穩(wěn)定性同位素/放射性同位素示蹤技術(shù)的運(yùn)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(xué)性質(zhì)和生物學(xué)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(biāo)記，制成含有同位素的標(biāo)記化合物（如標(biāo)記食物，**和代謝物質(zhì)等）代替相應(yīng)的非標(biāo)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(shí)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(jià)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(zhǔn)確地定量，準(zhǔn)確地定位及符合所研究對象的生理?xiàng)l件等特點(diǎn)。

同位素標(biāo)記法是利用放射性同位素作為示蹤劑對研究對象進(jìn)行標(biāo)記的微量分析方法，生物學(xué)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(biāo)記法可用于追蹤物質(zhì)的運(yùn)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(biāo)記H2O和CO2，然后進(jìn)行兩組對比實(shí)驗(yàn)：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(fù)制

1957年，美國科學(xué)家梅塞爾森和斯坦?fàn)栍煤?/span>15N的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，使之變成“重”細(xì)菌，再把它放在含14N的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)。在不同時(shí)間取樣，并提取DNA進(jìn)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(shí)了DNA復(fù)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(jì)70年代，科學(xué)家詹姆森等在豚鼠的胰腺細(xì)胞中注射3H標(biāo)記的亮氨酸。3min后被標(biāo)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(xì)胞膜內(nèi)側(cè)的囊泡中及釋放到細(xì)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(xì)胞膜→外排。

2．光合作用中有機(jī)物的生成

20世紀(jì)40年代美國生物學(xué)家卡爾文等把單細(xì)胞的小球藻短暫暴露在含14C的CO2里，然后把細(xì)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(jiǎng)”。

3．噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)

1952年，赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，用35S、32P分別標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼和DNA，再讓被35S、32P分別標(biāo)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(shí)驗(yàn)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(biāo)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(dǎo)入受體細(xì)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(biāo)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(dá)到檢測疾病的目的。

示蹤原子不僅用于科學(xué)研究，還用于疾病的診斷和**。例如，射線能破壞甲狀腺細(xì)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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