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稳定同位素技术的应用

发布时间:2019-07-11 15:37 来源:未知 编辑:admin

  稳定同位素技术的应用_生物学_自然科学_专业资料。稳定同位素技术的应用 稳定同位素是元素周期表中某元素中不发生或极不易发生放射性衰变的同 位素, 目前地球上发现的稳定同位素共有 200 多种。现在稳定同位素技术还已经 应用于医学、农业和环境科学等各领

  稳定同位素技术的应用 稳定同位素是元素周期表中某元素中不发生或极不易发生放射性衰变的同 位素, 目前地球上发现的稳定同位素共有 200 多种。现在稳定同位素技术还已经 应用于医学、农业和环境科学等各领域。 稳定同位素的常规分析方法主要有:质谱法、核磁共振谱法、气相色谱法、 中子活化分析法、光谱法等。 1.稳定性同位素探针技术 将稳定同位素运用于微生物中的技术主要是稳定性同位素核酸探针技术, 稳 定性同位素核酸探针技术是将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能耦合分 析的有力工具。 由于自然环境中微生物具有丰富的多样性,在整体水平上清楚认 知复杂环境中微生物群落生理代谢过程的分子机制具有较大难度。 而稳定性同位 素核酸探针技术则能有效克服这一难点, 在群落水平揭示复杂环境中重要微生物 生理生态过程的分子机制。 稳定性同位素核酸探针技术的基本原理与 DNA 半保留复制实验类似、主要 区别在于后者以纯菌为研究对象,证明子代 DNA 源于父代 DNA,而前者主要针 对微生物群落, 揭示复杂环境中参与标记底物代谢过程的微生物作用者。一般而 言, 重同位素或轻同位素组成的化合物具有相同的物理化学和生物学特性, 因此, 微生物可利用稳定性重同位素生长繁殖。 2.稳定同位素标记的相对定量与绝对定量方法 2.1 稳定同位素标记的相对定量方法 稳定同位素在蛋白质组学中也有重要的应用。根据同位素引入的方式,基于 稳定同位素标记的蛋白质组定量方法可以分为代谢标记法、 化学标记法和酶解标 记法。采用不同方法,标记同位素的样品在不同步骤混合;越早混合,样品预处 理步骤引入的误差越小,定量的准确度越高。 代谢标记是指在细胞或生物体成长过程加入含有稳定同位素标记的培养基, 完成细胞或生物体标记的方法。 该方法是在细胞培养过程中加入稳定同位素标记 的必需氨基酸,使得每条肽段相差的质量数恒定。与 15N 方法相比,由于肽段的 质量差异数与氨基酸种类和数目无关,因此简化了相对定量分析的难度。 除代谢水平标记外, 通过体外化学标记引入同位素是一种非常有价值的蛋白 质组相对定量方法;适用于细胞、体液、组织等多种样品分析。现有的化学标记 试剂多数通过与氨基或巯基反应引入稳定同位素。最常用的是基于 N -羟基琥珀 酰胺化学和还原胺反应。 18 O 标记是目前酶解标记的唯一方法。采用该方法仅需要在酶解过程中使用 标记既可用于非修饰蛋白质组的相对定量,而且也可以将肽段末端的 H218O。18O 18 O 标记与去糖链过程的 18O 标记相结合, 实现糖肽位点和糖链的相对定量分析。 此外,将 18O 与二甲基化标记相结合,还可基于等重标记实现蛋白质组的高精度 和高准确度的相对定量分析。 2.1 稳定同位素标记的绝对定量方法 基于稳定同位素标记肽段为内标的绝对定量方法包括绝对定量法(AQUA)、 18 O 标记、二甲基化标记肽段或者 mTRAQ 标记肽段。 AQUA 方法是将待测样品酶解后加入已知量的人工合成的含有稳定同位素标 记的肽段内标物或者用化学法标记上同位素的肽段内标物, 通过比较目标肽段和 添加内标物的信号强度,得到目标肽段的含量。 除了以标记肽段为内标外, 还可以将目标蛋白质全序列进行同位素标记。通 过这些方法,可以在细胞外或者细菌体内代谢合成全长的同位素标记蛋白质。 对于我研究的课题, 研究微生物消除养殖水体中的硝酸盐的机理,运用传统 方法研究的过程较为繁琐, 需进行所有形式氮元素的含量测量以此推测其消除氮 的方式。然而如若使用稳定同位素标记技术,对养殖水体中氮素进行标记,通过 追踪稳定同位素的转移情况即可清晰且准确地观测到想要的结果。

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