איזוטופים המשמשים בביולוגיה

איזוטופים הם וריאציות של יסודות כימיים המכילים מספר שונה של נויטרונים. מכיוון שניתן לזהות איזוטופים, הם מספקים דרך יעילה לעקוב אחר תהליכים ביולוגיים במהלך הניסוי. ישנם ניסויים פוטנציאליים רבים לאיזוטופים בניסויים, אך מספר יישומים נפוצים יותר.

לכל יסוד כימי מספר ייחודי של פרוטונים, עובדה שהולידה את הטבלה המחזורית. באופן דומה, לאיזוטופ של כל יסוד נתון יש מספר נויטרונים ייחודי משלו; ייעודו של איזוטופ נקבע על ידי סכום הפרוטונים והניטרונים בגרעין (המכונה מספר המסה). אלמנט יכול לכלול מספר איזוטופים כלשהו. למשל, לפחמן 12 ולפחמן 13 יש שישה פרוטונים, אך האחרון מכיל נויטרון נוסף אחד. מכיוון שלמספר הנייטרונים בגרעין האטום יש השפעה זניחה על התכונות הכימיות, איזוטופים לספק אמצעי יעיל לחקר תהליכים ביולוגיים שונים מבלי להשפיע באופן משמעותי על הטבעיים שלהם קוּרס.

לחומרים ביוגניים (אלו המיוצרים בתהליכי חיים טבעיים) יכולות להיות שינויים משמעותיים באיזוטופי פחמן, חנקן וחמצן, מה שהופך אותם ליעד קל יותר לניתוח. יישומי בטיחות מזון מאפשרים לעקוב אחר ארץ המוצא של מוצרי מזון מסוימים, כמו בקר, באמצעות איזוטופים של פחמן וחנקן. סוכנויות ויצרנים מסוגלים גם לקבוע את שיטת האכלה של בעלי חיים - אורגניים או קונבנציונליים - על ידי ניתוח איזוטופים של פחמן, חנקן וגופרית. על ידי לימוד נתוני איזוטופ פחמן וחמצן, ניתן לקבוע מהיכן מגיעים בים התיכון שמני זית שונים, וכיצד הם מוצרי מיץ פירות "טבעיים".

ניתן להשתמש באיזוטופים יוצאי דופן כסמנים בתגובות כימיות. זה יכול להיות מועיל, במיוחד בתחום הביולוגיה של התא, שם מעבדות מחקר כמו ג'ונס מעבדת פנדיי מאוניברסיטת הופקינס מוצאת דרכים חדשות לחקר סרטן וסכנת חיים אחרת תנאים. לדוגמא, תיוג איזוטופי יציב עם חומצות אמינו (SILAC) בתרבית תאים הוא תהליך שבו מבדילים את אוכלוסיות תאי האחות במבחנה תוך שימוש בצורות שונות של חומצות אמינו. חומצות האמינו משולבות בחלבונים הנחקרים ומכיוון שהם מתנהגים זהים זה לזה למרות שלהם בהרכב גרעיני שונה, ניתן ללמוד מקרוב יותר חלבונים מסונתזים לאחרונה לצד מבוקריהם (המופיעים באופן טבעי) עמיתיהם.

לעתים קרובות משתמשים באיזוטופים רדיואקטיביים כדי למדוד את גיל החומרים המכילים פחמן. שיטת היכרויות רדיואקטיבית פופולרית אחת נקראת תאריך פחמן - תיארוך של חומרים אורגניים. מכיוון שחייו של רדיואיזוטופ אינם מושפעים מכל השפעה מחוץ לגרעין, קצב הריקבון הצפוי שלו פועל כמו שעון. לימוד רדיואיזוטופים בסביבת מאובנים מן החי, למשל, מספק דרך להעריך את גילם של אותם מאובנים.