穩(wěn)定性同位素/放射性同位素示蹤技術(shù)的運行和變化規(guī)律

同位素示蹤所利用的放射性核素或穩(wěn)定性核素及它們的化合物，與自然界存在的相應(yīng)普通元素及其化合物之間的化學性質(zhì)和生物學性質(zhì)是相同的，只是具有不同的核物理性質(zhì)。因此，就可以用同位素作為一種標記，制成含有同位素的標記化合物（如標記食物，**和代謝物質(zhì)等）代替相應(yīng)的非標記化合物。利用放射性同位素不斷地放出特征射線的核物理性質(zhì)，就可以用核探測器隨時追蹤它在體內(nèi)或體外的位置、數(shù)量及其轉(zhuǎn)變等，穩(wěn)定性同位素雖然不釋放射線，但可以利用它與普通相應(yīng)同位素的質(zhì)量之差，通過質(zhì)譜儀，氣相層析儀，核磁共振等質(zhì)量分析儀器來測定。放射性同位素和穩(wěn)定性同位素都可作為示蹤劑（tracer），但是，穩(wěn)定性同位素作為示蹤劑其靈敏度較低，可獲得的種類少，價格較昂貴，其應(yīng)用范圍受到限制；而用放射性同位素作為示蹤劑不僅靈敏度，測量方法簡便易行，能準確地定量，準確地定位及符合所研究對象的生理條件等特點。

同位素標記法是利用放射性同位素作為示蹤劑對研究對象進行標記的微量分析方法，生物學中常用的放射性同位素（原子核不穩(wěn)定會發(fā)生衰變，發(fā)出α射線或β射線或γ射線的同位素）有3H、14C、 32P、35S、 45Ca、51Cr、59Fe、125I、131I、198Ag等，穩(wěn)定性同位素（原子核結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不會發(fā)生衰變的同位素）有2H、13C、15N、18O等。

同位素標記法可用于追蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律

1．光合作用中氧氣的來源

1939年，魯賓和卡門用18O分別標記H2O和CO2，然后進行兩組對比實驗：一組提供H2O和C18O2，另一組提供H218O和CO2。在其他條件相同情況下，分析出**組釋放的氧氣全部為O2，**組全部為18O2，有力地證明了植物釋放的O2來自于H2O而不是CO2。

2．DNA的半保留復制

1957年，美國科學家梅塞爾森和斯坦爾用含15N的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，使之變成“重”細菌，再把它放在含14N的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)。在不同時間取樣，并提取DNA進行密度梯度離心，根據(jù)輕重鏈浮力等的不同，就分出新生鏈和母鏈，這就證實了DNA復制的半保留性。

放射性同位素示蹤技術(shù)

1．分泌蛋白的合成與分泌

20世紀70年代，科學家詹姆森等在豚鼠的胰腺細胞中注射3H標記的亮氨酸。3min后被標記的亮氨酸出現(xiàn)在附有核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中；17min后，出現(xiàn)在高爾基體中；117min后，出現(xiàn)在靠近細胞膜內(nèi)側(cè)的囊泡中及釋放到細胞外的分泌物中。由此發(fā)現(xiàn)了分泌蛋白的合成與分泌途徑：核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→囊泡→細胞膜→外排。

2．光合作用中有機物的生成

20世紀40年代美國生物學家卡爾文等把單細胞的小球藻短暫暴露在含14C的CO2里，然后把細胞磨碎，分析14C出現(xiàn)在哪些化合物中。經(jīng)過10年努力終于探索出了光合作用的“三碳途徑”——卡爾文循環(huán)。為此，卡爾文榮獲“諾貝爾獎”。

3．噬菌體侵染細菌的實驗

1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實驗材料，用35S、32P分別標記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼和DNA，再讓被35S、32P分別標記的兩種噬菌體去侵染大腸桿菌，經(jīng)離心處理后，分析放射性物質(zhì)的存在場所。此實驗有力證明了DNA是遺傳物質(zhì)。

4．基因工程

在目的基因的檢測與鑒定中，采用了DNA分子雜交技術(shù)（如32P）。將轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA提取出來，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作標記，以此為探針使之與基因組DNA雜交，如果顯示出雜交帶，就表明目的基因已導入受體細胞中。

另外，還可采用同樣方法檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，不同的是從轉(zhuǎn)基因生物中提取的是mRNA。

5．基因診斷

基因診斷是用放射性同位素（如32P）、熒光分子等標記的DNA分子作探針，依據(jù)DNA分子雜交原理，鑒定被檢測樣本上的遺傳信息，從而達到檢測疾病的目的。

示蹤原子不僅用于科學研究，還用于疾病的診斷和**。例如，射線能破壞甲狀腺細胞，使甲狀腺腫大得到緩解。因此，碘的放射性同位素就可用于**甲狀腺腫大。

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