има незначителен ефект върху химичните свойства, изотопи осигуряват ефикасни средства за изучаване на различни биологични процеси, без да се засяга значително естествените им разбира се.

Биогенните вещества (тези, получени от естествени процеси на живот) могат да имат значителни вариации на въглеродни, азотни и кислородни изотопи, което ги прави по-лесна цел за анализ. Приложенията за безопасност на храните позволяват да се проследи страната на произход на някои хранителни продукти, като говеждо, като се използват въглеродни и азотни изотопи. Агенциите и производителите могат също така да определят метода на хранене на добитъка - органичен или конвенционален - чрез анализ на въглеродни, азотни и сярни изотопи. Чрез изучаване на данните за въглеродните и кислородните изотопи е възможно да се определи откъде в Средиземно море произхождат различни маслинови масла и колко са „естествените“ продукти от плодови сокове.

Необичайни изотопи могат да се използват като маркери при химични реакции. Това може да бъде полезно, особено в областта на клетъчната биология, където изследователски лаборатории като Джонс Лабораторията Pandey от университета Хопкинс открива нови начини за изследване на рак и други животозастрашаващи условия. Например, стабилното изотопно маркиране с аминокиселини (SILAC) в клетъчната култура е процес, при който популациите на сестринските клетки се диференцират in vitro, използвайки различни форми на аминокиселини. Аминокиселините са включени в изследваните протеини и, тъй като те се държат идентично помежду си, въпреки че са различен ядрен състав, новосинтезираните протеини могат да бъдат по-внимателно изучавани заедно с контролираните от тях (естествено срещащи се) колеги.

Радиоактивните изотопи често се използват за измерване на възрастта на материалите, съдържащи въглерод. Един популярен метод за радиоактивно датиране се нарича въглеродно датиране - датирането на органични материали. Тъй като животът на радиоизотопа не се влияе от никакво влияние извън ядрото, неговата предвидима скорост на разпадане действа като часовник. Изследването на радиоизотопи в околността на вкаменелостите на животни, например, предоставя начин за оценка на възрастта на тези вкаменелости.