Ισότοπα που χρησιμοποιούνται στη βιολογία

Τα ισότοπα είναι παραλλαγές χημικών στοιχείων που περιέχουν διαφορετικούς αριθμούς νετρονίων. Επειδή τα ισότοπα είναι αναγνωρίσιμα, παρέχουν έναν αποτελεσματικό τρόπο παρακολούθησης των βιολογικών διεργασιών κατά τον πειραματισμό. Υπάρχουν πολλές πιθανές χρήσεις για ισότοπα στον πειραματισμό, αλλά πολλές εφαρμογές είναι πιο διαδεδομένες.

Κάθε χημικό στοιχείο έχει έναν μοναδικό αριθμό πρωτονίων, γεγονός που οδήγησε στον περιοδικό πίνακα. Ομοίως, ένα ισότοπο οποιουδήποτε δεδομένου στοιχείου έχει τον δικό του μοναδικό αριθμό νετρονίων. ο προσδιορισμός ενός ισότοπου καθορίζεται από το άθροισμα των πρωτονίων και των νετρονίων στον πυρήνα (αναφέρεται ως ο αριθμός μάζας). Ένα στοιχείο μπορεί να έχει οποιονδήποτε αριθμό ισοτόπων. Για παράδειγμα, ο άνθρακας-12 και ο άνθρακας-13 έχουν και τα έξι πρωτόνια, αλλά το τελευταίο περιέχει ένα επιπλέον νετρόνιο. Επειδή ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου έχει αμελητέα επίδραση στις χημικές ιδιότητες, τα ισότοπα παρέχουν ένα αποτελεσματικό μέσο μελέτης διαφόρων βιολογικών διεργασιών χωρίς να επηρεάζουν σημαντικά τη φυσική τους σειρά μαθημάτων.

Οι βιογενείς ουσίες (αυτές που παράγονται από φυσικές διαδικασίες ζωής) μπορούν να έχουν σημαντικές παραλλαγές ισοτόπων άνθρακα, αζώτου και οξυγόνου, γεγονός που τις καθιστά ευκολότερους στόχους για ανάλυση. Οι εφαρμογές ασφάλειας τροφίμων καθιστούν δυνατή την παρακολούθηση της χώρας προέλευσης ορισμένων προϊόντων διατροφής, όπως το βόειο κρέας, με χρήση ισοτόπων άνθρακα και αζώτου. Οι οργανισμοί και οι κατασκευαστές είναι επίσης σε θέση να καθορίσουν τη μέθοδο σίτισης για ζώα - οργανικά ή συμβατικά - αναλύοντας ισότοπα άνθρακα, αζώτου και θείου. Μελετώντας δεδομένα ισοτόπων άνθρακα και οξυγόνου, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί από πού προέρχονται στη Μεσόγειο διάφορα ελαιόλαδα και πώς είναι τα "φυσικά" προϊόντα χυμού φρούτων.

Ασυνήθιστα ισότοπα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δείκτες σε χημικές αντιδράσεις. Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο, ιδιαίτερα στον τομέα της βιολογίας των κυττάρων, όπου ερευνητικά εργαστήρια όπως ο Johns Το εργαστήριο Pandey του Πανεπιστημίου Hopkins βρίσκει νέους τρόπους για να μελετήσει τον καρκίνο και άλλους απειλητικούς για τη ζωή συνθήκες. Για παράδειγμα, η σήμανση σταθερού ισότοπου με αμινοξέα (SILAC) σε κυτταρική καλλιέργεια είναι μια διαδικασία με την οποία οι πληθυσμοί αδελφών κυττάρων διαφοροποιούνται in vitro χρησιμοποιώντας διάφορες μορφές αμινοξέων. Τα αμινοξέα ενσωματώνονται στις πρωτεΐνες που μελετώνται και, επειδή συμπεριφέρονται πανομοιότυπα μεταξύ τους παρά τις διαφορετική πυρηνική σύνθεση, οι πρόσφατα συντεθειμένες πρωτεΐνες μπορούν να μελετηθούν πιο στενά παράλληλα με τις ελεγχόμενες (φυσικές) ομόλογοί.

Τα ραδιενεργά ισότοπα χρησιμοποιούνται συχνά για τη μέτρηση της ηλικίας των υλικών που περιέχουν άνθρακα. Μία δημοφιλής μέθοδος ραδιενεργών γνωριμιών ονομάζεται χρονολόγηση άνθρακα - η χρονολόγηση οργανικών υλικών. Επειδή η ζωή ενός ραδιοϊσότοπου δεν επηρεάζεται από καμία επιρροή έξω από τον πυρήνα, ο προβλεπόμενος ρυθμός διάσπασης δρα σαν ρολόι. Η μελέτη ραδιοϊσοτόπων στο περιβάλλον ζωικών απολιθωμάτων, για παράδειγμα, παρέχει έναν τρόπο εκτίμησης της ηλικίας αυτών των απολιθωμάτων.