在元素周期表中，一個元素占據(jù)一個位置。后來，科學(xué)家又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，同一位元素的原子并不完全一樣，有的原子重些，有的原子輕些；有的原子很穩(wěn)定，不會變，有的原子有放射性，會變化，衰變后成了另一種元素的原子。我們把這些具有相同質(zhì)子數(shù)，不同中子數(shù)的同一元素的不同核素互稱為同位素。同位素可分為穩(wěn)定同位素和放射性同位素。
穩(wěn)定同位素：穩(wěn)定同位素是指原子核結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不發(fā)生衰變的同位素，穩(wěn)定同位素沒有放射性，如：1H、 2H、15N、18O等。在實(shí)驗(yàn)或研究中如使用穩(wěn)定同位素，不能采用自顯影等技術(shù)來追蹤同位素的去向，只能利用同位素的質(zhì)量差，通過測量分子質(zhì)量或離心技術(shù)來區(qū)別同位素。魯賓和卡門就是用穩(wěn)定性同位素18O分別標(biāo)記H2O和CO2來研究光合作用過程中釋放的氧氣中O的來源。
放射性同位素具有以下三個特性
第一，能放出各種不同的射線。有的放出α射線，有的放出β射線，有的放出γ射線或者同時放出其中的兩種射線。還有中子射線。其中，α射線是一束α粒子流，帶正電荷，β射線就是電子流，帶有負(fù)電荷。
第二，放出的射線由不同原子核本身決定。例如鈷－60原子核每次發(fā)生衰變時，都要放射出三個粒子：一個β粒子和兩個光子，鈷－60最終變成了穩(wěn)定的鎳－60。
第三，具有一定的壽命。人們將開始存在的放射性同位素的原子核數(shù)目減少到一半時所需的時間，稱為半衰期。例如鈷－60的半衰期為5.27年
放射性同位素有三個主要來源——加速器中帶電粒子的產(chǎn)物，反應(yīng)堆中的中子轟擊產(chǎn)物和分離出的裂變產(chǎn)物。使用放射性同位素的主要優(yōu)點(diǎn)是可以通過測定它們發(fā)射的粒子和鑒定其特有的半衰期和輻射性質(zhì)，探測它們的存在。放射性同位素在能源、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境、考古等諸多方面都有著廣泛的應(yīng)用。
放射性同位素和穩(wěn)定性同位素都可作為示蹤劑，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(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)。常用的放射性同位素有：14C、32P、35S、 3H等。利用放射性同位素能不斷地放出特征射線的核物理性質(zhì)，就可以用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。常用放射性同位素的特征如表1所示。
1、研究分泌蛋白的合成和分泌
研究細(xì)胞器在分泌蛋白合成中的作用時，標(biāo)記某一氨基酸如亮氨酸的3H，在一次性給予放射性標(biāo)記的氨基酸的前提下，通過觀察細(xì)胞中放射性物質(zhì)在不同時間出現(xiàn)的位置，就可以明確地看出細(xì)胞器在分泌蛋白合成和運(yùn)輸中的作用。研究手段：觀察放射性在不同細(xì)胞器中出現(xiàn)的時間，來觀察不同細(xì)胞器在分泌蛋白中的作用。
2、研究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，分析出第一組小球藻釋放的氧氣全部為O2，第二組小球藻釋放的氧氣全部為18O2，有力地證明了植物釋放的O2來自于H2O而不是CO2。
3、研究光合作用中CO2中的碳原子轉(zhuǎn)移途徑
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)。
4、證明DNA是遺傳物質(zhì)
1952年，赫爾希和他的助手女科學(xué)家蔡斯以T2噬菌體作為研究對象，證明了DNA是T2噬菌體的遺傳物質(zhì)。他們用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)。
5、探究DNA分子半保留復(fù)制的特點(diǎn)
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。
6、DNA分子雜交和分子雜交技術(shù)
在目的基因的檢測與鑒定中，采用了DNA分子雜交技術(shù)。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。
文字 | 尤安琪
編輯 | 尤安琪
審核 | 呂 娜 子 牛
聯(lián)系客服
