Isotoper som brukes i biologi

Isotoper er variasjoner av kjemiske grunnstoffer som inneholder forskjellige antall nøytroner. Fordi isotoper er gjenkjennelige, gir de en effektiv måte å spore biologiske prosesser under eksperimentering. Det er mange potensielle bruksområder for isotoper i eksperimentering, men flere bruksområder er mer utbredt.

Hvert kjemisk element har et unikt antall protoner, et faktum som ga opphav til det periodiske systemet. Tilsvarende har en isotop av et gitt element sitt eget unike antall nøytroner; betegnelsen på en isotop bestemmes av summen av protoner og nøytroner i kjernen (referert til som massetallet). Et element kan ha et hvilket som helst antall isotoper. For eksempel har karbon-12 og karbon-13 begge seks protoner, men sistnevnte inneholder et ekstra nøytron. Fordi antall nøytroner i atomets kjerne har en ubetydelig effekt på kjemiske egenskaper, isotoper gi et effektivt middel til å studere forskjellige biologiske prosesser uten å påvirke deres naturlige kurs.

Biogene stoffer (de som produseres av naturlig forekommende livsprosesser) kan ha betydelige variasjoner av isotoper av karbon, nitrogen og oksygen, noe som gjør dem til et lettere mål for analyse. Matsikkerhetsapplikasjoner gjør det mulig å spore opprinnelseslandet til visse matvarer, som storfekjøtt, ved hjelp av karbon- og nitrogenisotoper. Byråer og produsenter er også i stand til å bestemme metoden for fôring av husdyr - organisk eller konvensjonell - ved å analysere karbon, nitrogen og svovelisotoper. Ved å studere karbon- og oksygenisotopdata er det mulig å bestemme hvor i Middelhavet forskjellige olivenoljer kommer fra, og hvor "naturlige" fruktjuiceprodukter er.

Uvanlige isotoper kan brukes som markører i kjemiske reaksjoner. Dette kan være nyttig, særlig innen cellebiologi, hvor forskningslaboratorier som Johns Hopkins Universitys Pandey Lab finner nye måter å studere kreft og andre livstruende på forhold. For eksempel er stabil isotopmerking med aminosyrer (SILAC) i cellekultur en prosess der søstercellepopulasjoner differensieres in vitro ved hjelp av varierende former for aminosyrer. Aminosyrene er innlemmet i proteinene som studeres, og fordi de oppfører seg identisk med hverandre til tross for deres forskjellige kjernefysiske sammensetninger, kan nylig syntetiserte proteiner studeres nærmere ved siden av deres kontrollerte (naturlig forekommende) kolleger.

Radioaktive isotoper brukes ofte til å måle alderen på materialer som inneholder karbon. En populær radioaktiv dateringsmetode kalles karbondatering - datering av organiske materialer. Fordi en radioisotops levetid ikke påvirkes av noen innflytelse utenfor kjernen, fungerer dens forutsigbare forfallshastighet som en klokke. Å studere radioisotoper i omgivelsene til dyrefossiler, for eksempel, gir en måte å estimere alderen til disse fossilene på.