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基本的

同位素示蹤中使用的放射性核素或穩(wěn)定放射性核素及其化合物，與自然界中存在的相應(yīng)的常見元素及其化合物具有相同的化學和生物性質(zhì)，但具有不同的核物理性質(zhì)。因此，同位素可以作為一種標記，標記含有同位素的化合物(如標記食品、藥物和代謝物等。)可以代替相應(yīng)的未標記化合物來制備。利用放射性同位素發(fā)射特征射線的核物理性質(zhì)，核探測器可以隨時跟蹤放射性同位素在體內(nèi)或體外的位置、數(shù)量和轉(zhuǎn)化。穩(wěn)定同位素雖然不發(fā)射射線，但可以用質(zhì)譜儀、氣相色譜儀、核磁共振等質(zhì)量分析儀器測定。放射性同位素和穩(wěn)定同位素都可以用作示蹤劑。但穩(wěn)定同位素作為示蹤劑，靈敏度低，可利用的種類少，價格高，應(yīng)用范圍有限。然而，使用放射性同位素作為示蹤劑不僅靈敏，而且易于測量，定量準確，定位準確，符合研究對象的生理條件。

同位素標記法是一種利用放射性同位素作為示蹤劑來標記研究對象的微量分析方法。生物學中常用的放射性同位素(衰變放出α射線、β射線或γ射線的原子核不穩(wěn)定的同位素)有3H、14C、32P、35S、45Ca、51Cr、59Fe、125I、131I、198Ag等。，和穩(wěn)定同位素(原子核是穩(wěn)定的，不會衰變。

同位素標記法可以用來跟蹤物質(zhì)的運動和變化規(guī)律，這種方法在高中生物教材中出現(xiàn)過多次，總結(jié)如下:

穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)

1.光合作用中氧氣的來源

1939年，魯賓和卡門分別用18O標記H2O和CO2，然后進行了兩個對比實驗:一個提供H2O和C18O2，另一個提供H218O和CO2。在其他條件相同的情況下，第一組釋放的氧氣全是O2，第二組釋放的氧氣全是18O2，這有力地證明了植物釋放的O2來自H2O而不是CO2。

2.2的半保守復(fù)制。脫氧核糖核酸

1957年，美國科學家梅森和斯坦納在含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌，使其成為“重”細菌，然后繼續(xù)在含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。在不同時間取樣，提取DNA進行密度梯度離心。根據(jù)輕鏈和重鏈浮力的不同，將新生鏈和母鏈分開，證實了DNA復(fù)制的半保留性。

放射性同位素示蹤技術(shù)

1.分泌蛋白的合成和分泌

20世紀70年代，詹姆森等科學家將3H標記的亮氨酸注射到豚鼠胰腺細胞中。3分鐘后，帶核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中出現(xiàn)標記的亮氨酸。17分鐘后出現(xiàn)在高爾基體。117分鐘后，出現(xiàn)在靠近細胞膜內(nèi)側(cè)的小泡中，釋放到細胞外分泌物中。由此發(fā)現(xiàn)分泌蛋白的合成和分泌途徑: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形成

20世紀40年代，美國生物學家卡爾文將單細胞小球藻短暫暴露于含14C的CO2中，然后研磨細胞以分析14C出現(xiàn)在哪些化合物中。經(jīng)過10年的努力，我們終于探索出了光合作用的“三碳途徑”——卡爾文循環(huán)。為此，卡爾文獲得了諾貝爾獎。

3.噬菌體感染細菌的實驗

1952年，hershey和Chase以T2噬菌體為實驗材料，分別用35S和32P標記噬菌體的蛋白外殼和DNA，然后讓標記了35S和32P的兩個噬菌體感染大腸桿菌，離心后分析放射性物質(zhì)的位置。這個實驗有力地證明了DNA是遺傳物質(zhì)。

4.遺傳工程

在靶基因的檢測和鑒定中，采用了DNA分子雜交技術(shù)(如32P)。提取轉(zhuǎn)基因生物的基因組DNA，用放射性同位素標記含有目的基因的DNA片段，作為探針與基因組DNA雜交。如果顯示雜交帶，則表明靶基因已經(jīng)導(dǎo)入受體細胞。

此外，除了mRNA是從轉(zhuǎn)基因生物中提取的以外，同樣的方法可以用于檢測靶基因是否轉(zhuǎn)錄mRNA。

5.基因診斷

基因診斷是利用放射性同位素(如32P)標記的DNA分子和熒光分子作為探針，根據(jù)DNA分子雜交的原理，對被檢測樣品上的遺傳信息進行識別，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治療。比如輻射可以破壞甲狀腺細胞，緩解甲狀腺腫。因此，碘的放射性同位素可用于治療甲狀腺腫。

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