Isotopes utilisés en biologie

Les isotopes sont des variations d'éléments chimiques contenant différents nombres de neutrons. Parce que les isotopes sont reconnaissables, ils constituent un moyen efficace de suivre les processus biologiques pendant l'expérimentation. Il existe de nombreuses utilisations potentielles des isotopes dans l'expérimentation, mais plusieurs applications sont plus répandues.

Chaque élément chimique a un nombre unique de protons, un fait qui a donné naissance au tableau périodique. De même, un isotope d'un élément donné possède son propre nombre unique de neutrons; la désignation d'un isotope est déterminée par la somme des protons et des neutrons dans le noyau (appelé nombre de masse). Un élément peut avoir n'importe quel nombre d'isotopes. Par exemple, le carbone 12 et le carbone 13 ont tous deux six protons, mais ce dernier contient un neutron supplémentaire. Étant donné que le nombre de neutrons dans le noyau d'un atome a un effet négligeable sur les propriétés chimiques, les isotopes fournir un moyen efficace d'étudier divers processus biologiques sans affecter de manière significative leur nature cours.

Les substances biogéniques (celles produites par des processus biologiques naturels) peuvent présenter des variations importantes d'isotopes du carbone, de l'azote et de l'oxygène, ce qui en fait une cible plus facile à analyser. Les applications de sécurité alimentaire permettent de suivre le pays d'origine de certains produits alimentaires, comme le bœuf, en utilisant les isotopes du carbone et de l'azote. Les agences et les fabricants sont également en mesure de déterminer le mode d'alimentation du bétail - biologique ou conventionnel - en analysant les isotopes du carbone, de l'azote et du soufre. En étudiant les données isotopiques du carbone et de l'oxygène, il est possible de déterminer d'où proviennent les différentes huiles d'olive en Méditerranée et à quel point les produits à base de jus de fruits sont "naturels".

Des isotopes inhabituels peuvent être utilisés comme marqueurs dans des réactions chimiques. Cela peut être utile, en particulier dans le domaine de la biologie cellulaire, où des laboratoires de recherche comme Johns Le laboratoire Pandey de l'Université Hopkins trouve de nouvelles façons d'étudier le cancer et d'autres maladies potentiellement mortelles conditions. Par exemple, le marquage d'isotopes stables avec des acides aminés (SILAC) en culture cellulaire est un processus par lequel les populations de cellules sœurs sont différenciées in vitro en utilisant différentes formes d'acides aminés. Les acides aminés sont incorporés dans les protéines étudiées et, parce qu'ils se comportent de manière identique malgré leur composition nucléaire différente, les protéines nouvellement synthétisées peuvent être étudiées de plus près aux côtés de leur contrôle (naturel) homologues.

Les isotopes radioactifs sont souvent utilisés pour mesurer l'âge des matériaux contenant du carbone. Une méthode de datation radioactive populaire est appelée datation au carbone - la datation des matériaux organiques. Parce que la vie d'un radio-isotope n'est affectée par aucune influence extérieure au noyau, son taux de désintégration prévisible agit comme une horloge. L'étude des radio-isotopes dans l'environnement des fossiles d'animaux, par exemple, permet d'estimer l'âge de ces fossiles.