Isotoper brugt i biologi

Isotoper er variationer af kemiske elementer, der indeholder forskellige antal neutroner. Fordi isotoper er genkendelige, giver de en effektiv måde at spore biologiske processer under eksperimenteringen. Der er mange potentielle anvendelser for isotoper i eksperimentering, men flere anvendelser er mere udbredt.
Isotoper differentieret

Hvert kemisk element har et unikt antal protoner, en kendsgerning, der gav anledning til den periodiske tabel. Tilsvarende har en isotop af et givet element sit eget unikke antal neutroner; betegnelsen af en isotop bestemmes af summen af protoner og neutroner i kernen (kaldet massetallet). Et element kan have et vilkårligt antal isotoper. For eksempel har carbon-12 og carbon-13 begge seks protoner, men sidstnævnte indeholder en yderligere neutron. Fordi antallet af neutroner i et atoms kerne har en ubetydelig effekt på kemiske egenskaber, giver isotoper et effektivt middel til at studere forskellige biologiske processer uden væsentligt at påvirke deres naturlige forløb.
Anvendelse: Fødevaresikkerhed

Biogene stoffer ( dem, der produceres ved naturligt forekommende livsprocesser) kan have betydelige variationer af kulstof, nitrogen og ilt-isotoper, hvilket gør dem til et lettere mål for analyse. Fødevaresikkerhedsanvendelser gør det muligt at spore oprindelseslandet for visse fødevareprodukter, såsom oksekød, ved hjælp af kulstof- og kvælstofisotoper. Agenturer og producenter er også i stand til at bestemme metoden til fodring af husdyr - organisk eller konventionel - ved at analysere kulstof, kvælstof og svovlisotoper. Ved at studere kulstof- og ilt-isotopdata er det muligt at bestemme, hvor i Middelhavet forskellige olivenolier kommer fra, og hvordan "naturlige" frugtsaftprodukter er.
Anvendelse: Isotopisk mærkning

Usædvanlige isotoper kan bruges som markører i kemiske reaktioner. Dette kan være nyttigt, især inden for cellebiologi, hvor forskningslaboratorier som Johns Hopkins Universitets Pandey Lab finder nye måder at studere kræft og andre livstruende tilstande. For eksempel er stabil isotopmærkning med aminosyrer (SILAC) i cellekultur en proces, ved hvilken søstercellepopulationer differentieres in vitro under anvendelse af forskellige former for aminosyrer. Aminosyrerne er inkorporeret i de proteiner, der undersøges, og fordi de opfører sig identisk med hinanden på trods af deres forskellige nukleare sammensætning, kan nyligt syntetiserede proteiner studeres nærmere sammen med deres kontrollerede (naturligt forekommende) modparter.
Anvendelse: Radioaktiv datering

Radioaktive isotoper bruges ofte til at måle alderen på materialer, der indeholder kulstof. En populær radioaktiv dateringsmetode kaldes kulstofdating - datering af organiske materialer. Da en radioisotops levetid ikke påvirkes af nogen indflydelse uden for kernen, fungerer dens forudsigelige forfaldsrate som et ur. At studere radioisotoper i omgivelserne af dyrefossiler giver for eksempel en måde at estimere alderen på disse fossiler på.