תוֹכֶן
איזוטופים הם וריאציות של יסודות כימיים המכילים מספר שונה של נויטרונים. מכיוון שניתן לזהות איזוטופים, הם מספקים דרך יעילה לעקוב אחר תהליכים ביולוגיים במהלך הניסוי. ישנם ניסויים פוטנציאליים רבים לאיזוטופים, אך מספר יישומים נפוצים יותר.
מבדלים איזוטופים
לכל יסוד כימי יש מספר פרוטונים ייחודי, עובדה שהולידה את הטבלה המחזורית. באופן דומה, לאיזוטופ של כל יסוד נתון יש מספר ייחודי של נויטרונים; ייעודו של איזוטופ נקבע על ידי סכום הפרוטונים והנויטרונים בגרעין (המכונה מספר המסה). לאלמנט יכולים להיות כל מספר איזוטופים. למשל, פחמן -12 ו- פחמן -13 שניהם בעלי שישה פרוטונים, אך האחרון מכיל נויטרון אחד נוסף. מכיוון שלמספר הנויטרונים בגרעין האטומים יש השפעה זניחה על תכונות כימיות, איזוטופים מספקים אמצעי יעיל לחקר תהליכים ביולוגיים שונים מבלי להשפיע באופן משמעותי על מהלך הטבעי שלהם.
יישום: בטיחות מזון
לחומרים ביוגניים (אלה המיוצרים על ידי תהליכי חיים טבעיים) יכולים להיות שינויים משמעותיים של איזוטופי פחמן, חנקן וחמצן, מה שהופך אותם למטרה קלה יותר לניתוח. יישומי בטיחות מזון מאפשרים לעקוב אחר ארץ מוצאם של מוצרי מזון מסוימים, כמו בקר, באמצעות איזוטופים של פחמן וחנקן. סוכנויות ויצרנים מסוגלים לקבוע גם את שיטת האכלה לבעלי חיים - אורגני או קונבנציונאלי - על ידי ניתוח איזוטופי פחמן, חנקן וגופרית. על ידי לימוד נתוני איזוטופ פחמן וחמצן, ניתן לקבוע מאיפה בים התיכון שמני זית שונים מגיעים וכמה הם מוצרי מיץ פירות "טבעיים".
יישום: תיוג איזוטופי
איזוטופים לא שגרתיים יכולים לשמש כסמנים בתגובות כימיות. זה יכול להועיל, במיוחד בתחום הביולוגיה התאית, שם מעבדות מחקר כמו מעבדת פנדיי אוניברסיטאות של ג'ונס הופקינס מוצאות דרכים חדשות לחקר סרטן ומצבים מסכני חיים אחרים. לדוגמה, תיוג איזוטופי יציב עם חומצות אמינו (SILAC) בתרבית תאים הוא תהליך שבאופן זה מובחנות אוכלוסיות תאי אחיות במבחנה תוך שימוש בצורות שונות של חומצות אמינו. חומצות האמינו משולבות בחלבונים הנחקרים, ומכיוון שהן מתנהגות זהות זו מזו על אף ההרכב הגרעיני השונה שלהן, ניתן ללמוד מקרוב יותר חלבונים מסונתזים, לצד עמיתיהם המבוקרים (המופיעים באופן טבעי).
יישום: הכרויות רדיואקטיביות
איזוטופים רדיואקטיביים משמשים לרוב למדידת גילם של חומרים המכילים פחמן. שיטת הכרויות רדיואקטיבית פופולרית אחת נקראת תיארוך פחמן - תיארוך של חומרים אורגניים. מכיוון שחיי הרדיואיזוטופ אינם מושפעים מכל השפעה מחוץ לגרעין, קצב ההתפרקות הצפוי שלו פועל כמו שעון. לימוד רדיואיזוטופים בסביבת מאובני בעלי חיים, למשל, מספק דרך להעריך את גילם של אותם מאובנים.