Изотопы, используемые в биологии

Изотопы - это разновидности химических элементов, содержащие разное количество нейтронов. Поскольку изотопы узнаваемы, они обеспечивают эффективный способ отслеживания биологических процессов во время экспериментов. Есть много потенциальных применений изотопов в экспериментах, но несколько более распространены.

Каждый химический элемент имеет уникальное количество протонов, факт, который дал начало периодической таблице. Точно так же изотоп любого данного элемента имеет собственное уникальное число нейтронов; Обозначение изотопа определяется суммой протонов и нейтронов в ядре (называемой массовым числом). Элемент может иметь любое количество изотопов. Например, углерод-12 и углерод-13 имеют по шесть протонов, но последний содержит один дополнительный нейтрон. Поскольку количество нейтронов в ядре атома незначительно влияет на химические свойства, изотопы предоставляют эффективные средства изучения различных биологических процессов без значительного воздействия на их естественные курс.

Биогенные вещества (производимые естественными жизненными процессами) могут иметь значительные вариации изотопов углерода, азота и кислорода, что делает их более легкой целью для анализа. Приложения для обеспечения безопасности пищевых продуктов позволяют отслеживать страну происхождения определенных пищевых продуктов, например говядины, с помощью изотопов углерода и азота. Агентства и производители также могут определять метод кормления домашнего скота - органический или традиционный - путем анализа изотопов углерода, азота и серы. Изучая данные об изотопах углерода и кислорода, можно определить, откуда в Средиземноморье берутся различные оливковые масла и насколько «натуральные» фруктовые соки.

Необычные изотопы можно использовать как маркеры в химических реакциях. Это может быть полезно, особенно в области клеточной биологии, где исследовательские лаборатории, такие как Johns Лаборатория Пандей Университета Хопкинса находит новые способы изучения рака и других опасных для жизни заболеваний. условия. Например, маркировка стабильных изотопов аминокислотами (SILAC) в культуре клеток - это процесс, с помощью которого популяции сестринских клеток дифференцируются in vitro с использованием различных форм аминокислот. Аминокислоты включены в изучаемые белки, и, поскольку они ведут себя идентично друг другу, несмотря на их различный ядерный состав, вновь синтезированные белки могут быть более тщательно изучены наряду с их контролируемыми (встречающимися в природе) аналоги.

Радиоактивные изотопы часто используются для измерения возраста материалов, содержащих углерод. Один из популярных методов радиоактивного датирования называется углеродным датированием - датированием органических материалов. Поскольку на жизнь радиоизотопа не влияет какое-либо влияние за пределами ядра, его предсказуемая скорость распада действует как часы. Например, изучение радиоизотопов в окрестностях окаменелостей животных позволяет оценить возраст этих окаменелостей.