Isotopi utilizzati in biologia

Gli isotopi sono variazioni di elementi chimici contenenti un numero diverso di neutroni. Poiché gli isotopi sono riconoscibili, forniscono un modo efficiente per monitorare i processi biologici durante la sperimentazione. Ci sono molti potenziali usi per gli isotopi nella sperimentazione, ma diverse applicazioni sono più diffuse.

Ogni elemento chimico ha un numero univoco di protoni, un fatto che ha dato origine alla tavola periodica. Allo stesso modo, un isotopo di un dato elemento ha il suo numero unico di neutroni; la designazione di un isotopo è determinata dalla somma di protoni e neutroni nel nucleo (indicato come numero di massa). Un elemento può avere un numero qualsiasi di isotopi. Ad esempio, il carbonio-12 e il carbonio-13 hanno entrambi sei protoni, ma quest'ultimo contiene un neutrone in più. Poiché il numero di neutroni nel nucleo di un atomo ha un effetto trascurabile sulle proprietà chimiche, gli isotopi fornire un mezzo efficiente per studiare vari processi biologici senza influenzare in modo significativo il loro naturale corso.

Le sostanze biogene (quelle prodotte dai processi vitali naturali) possono avere variazioni significative di isotopi di carbonio, azoto e ossigeno, il che le rende un bersaglio più facile per l'analisi. Le applicazioni per la sicurezza alimentare consentono di tracciare il paese di origine di determinati prodotti alimentari, come la carne bovina, utilizzando isotopi di carbonio e azoto. Agenzie e produttori sono anche in grado di determinare il metodo di alimentazione del bestiame - organico o convenzionale - analizzando gli isotopi di carbonio, azoto e zolfo. Studiando i dati sugli isotopi di carbonio e ossigeno, è possibile determinare da dove provengono i vari oli di oliva nel Mediterraneo e quanto sono "naturali" i succhi di frutta.

Gli isotopi insoliti possono essere usati come marcatori nelle reazioni chimiche. Questo può essere utile, in particolare nel campo della biologia cellulare, dove laboratori di ricerca come Johns Il Pandey Lab della Hopkins University sta trovando nuovi modi per studiare il cancro e altri pericoli per la vita condizioni. Ad esempio, l'etichettatura stabile degli isotopi con aminoacidi (SILAC) nella coltura cellulare è un processo mediante il quale le popolazioni di cellule sorelle vengono differenziate in vitro utilizzando diverse forme di aminoacidi. Gli amminoacidi sono incorporati nelle proteine ​​oggetto di studio e, poiché si comportano in modo identico tra loro nonostante la loro diversa composizione nucleare, le proteine ​​di nuova sintesi possono essere studiate più da vicino insieme a quelle controllate (presenti in natura) controparti.

Gli isotopi radioattivi sono spesso usati per misurare l'età dei materiali contenenti carbonio. Un metodo popolare di datazione radioattiva è chiamato datazione al carbonio, la datazione dei materiali organici. Poiché la vita di un radioisotopo non è influenzata da alcuna influenza al di fuori del nucleo, il suo tasso di decadimento prevedibile agisce come un orologio. Lo studio dei radioisotopi nei dintorni di fossili animali, ad esempio, fornisce un modo per stimare l'età di quei fossili.