In der Biologie verwendete Isotope

Isotope sind Variationen chemischer Elemente mit unterschiedlich vielen Neutronen. Da Isotope erkennbar sind, bieten sie eine effiziente Möglichkeit, biologische Prozesse während des Experimentierens zu verfolgen. Es gibt viele mögliche Verwendungen für Isotope in Experimenten, aber mehrere Anwendungen sind häufiger.

Jedes chemische Element hat eine einzigartige Anzahl von Protonen, eine Tatsache, aus der das Periodensystem hervorging. In ähnlicher Weise hat ein Isotop eines beliebigen gegebenen Elements seine eigene einzigartige Anzahl von Neutronen; die Bezeichnung eines Isotops wird durch die Summe der Protonen und Neutronen im Kern (als Massenzahl bezeichnet) bestimmt. Ein Element kann eine beliebige Anzahl von Isotopen haben. Zum Beispiel haben Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13 beide sechs Protonen, aber letzteres enthält ein zusätzliches Neutron. Da die Anzahl der Neutronen im Atomkern einen vernachlässigbaren Einfluss auf die chemischen Eigenschaften hat, werden Isotope bieten ein effizientes Mittel zur Untersuchung verschiedener biologischer Prozesse, ohne ihre natürlichen Kurs.

Biogene Substanzen (die durch natürlich vorkommende Lebensprozesse produziert werden) können erhebliche Variationen von Kohlenstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffisotopen aufweisen, was sie zu einem leichteren Ziel für die Analyse macht. Anwendungen zur Lebensmittelsicherheit ermöglichen es, das Herkunftsland bestimmter Lebensmittel wie Rindfleisch anhand von Kohlenstoff- und Stickstoffisotopen zu verfolgen. Agenturen und Hersteller sind auch in der Lage, durch Analyse von Kohlenstoff-, Stickstoff- und Schwefelisotopen die Art der Fütterung von Nutztieren – organisch oder konventionell – festzulegen. Durch das Studium von Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopendaten ist es möglich festzustellen, wo im Mittelmeer die verschiedenen Olivenöle herkommen und wie "natürlich" Fruchtsaftprodukte sind.

Ungewöhnliche Isotope können als Marker in chemischen Reaktionen verwendet werden. Dies kann insbesondere im Bereich der Zellbiologie hilfreich sein, wo Forschungslabore wie Johns Das Pandey Lab der Hopkins University findet neue Wege, um Krebs und andere lebensbedrohliche Erkrankungen zu untersuchen Bedingungen. So ist beispielsweise die stabile Isotopenmarkierung mit Aminosäuren (SILAC) in Zellkultur ein Verfahren, bei dem Schwesterzellpopulationen in vitro unter Verwendung verschiedener Formen von Aminosäuren differenziert werden. Die Aminosäuren werden in die untersuchten Proteine ​​eingebaut und, da sie sich trotz ihres unterschiedlicher Kernzusammensetzung können neu synthetisierte Proteine ​​neben ihren kontrollierten (natürlich vorkommenden) Kollegen.

Radioaktive Isotope werden häufig verwendet, um das Alter von kohlenstoffhaltigen Materialien zu messen. Eine beliebte Methode zur radioaktiven Datierung ist die Kohlenstoffdatierung – die Datierung von organischem Material. Da die Lebensdauer eines Radioisotops durch keinen Einfluss außerhalb des Kerns beeinflusst wird, verhält sich seine vorhersagbare Zerfallsrate wie eine Uhr. Die Untersuchung von Radioisotopen in der Umgebung von Tierfossilien bietet beispielsweise eine Möglichkeit, das Alter dieser Fossilien abzuschätzen.