1、同位素標記法在高中生物知識中的應用 同位素標記法在高中生物知識中的應用 【摘要】在中子和質子組成的原子核內，質子數相同，中子數不同的這一類原子稱為同位素。同位素用于追蹤物質運行和變化過程時，叫示蹤元素，用示蹤元素標記的化合物，其化學性質不變。人們根據這種化合物的放射性，對生物體內各種復雜的生理、生化過程進行追蹤，這種科學研究方法就叫做同位素示蹤法。同位素標記法是利用放射性同位素作為示蹤劑對研究的對象的運行和變化規律進行追蹤的分析法。 【關鍵詞】同位素;標記;應用 一、概述 在中子和質子組成的原子核內，質子數相同，中子數不同的這一類原子稱為同位素。同位素包括穩定同位素和放射性同位素。穩定同位素是

2、指原子核結構穩定，不會發生衰變的同位素，如15N、18O等。放射性同位素是指原子核不穩定會發生衰變，發出射線或射線或射線的同位素，如3H、14C、32P、35S、131I、42K等。 同位素用于追蹤物質運行和變化過程時，叫示蹤元素，用示蹤元素標記的化合物，其化學性質不變。人們根據這種化合物的放射性，對生物體內各種復雜的生理、生化過程進行追蹤，這種科學研究方法就叫做同位素示蹤法。同位素標記法是利用放射性同位素作為示蹤劑對研究的對象的運行和變化規律進行追蹤的分析法。在生物學科中，經常利用14C、18O、15N、3H、32P和35S等同位素作為示蹤原子，來考察學生分析、判斷和推斷能力。 二、方法應用

3、 同位素示蹤法是利用放射性核素作為示蹤劑對研究對象進行標記的微量分析方法，即把放射性同位素的原子參到其他物質中去，讓它們一起運動、遷移，再用放射性探測儀器進行追蹤，就可知道放射性原子通過什么路徑，運動到哪里了，是怎樣分布的。用來研究細胞內的元素或化合物的來源、組成、分布和去向等，進而了解細胞的結構和功能、化學物質的變化、反響機理等。 三.放射性同位素示蹤法的特點 靈敏度高：放射性示蹤法可測到10-14-10-18克水平，即可以從1015個非放射性原子中檢出一個放射性原子。它比目前較敏感的重量分析天平要敏感108-107倍，而迄今最準確的化學分析法很難測定到10-12克水平。 方法簡便：放射性測

4、定不受其它非放射性物質的干擾，可以省略許多復雜的物質別離步驟，體內示蹤時，可以利用某些放射性同位素釋放出穿透力強的r射線，在體外測量而獲得結果，這就大大簡化了實驗過程，做到非破壞性分析，隨著液體閃爍計數的開展，14C和3H等發射軟射線的放射性同位素在醫學及生物學實驗中得到越來越廣泛的應用。 定位定量準確：放射性同位素示蹤法能準確定量地測定代謝物質的轉移和轉變，與某些形態學技術相結合，可以確定放射性示蹤劑在組織器官中的定量分布，并且對組織器官的定位準確度可達細胞水平、亞細胞水平乃至分子水平。 符合生理條件：在放射性同位素實驗中，所引用的放射性標記化合物的化學量是極微量的，它對體內原有的相應物質的

5、重量改變是微缺乏道的，體內生理過程仍保持正常的平衡狀態，獲得的分析結果符合生理條件，更能反映客觀存在的事物本質 四、應用分析 標記某元素，追蹤其轉移途徑。 碳的同位素：自然界中碳元素有三種同位素，即穩定同位素12C、13C和放射性同位素14C。14C能夠發射 B射線，因此可以用放射性14C取代化合物中它的穩定同位素12C，并以14C作為標記的放射性標記化合物。例如教材中介紹了科學家用含有14C的二氧化碳來追蹤光合作用中的C原子的轉移途徑是：二氧化碳一三碳化合物一糖類 氧的同位素：自然界中氧元素有三種同位素，即16O、17O、18O，它們都不具有放射性，因此不能通過放射性進行追蹤。在示蹤研究中，

6、常用18O代替化合物中的16O進行標記，最后通過質譜儀測定代謝物的質量的方法進行確定。例如在教材中，介紹的魯賓和卡門的實驗，研究光合作用中釋放的氧到底是來自于水，還是來自于二氧化碳。他們用氧的同位素18O分別標記H2O和CO2，使它們分別成為H218O和C18O2，然后進行兩組光合作用實驗：第一組向綠色植物提供H218O和CO2，第二組向同種綠色植物提供H2O和C18O2。在相同條件下，他們對兩組光合作用釋放的氧進行了分析，結果說明第一組釋放的氧全部是18O2，第二組釋放的氧全部是O2，從而證明了光合作用釋放的氧全部來自水。 標記特征元素，探究化合物的作用。 磷的同位素：磷的同位素磷是一個簡單

7、的元素，除了質量數為31的一種穩定性同位素外，還有幾個放射性同位素，其質量數為29、30、32、33和34;但只有質量數為32和33的同位素存在足夠長的時間可以作為示蹤物之用，32和33都可以發射負B射線。在教材中介紹了用32P標記噬菌體的DNA，然后用被標記的噬菌體去感染細菌的實驗。由于DNA中含有P元素，因而用放射性的32P取代DNA中的P，就使得DNA具有可識別性，從而和細菌的DNA相區別開來。 硫的同位素： 硫的同位素32S、33S、34S、35S和36S中，除35S外，其它放射性同位素的半衰期都很短，因此在放射性同位素示蹤法中，用的多是35S。教材中同樣是在介紹噬菌體侵染細菌的實驗中

8、，介紹了35S的標記應用。即是用35S標記噬菌體的蛋白質外殼來顯示其最后的存在部位。由于蛋白質含有S 元素，而DNA中不含S元素，可以把蛋白質和DNA區別開來。 標記特征化合物，探究詳細生理過程，研究生物學原理。 氫的同位素：氫有三種同位素，即氕、氘和氚，氕和氘是穩定的同位素，而氚具有放射性，能夠發射負B射線，因而可以通過探測器進行追蹤。3H標記化合物是指用放射性3H取代化合物中的穩定同位素氕或氘，并以3H作為標記的放射性標記化合物。例如，在介紹科學家在研究分泌蛋白的合成和分泌時，曾經做過這樣一個實驗：他們在豚鼠的胰臟腺泡細胞中注射3H標記的亮氨酸，3min后，被標記的氨基酸出現在附著有核酸體的內質網中，17min后，出現在高爾基體中，117min后，出現在靠近細胞膜內側的運輸蛋白質的小泡中，以及釋放到細胞外的分泌物中，這個實驗說明分泌蛋白在附著于內質網上的核糖體中合成之后，是按照內質網葉高爾基體一細胞膜的方向運輸的，從而證明了細胞內的各種生物膜在功能上是緊密聯系的。 用3H 標記胸腺嘧啶脫氧核苷酸，研究有絲分裂過程中染色體的變化規律。 氮的同位素：有13N14N15N等，如用15N標記的脫氧核苷酸研究DNA復制的特點，證明DNA的復制為半保存復制。 除了課本中介紹的這些實驗中涉及到同位素標記法的應用之外，利用N的同位素15N標記