Метод меченых атомов в биологии

В настоящее время широко применяется метод меченых атомов в биологии, в биологических исследованиях.

Изотопы - в качестве меченных атомов

Многие химические элементы представляют собой смесь изотопов. Изотопы одного и того же элемента отличаются друг от друга числом содержащихся в ядре нейтронов, т. е. по массе, а химические свойства элементов зависят от числа и расположения электронов, окружающих ядро.

Поэтому все изотопы данного элемента, обладают одинаковыми химическими свойствами. Вследствие этого изотопы можно использовать в качестве меченых атомов. Соединение, меченое изотопом, вводят в растение, а затем определяют наличие меченых атомов в тканях растения по их радиоактивности или специальными приборами - масс-спектрометрами. Соединение, меченое изотопом, вводят в растение

Возможность использования изотопов зависит от продолжительности их существования, которое определяется периодом полураспада - отрезком времени, в течение которого распадается половина атомов радиоактивных элементов. Например:

• азот N
  ¹³

  имеет период полураспада меньше 10 минут,

• фосфор Р
  ³²

  - 14,3 дня,

• сера S
  ³⁵

  - 87,1 дня,

• водород Н
  ³

  -12,3 года,

• углерод С
  ¹⁴

  - 5600 лет.

Применение меченых атомов позволяет проследить превращение того или иного элемента в растениях, что делает их незаменимыми при изучении фотосинтеза, дыхания, минерального питания и других процессов.

Метод меченных атомов в изучении фотосинтеза

При изучении фотосинтеза в опытах А. П. Виноградова применялся метод меченных атомов. В молекулу СО₂ и Н₂О вводился изотоп кислорода (О¹⁸

). При введении изотопа кислорода в молекулу СО₂, используемую в процессе фотосинтеза, выделяющийся кислород имел атомный вес 16.

Это указывает на тот факт, что кислород в процессе фотосинтеза выделяется не из СО_2. Растение, получившее воду, содержащую в составе кислород О¹⁸

выделяло при фотосинтезе именно этот меченый кислород. Метод меченых атомов в биологии

Следовательно, в процессе фотосинтеза происходит выделение кислорода из воды, а не из углекислого газа, как считали раньше. Применение меченого углерода С¹⁴

позволило также изучить промежуточные продукты, образующиеся в процессе фотосинтеза.

В листьях растения были обнаружены (даже при 5-10 секундах экспозиции) на свету многие органические кислоты (пировиноградная, яблочная, янтарная, щавелевоуксусная и др.), аминокислоты (аланин, аспарагиновая и глутаминовая) и их амиды, (подробнее: Польза кукурузного масла). Метод меченных атомов позволил изучить продукты образующиеся в процессе фотосинтеза

Кроме того, метод меченых атомов в биологии позволил установить изменение продуктов фотосинтеза в зависимости от вида растения, его возраста, условий освещения, температуры и минерального питания, (подробнее: Как влияют внешние факторы на процесс фотосинтеза).