Biologiassa käytetyt isotoopit

Isotoopit ovat kemiallisten alkuaineiden muunnelmia, jotka sisältävät eri lukumäärän neutroneja. Koska isotoopit ovat tunnistettavissa, ne tarjoavat tehokkaan tavan seurata biologisia prosesseja kokeiden aikana. Isotoopeilla on monia mahdollisia käyttötapoja kokeissa, mutta useat sovellukset ovat yleisempiä.

Jokaisella kemiallisella elementillä on ainutlaatuinen määrä protoneja, mikä johti jaksolliseen taulukkoon. Vastaavasti minkä tahansa tietyn elementin isotoopilla on oma ainutlaatuinen lukumäärä neutroneja; isotoopin nimitys määräytyy ytimen protonien ja neutronien summalla (jota kutsutaan massanumeroksi). Elementissä voi olla mikä tahansa määrä isotooppeja. Esimerkiksi hiili-12: lla ja hiili-13: lla on molemmat kuusi protonia, mutta jälkimmäinen sisältää vielä yhden neutronin. Koska neutronien lukumäärä atomin ytimessä on merkityksetön vaikutus kemiallisiin ominaisuuksiin, isotoopit tarjoavat tehokkaan tavan tutkia erilaisia ​​biologisia prosesseja vaikuttamatta merkittävästi niiden luonnollisiin prosesseihin kurssi.

Biogeenisilla aineilla (luonnossa esiintyvillä elämänprosesseilla tuotetuilla aineilla) voi olla merkittäviä vaihteluita hiili-, typpi- ja happi-isotoopeissa, mikä tekee niistä helpomman analyysikohteen. Elintarviketurvallisuussovellusten avulla on mahdollista seurata tiettyjen elintarvikkeiden, kuten naudanlihan, alkuperämaata hiili- ja typpi-isotooppien avulla. Virastot ja valmistajat pystyvät myös määrittämään karjan ruokintamenetelmän - orgaanisen tai tavanomaisen - analysoimalla hiili-, typpi- ja rikki-isotooppeja. Tutkimalla hiili- ja happi-isotooppitietoja on mahdollista selvittää, mistä Välimerestä eri oliiviöljyt ovat peräisin ja kuinka "luonnolliset" hedelmämehutuotteet ovat.

Epätavallisia isotooppeja voidaan käyttää merkkiaineina kemiallisissa reaktioissa. Tästä voi olla hyötyä erityisesti solubiologian alalla, jossa tutkimuslaboratoriot kuten Johns Hopkinsin yliopiston Pandey Lab etsii uusia tapoja tutkia syöpää ja muita hengenvaarallisia olosuhteissa. Esimerkiksi stabiilin isotooppileimaus aminohapoilla (SILAC) soluviljelmässä on prosessi, jolla sisar-solupopulaatiot erotetaan in vitro käyttämällä aminohappojen vaihtelevia muotoja. Aminohapot sisällytetään tutkittaviin proteiineihin ja koska ne käyttäytyvät identtisesti toisistaan ​​huolimatta erilainen ydinkoostumus, vasta syntetisoituja proteiineja voidaan tutkia tarkemmin niiden kontrolloitujen (luonnossa esiintyvien) rinnalla kollegansa.

Radioaktiivisia isotooppeja käytetään usein hiiltä sisältävien materiaalien iän mittaamiseen. Yhtä suosittua radioaktiivista treffimenetelmää kutsutaan hiilidatiksi - orgaanisten materiaalien dating. Koska radioisotoopin elämään ei vaikuta ytimen ulkopuolinen vaikutus, sen ennustettava hajoamisnopeus toimii kuin kello. Esimerkiksi radioisotooppien tutkiminen eläinfossiilien ympäristössä tarjoaa tavan arvioida näiden fossiilien ikä.