Isotopen gebruikt in de biologie

Isotopen zijn variaties van chemische elementen die verschillende aantallen neutronen bevatten. Omdat isotopen herkenbaar zijn, bieden ze een efficiënte manier om biologische processen te volgen tijdens experimenten. Er zijn veel potentiële toepassingen voor isotopen in experimenten, maar verschillende toepassingen komen vaker voor.

Elk chemisch element heeft een uniek aantal protonen, een feit dat aanleiding gaf tot het periodiek systeem. Evenzo heeft een isotoop van een bepaald element zijn eigen unieke aantal neutronen; de aanduiding van een isotoop wordt bepaald door de som van protonen en neutronen in de kern (het massagetal genoemd). Een element kan een willekeurig aantal isotopen hebben. Koolstof-12 en koolstof-13 hebben bijvoorbeeld beide zes protonen, maar de laatste bevat één extra neutron. Omdat het aantal neutronen in de atoomkern een verwaarloosbaar effect heeft op de chemische eigenschappen, zijn isotopen een efficiënte manier bieden om verschillende biologische processen te bestuderen zonder hun natuurlijke Cursus.

Biogene stoffen (die worden geproduceerd door natuurlijk voorkomende levensprocessen) kunnen aanzienlijke variaties in koolstof-, stikstof- en zuurstofisotopen hebben, waardoor ze een gemakkelijker doelwit voor analyse zijn. Voedselveiligheidstoepassingen maken het mogelijk om het land van herkomst van bepaalde voedingsmiddelen, zoals rundvlees, te volgen met behulp van koolstof- en stikstofisotopen. Agentschappen en fabrikanten zijn ook in staat om de voedingsmethode voor vee te bepalen - biologisch of conventioneel - door koolstof-, stikstof- en zwavelisotopen te analyseren. Door koolstof- en zuurstofisotoopgegevens te bestuderen, is het mogelijk om te bepalen waar in de Middellandse Zee verschillende olijfolie vandaan komt en hoe "natuurlijk" vruchtensapproducten zijn.

Ongebruikelijke isotopen kunnen worden gebruikt als markers in chemische reacties. Dit kan nuttig zijn, vooral op het gebied van celbiologie, waar onderzoekslaboratoria zoals Johns Het Pandey Lab van Hopkins University vindt nieuwe manieren om kanker en andere levensbedreigende situaties te bestuderen voorwaarden. Stabiele isotopenlabeling met aminozuren (SILAC) in celcultuur is bijvoorbeeld een proces waarbij zustercelpopulaties in vitro worden gedifferentieerd met behulp van verschillende vormen van aminozuren. De aminozuren zijn ingebouwd in de eiwitten die worden bestudeerd en, omdat ze zich identiek aan elkaar gedragen ondanks hun verschillende nucleaire samenstelling, kunnen nieuw gesynthetiseerde eiwitten nauwkeuriger worden bestudeerd naast hun gecontroleerde (natuurlijk voorkomende) tegenhangers.

Radioactieve isotopen worden vaak gebruikt om de ouderdom van koolstofhoudende materialen te meten. Een populaire radioactieve dateringsmethode wordt koolstofdatering genoemd - de datering van organische materialen. Omdat de levensduur van een radio-isotoop niet wordt beïnvloed door enige invloed buiten de kern, werkt de voorspelbare vervalsnelheid als een klok. Het bestuderen van radio-isotopen in de omgeving van dierlijke fossielen biedt bijvoorbeeld een manier om de ouderdom van die fossielen in te schatten.