ไอโซโทปที่ใช้ในชีววิทยา

ไอโซโทปเป็นรูปแบบขององค์ประกอบทางเคมีที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน เนื่องจากไอโซโทปสามารถจดจำได้ จึงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการติดตามกระบวนการทางชีววิทยาระหว่างการทดลอง มีศักยภาพในการใช้ไอโซโทปมากมายในการทดลอง แต่มีการใช้งานหลายอย่างที่แพร่หลายมากขึ้น

ธาตุเคมีแต่ละชนิดมีจำนวนโปรตอนที่ไม่ซ้ำกัน ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่ก่อให้เกิดตารางธาตุ ในทำนองเดียวกัน ไอโซโทปของธาตุใดธาตุหนึ่งมีจำนวนนิวตรอนเฉพาะตัว การกำหนดไอโซโทปถูกกำหนดโดยผลรวมของโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส (เรียกว่าเลขมวล) องค์ประกอบสามารถมีไอโซโทปจำนวนเท่าใดก็ได้ ตัวอย่างเช่น carbon-12 และ carbon-13 มีโปรตอน 6 ตัว แต่ตัวหลังมีนิวตรอนเพิ่มขึ้นหนึ่งตัว เนื่องจากจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอมมีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติทางเคมี ไอโซโทป ให้วิธีการที่มีประสิทธิภาพในการศึกษากระบวนการทางชีววิทยาต่างๆ โดยไม่กระทบต่อธรรมชาติอย่างมีนัยสำคัญ แน่นอน

สารชีวภาพ (ที่ผลิตโดยกระบวนการชีวิตที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ) สามารถมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของไอโซโทปคาร์บอน ไนโตรเจน และออกซิเจน ซึ่งทำให้เป็นเป้าหมายในการวิเคราะห์ได้ง่ายขึ้น การใช้งานด้านความปลอดภัยของอาหารทำให้สามารถติดตามประเทศต้นกำเนิดของผลิตภัณฑ์อาหารบางชนิด เช่น เนื้อวัว โดยใช้ไอโซโทปคาร์บอนและไนโตรเจน หน่วยงานและผู้ผลิตยังสามารถกำหนดวิธีการให้อาหารสำหรับปศุสัตว์ได้ ทั้งแบบอินทรีย์และแบบธรรมดา โดยการวิเคราะห์ไอโซโทปคาร์บอน ไนโตรเจน และกำมะถัน จากการศึกษาข้อมูลไอโซโทปคาร์บอนและออกซิเจน เป็นไปได้ที่จะระบุที่มาของน้ำมันมะกอกในทะเลเมดิเตอร์เรเนียน และผลิตภัณฑ์น้ำผลไม้ "ธรรมชาติ" เป็นอย่างไร

ไอโซโทปที่ผิดปกติสามารถใช้เป็นเครื่องหมายในปฏิกิริยาเคมีได้ สิ่งนี้มีประโยชน์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านชีววิทยาของเซลล์ ซึ่งห้องปฏิบัติการวิจัยอย่าง Johns Pandey Lab ของ Hopkins University กำลังค้นหาวิธีใหม่ในการศึกษามะเร็งและอันตรายถึงชีวิตอื่นๆ เงื่อนไข ตัวอย่างเช่น การติดฉลากไอโซโทปที่เสถียรด้วยกรดอะมิโน (SILAC) ในการเพาะเลี้ยงเซลล์เป็นกระบวนการที่ประชากรเซลล์พี่น้องมีความแตกต่างกันในหลอดทดลองโดยใช้รูปแบบต่างๆ ของกรดอะมิโน กรดอะมิโนถูกรวมเข้าไว้ในโปรตีนที่กำลังศึกษาและเนื่องจากพวกมันมีพฤติกรรมเหมือนกันทั้งๆที่ องค์ประกอบทางนิวเคลียร์ที่แตกต่างกัน โปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่สามารถศึกษาอย่างใกล้ชิดยิ่งขึ้นควบคู่ไปกับการควบคุม (ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ) คู่หู

ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีมักใช้เพื่อวัดอายุของวัสดุที่มีคาร์บอน วิธีการหาคู่กัมมันตภาพรังสีที่ได้รับความนิยมวิธีหนึ่งเรียกว่าการหาคู่ด้วยคาร์บอน - การนัดหมายของวัสดุอินทรีย์ เนื่องจากชีวิตของไอโซโทปรังสีไม่ได้รับผลกระทบจากอิทธิพลภายนอกนิวเคลียส อัตราการสลายตัวที่คาดการณ์ได้จึงทำหน้าที่เหมือนนาฬิกา ตัวอย่างเช่น การศึกษาไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีในสภาพแวดล้อมของซากดึกดำบรรพ์ของสัตว์ เป็นวิธีการประมาณอายุของฟอสซิลเหล่านั้น