WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Ярким примером использования меченых атомов может служить определение геологического возраста с помощью углерода. В этом случае измеряется радиоактивность древесины или других органических материалов. Если эти материалы составляют часть системы недавно бывшей живой, то ее атомы углерода будут находиться в динамическом равновесии с СОатмосферы; в результате за счет изотопа С14 космического происхождения образец будет давать около 10 отсчетов в 1 мин на 1 г углерода. В таком же веществе, но уже в течение долгого времени не живом и, следовательно, не находящемся в равновесии с СО2 атмосферы, изотоп С14 постепенно распадается и не восстанавливается. Таким образом, следует ожидать, что кусок кости мамонта, имеющей возраст около 5760 лет, содержит в два раза меньше С1 4 на 1 г углерода по сравнению с недавно возникшим живым материалом. А кусок древесины в возрасте 11 500 лет должен содержать в четыре раза меньше этого же количества (т. е. давать 2,5 отсчета в 1 мин на 1 г углерода). Благодаря изотопу С14 возникает слабая радиоактивность с невысокой интенсивностью. Тем не менее можно очень точно измерить содержание С14, должным образом отделив отсчеты, возникающие за счет космических лучей, распада другого рода, радиоактивного фона комнаты и электронных шумов. Когда удается сравнить данные, полученные с помощью С14, сданными, полученными каким-либо другим способом, то обнаруживается, что они согласуются друг с другом в пределах экспериментальной ошибки. Для объектов, содержащих углерод и имеющих возраст от 2000 до 50 000 лет, данные, полученные с помощью изотопа С14, могут быть вычислены более точно, чем с помощью любых других методов. Возраст многих объектов, имеющих значение для археологии, антропологии и эволюции, можно определить только с помощью изотопа С14.

ИЗОТОП ЙОДА JСтабильный йод, встречающийся в природе, состоит главным образом из изотопа J127. Известны многие радиоактивные изотопы йода: J128, J129, J130 и J131. Период полураспада изотопа J128 равен 25 мин, а изотопа J130—12 час. Оба названных изотопа используют в биологических исследованиях, но для большинства экспериментов они слишком короткоживущие.

Изотоп J129 имеет период полураспада около 107 лет, что слишком много для успешного его применения в качестве радиоактивного индикатора. Очень удобную продолжительность жизни (8 дней) имеет изотоп J131, обладающий много более высокой скоростью распада на грамм-атом, чем изотоп С14. В течение нескольких месяцев изотоп J131 почти полностью распадается и уже не представляет вреда для здоровья. Вследствие его короткого периода полураспада количество полученных отсчетов всегда надо рассматривать как функцию той части первоначального количества, которая еще не распалась.

При распаде изотоп J131 испускает много частиц: электроны с максимальной энергией 0,6 и 0,3 Мэв, а также -кванты с энергией 0,08, 0,28, 0,37 и 0,64 Мэв. Два последних типа излучения легко проходят через ткани и алюминиевые фольги и могут быть свободно обнаружены. Окружив детектор металлическим экраном, можно понизить естественный фон, не снижая чрезмерно чувствительность к -излучению.

Изотоп J131 можно получить, бомбардируя J130 нейтронами.

Более удобный метод заключается в бомбардировке нейтронами изотопа Те130. Этим способом получают J131, который может быть выделен с большой степенью чистоты среди всех других элементов.

Основное количество изотопа J131 получают из продуктов деления.

Для использования в биологических исследованиях изотоп Jобычно превращают в йодид какого-либо металла.

Для позвоночных йод является важным метаболитом, так как он составляет часть гормонов щитовидной железы. Его концентрация в щитовидной железе в 10 000 раз больше, чем в любом другом органе. Человеку ежедневно необходимо лишь очень малое количество йода (приблизительно 100 мкг). Если, однако, он содержится в пище в меньшем количестве, то у человека возникают различные заболевания щитовидной железы.

Радиоактивный Jl3l используют для того, чтобы проследить прохождение йода, начиная с момента его заглатывания, попадания в щитовидную железу, распределения в гормонах, по всему организму и до окончательного выделения. Особенно важным примером является изучение поглощения щитовидной железой йода, введенного внутривенно. До использования изотопа было невозможно продемонстрировать протекание этого процесса у человека.

Проведены эксперименты, в которых различные количества изотопа J131 были введены морским свинкам, крысам, собакам и людям. В любом случае при небольших инъекциях йодида большая его часть, а иногда даже все введенное количество.в течение 24 час концентрировалось в щитовидной железе. При высоких «фармакологических» дозах (около 5 MS. J131 на 1 кг живого веса) щитовидная железа концентрирует небольшую часть введенного йодида в течение первых 5 мин, после чего наступает насыщение.

Содержание организма на сверхвысокой йодной диете также вызывает насыщение щитовидной железы. Эксперименты с применением ингибиторов показывают, что железа концентрирует йодид как таковой, даже если у нее подавлено образование дийодо-тирозина и тироксина. С помощью этих экспериментов показано, что щитовидная железа людей, питающихся нормальной пищей, не насыщена йодом, но в состоянии поглотить его в относительно громадных концентрациях (по крайней мере 500 : для йодидового коэффициента кровь/щитовидная железа), ИЗОТОП ФОСФОРА РФосфор — это важнейшая составная часть всякого живого организма. Он является существенным элементом нуклеиновых кислот, которые переносят генетическую информацию и определяют синтез белков. Живые клетки используют фосфор в АТФ (аденозинтрифосфате) — соединении, которое является хранилищем энергии. Он играет важную роль во многих окислительных и восстановительных процессах. Фосфат кальция является основной составляющей частью костей. В природе фосфор существует только в виде Р31. Он имеет биологически важный изотоп Р32. Его получают на ядерных реакторах из серы с помощью реакции S32 + n1 ------- H32 + HИзотоп Р32 имеет период полураспада 14,3 дня. Как и J131, он удобен в применении, потому что его период полураспада достаточно велик, что позволяет проводить с этим изотопом эксперименты, но в то же время он достаточно мал, что обеспечивает легко измеряемую интенсивность распада. Как изотоп С14, так и изотоп Р32 испускают электроны. Электроны, испускаемые изотопом С14, сравнительно трудно обнаружить, так как их максимальная энергия составляет только около 0,15 Мэв;

максимальная энергия электронов, испускаемых изотопом Р32, равна 1,7 Мэв, поэтому они обнаруживаются очень легко.

Радиоактивные атомы изотопа Р32 использовались для изучения скорости синтеза дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и рибонуклеиновой кислоты (РНК). В ткани мозга в течение одного дня заново возникает менее 1% ДНК, в ткани печени — приблизительно 1 %, а в мукозе тонких кишок — до 15%.

Это свидетельствует о том, что в клетках, которые не размножаются быстро, происходит сравнительно малый обмен ДНК. В эмбриональной и раковой тканях скорость восстановления (или синтезирования заново) ДНК даже выше, чем в мукозе тонких кишок. Эти данные, между прочим, непосредственно указывают на связь ДНК с генетической информацией.

РНК синтезируется значительно быстрее ДНК во всех тканях, за исключением быстро растущих. Хотя скорость синтеза РНК несколько выше в мукозе тонких кишок, чем в печени, они различаются в этом случае лишь в 2—3 раза, тогда как разница между скоростями синтезов ДНК достигает 15 раз. Эти данные находятся в Согласии с представлением о том, что РНК не несет прямой ответственности за передачу генетической информации.

СТАБИЛЬНЫЕ ИЗОТОПЫ В качестве меченых атомов, кроме радиоактивных, могут быть использованы и редкие стабильные изотопы. Для измерения относительной распространенности стабильных изотопов используют масс-спектрометр (рис. 3).

Рис. 3. Схема масс-спектрометра.

1 – ионизационная камера; 2 – область ускорения; 3 – магнитный спектрометр скоростей; 4 – детектор; А – анод; С – катод с отверстием; Е – электрод, находящийся под высоким отрицательным потенциалом; H – магнитное поле; T – мишень.

При масс-спектрометрическом анализе исследуемый материал сначала должен быть превращен в летучий газ, который затем подается при низком давлении в зону, где его бомбардируют электронами; это происходит в ионизационной камере (область 1 на рис. 3). Бомбардировка электронами приводит к выбиванию валентных электронов из атомов, которые, таким образом, превращаются в положительные ионы. Эти положительные ионы, если давление газа достаточно низкое, ускоряются по направлению к катоду. Они проходят через отверстие в катоде и ускоряются высоким напряжением между катодом и электродом А (рис. 3). Все однозарядные ионы приобретают одинаковую кинетическую энергию Е:

E = mvСкорость же ионов различна для каждого изотопа. Затем ионы разделяются в соответствии с величиной скорости путем отклонения в магнитном поле или с помощью других средств и окончательно масс-спектрометр может, быть использован для разделения изотопов или для определения концентрации изотопов.

Масс-спектрометр больше и сложнее сцинтилляционного счетчика, но в принципе его использование не вносит дополнительных проблем.

ИЗОТОП АЗОТА NАзот N15 содержится во всех живых организмах, он найден во многих строительных блоках — биологических полимерах, таких, как аминокислоты, пурины, пиримидины, порфирины и флавины. Аминокислоты являются единицами, из которых полимеризуются белки; таким образом, все белки содержат азот.

Точно так же нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК содержат пурины и пиримидины, а следовательно, и азот.

Встречающийся в природе азот состоит из изотопов N(99,64%) и N16 (0,36%). Поскольку природная распространенность изотопа N15 так низка, он чрезвычайно подходит для исследований с использованием стабильных изотопов. Долгоживущий радиоактивный изотоп N13 имеет период полураспада только мин, поэтому его можно использовать лишь в ограниченном числе экспериментов. Изотоп N16 является единственным, который применяется в большинстве биологических исследований, использующих азот для метода меченых атомов.

Одним из примеров использования изотопа N14 было включение аминокислоты глицина в протопорфирин, в геминовую группу и в гемоглобин (рис. 4). Гемоглобин, меченный N16, затем был использован для определения среднего времени жизни эритроцитов.

Рис. 4. Эксперимент с меченными атомами гемоглобина эритроцитов человека. Фиксируется излишек изотопа N15 в геминовой группе эритроцитов человека, получавшего в течение 3 дней меченый N15 глицин (рис. Из книги Ю.

Аккермана Биофизика, М., Мир, 1964).

При этих исследованиях подвергавшихся эксперименту людей кормили в течение 3 дней глицином, меченным N15 (рис. 4). При этом избыток N15 быстро встраивался в геминовую группу эритроцитов. Эти данные использовались для определения скорости «рождения» новых клеток. Используя этот график, исследователи высчитали среднее время жизни эритроцитов человека, которая равна приблизительно 127 дням Таким образом, в методе меченых атомов необычные изотопы используются многими разнообразными способами.

Возможности использования определённых меченых атомов зависят от их доступности, периода полураспада, энергии продуктов распада, наличия подходящего для регистрации оборудования и концентрации элемента в живой системе.

ЛИТЕРАТУРА 1.Advances in Biological and Medical Physics, ed. by J. H. Lawrence and, J. G. Hamilton, New York, Vol. 1, 1948; Vol. 2, 1951.

2.Advances in Biological and Medical Physics, ed. by J. H, Lawrence and C. A. Tobias, New York, Vol. 3, 1953.

3.А г n о f f S., Techniques of Radmbiochemistry, Ames, Iowa, 1956.

4.Co mar C. L., Radioisotopes in Biology and Agriculture: Principles and Practice, New York, 1955.

5.К a m e n M. D., Radioactive Tracers in Biology, 2nd ed., New York, 1951.

6. S t r o m i n g e r D., H o l l a n d e r J. D., S e a b о г g G. Т., «Table of Isotopes», Rev. Mod. Phys., 30, 42, Pt. II, 585 (1958).

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.