Izotopy to odmiany pierwiastków chemicznych zawierające różną liczbę neutronów. Ponieważ izotopy są rozpoznawalne, zapewniają skuteczny sposób śledzenia procesów biologicznych podczas eksperymentów. Istnieje wiele potencjalnych zastosowań izotopów w eksperymentach, ale kilka zastosowań jest bardziej rozpowszechnionych.
Zróżnicowane izotopy
Każdy pierwiastek chemiczny ma unikalną liczbę protonów, co dało początek układowi okresowemu pierwiastków. Podobnie izotop dowolnego pierwiastka ma swoją unikalną liczbę neutronów; oznaczenie izotopu jest określone przez sumę protonów i neutronów w jądrze (określaną jako liczba masowa). Element może mieć dowolną liczbę izotopów. Na przykład węgiel-12 i węgiel-13 mają po sześć protonów, ale ten drugi zawiera jeden dodatkowy neutron. Ponieważ liczba neutronów w jądrze atomu ma znikomy wpływ na właściwości chemiczne, izotopy zapewniają skuteczny sposób badania różnych procesów biologicznych bez znaczącego wpływu na ich naturalny kierunek.
aplikacji: Bezpieczeństwo żywności
Substancje biogenne (wytwarzane w wyniku naturalnie występujących procesów życiowych) mogą mieć znaczne różnice w izotopach węgla, azotu i tlenu, co czyni je łatwiejszym celem do analizy. Aplikacje bezpieczeństwa żywności umożliwiają śledzenie kraju pochodzenia niektórych produktów spożywczych, takich jak wołowina, przy użyciu izotopów węgla i azotu. Agencje i producenci są również w stanie określić metodę żywienia zwierząt gospodarskich – ekologiczną lub konwencjonalną – poprzez analizę izotopów węgla, azotu i siarki. Analizując dane dotyczące izotopów węgla i tlenu, można określić, skąd w Morzu Śródziemnym pochodzą różne oliwy z oliwek i jak „naturalne” są soki owocowe.
aplikacji: Etykietowanie izotopowe
Niezwykłe izotopy mogą służyć jako markery w reakcjach chemicznych. Może to być pomocne, szczególnie w dziedzinie biologii komórki, gdzie laboratoria badawcze, takie jak Johns Laboratorium Pandey Lab na Uniwersytecie Hopkinsa znajduje nowe sposoby badania raka i innych zagrażających życiu warunki. Na przykład, znakowanie stabilnych izotopów za pomocą aminokwasów (SILAC) w hodowli komórkowej to proces, w którym populacje komórek siostrzanych są różnicowane in vitro przy użyciu różnych form aminokwasów. Aminokwasy są wbudowywane w badane białka, a ponieważ zachowują się one identycznie, pomimo ich różniący się składem jądrowym, nowo syntetyzowane białka mogą być dokładniej badane wraz z ich kontrolowanymi (występującymi naturalnie) odpowiedniki.
aplikacji: Radioaktywne randki
Izotopy promieniotwórcze są często używane do pomiaru wieku materiałów zawierających węgiel. Jedną z popularnych metod datowania radioaktywnego jest datowanie węglowe – datowanie materiałów organicznych. Ponieważ na życie radioizotopu nie ma wpływu żaden wpływ poza jądrem, jego przewidywalne tempo rozpadu działa jak zegar. Na przykład badanie radioizotopów w otoczeniu skamielin zwierzęcych pozwala oszacować wiek tych skamieniałości.