Izotopi folosiți în biologie

Izotopii sunt variații ale elementelor chimice care conțin un număr diferit de neutroni. Deoarece izotopii sunt recunoscători, aceștia oferă un mod eficient de urmărire a proceselor biologice în timpul experimentării. Există multe utilizări potențiale pentru izotopi în experimentare, dar mai multe aplicații sunt mai răspândite.

Fiecare element chimic are un număr unic de protoni, fapt care a dat naștere tabelului periodic. În mod similar, un izotop al oricărui element dat are propriul său număr unic de neutroni; desemnarea unui izotop este determinată de suma protonilor și neutronilor din nucleu (denumită numărul de masă). Un element poate avea orice număr de izotopi. De exemplu, carbon-12 și carbon-13 au ambii șase protoni, dar acesta din urmă conține un neutron suplimentar. Deoarece numărul de neutroni din nucleul unui atom are un efect neglijabil asupra proprietăților chimice, izotopii oferă un mijloc eficient de a studia diferite procese biologice fără a le afecta în mod semnificativ natura curs.

Substanțele biogene (cele produse prin procese de viață naturale) pot avea variații semnificative ale izotopilor de carbon, azot și oxigen, ceea ce le face o țintă mai ușoară pentru analiză. Aplicațiile de siguranță alimentară permit urmărirea țării de origine a anumitor produse alimentare, cum ar fi carnea de vită, folosind izotopi de carbon și azot. Agențiile și producătorii pot determina, de asemenea, metoda de hrănire a animalelor - organice sau convenționale - prin analiza izotopilor de carbon, azot și sulf. Studiind datele privind izotopii de carbon și oxigen, este posibil să se determine de unde provin diverse uleiuri de măsline în Marea Mediterană și cum sunt produsele din sucuri de fructe „naturale”.

Izotopii neobișnuiți pot fi folosiți ca markeri în reacțiile chimice. Acest lucru poate fi util, în special în domeniul biologiei celulare, unde laboratoare de cercetare precum Johns Laboratorul Pandey de la Universitatea Hopkins găsește noi modalități de a studia cancerul și alte tipuri de pericol pentru viață condiții. De exemplu, marcarea izotopului stabil cu aminoacizi (SILAC) în cultura celulară este un proces prin care populațiile de celule surori sunt diferențiate in vitro folosind diferite forme de aminoacizi. Aminoacizii sunt încorporați în proteinele studiate și, deoarece se comportă identic unul cu celălalt în ciuda lor compoziția nucleară diferită, proteinele nou sintetizate pot fi studiate mai îndeaproape alături de cele controlate (naturale) omologii.

Izotopii radioactivi sunt adesea folosiți pentru a măsura vârsta materialelor care conțin carbon. O metodă populară de datare radioactivă se numește datarea cu carbon - datarea materialelor organice. Deoarece viața unui radioizotop nu este afectată de nicio influență în afara nucleului, rata previzibilă de descompunere acționează ca un ceas. Studierea radioizotopilor în împrejurimile fosilelor animale, de exemplu, oferă o modalitate de estimare a vârstei acestor fosile.