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同位素示踪法的应用

发布时间:2019-10-15 14:24 来源:未知 编辑:admin

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  放射性同位素示踪法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛,它为揭示体内和细胞内理化过程的秘密,阐明生命活动的物质基础起了极其重要的作用。近几年来,同位素示踪技术在原基础上又有许多新发展,如双标记和多标记技术,稳定性同位素示踪技术,活化分析,电子显微镜技术,同位素技术与其它新技术相结合等。由于这些技术的发展,使生物化学从静态进入动态,从细胞水平进入分子水平,阐明了一系列重大问题,如遗传密码、细胞膜受体、RNA-DNA逆转录等,使人类对生命基本现象的认识开辟了一条新的途径。下面仅就同位素示踪技术在生物化学和分子生物学中应用的几个主要方面作一介绍。 (Nearest neighbour-sequence analysis method)

  放射性同位素示踪技术,是分子生物学研究中的重要手段之一,对蛋白质生物合成的研究,从DNA复制、RNA转录到蛋白质翻译均起了很大的作用。最近邻序列分析法应用同位素示踪技术结合酶切理论和统计学理论,研究证实了DNA分子中碱基排列规律,在体外作合成DNA的实验:分四批进行,每批用一种不同的32P标记脱氧核苷三磷酸,32P标记在戊糖5C的位置上,在完全条件下合成后,用特定的酶打开5C-P键,使原碱基上通过戊糖5C相连的32P移到最邻近的另一单核苷酸的3C上 。用最近邻序列分析法首次提出了DNA复制与RNA转录的分子生物学基础,从而建立了分子杂交技术,例如以噬体T2-DNA为模板制成[32P]RNA,取一定量T2-DNA和其它一些DNA加入此[32P]RNA中,经加热使DNA双链打开,并温育,用密度梯度离心或微孔膜分离出DNA-[32P]RNA复合体测其放射性,实验结果只有菌体T2的DNA能与该[32P]RNA形成放射性复合体。从而证明了RNA与DNA模板的碱基呈特殊配对的互补关系,用分子杂交技术还证实了从RNA到DNA的逆转录现象。此外,放射性同位素示踪技术对分子生物学的贡献还表现在:⑴对蛋白质合成过程中三个连续阶段,即肽链的起始、延伸和终止的研究;⑵核酸的分离和纯化;⑶核酸末端核苷酸分析,序列测定;⑷核酸结构与功能的关系;⑸RNA中的遗传信息如何通过核苷酸的排列顺序向蛋质中氨基酸传递的研究等等。为了更好地应用放射性同位素示踪技术,除了有赖于示踪剂的高质量和核探测器的高灵敏度外,关键还在于有科学根据的设想和创造性的实验设计以及各种新技术的综合应用。 在工业生产中,示踪原子为使用多种高效能的检验方法及生产过程自动控制的方法提供了可能性,解决了不少技术上和理论上的问题。下面列举几种主要应用。 确定扩散速度 金属间扩散的速度随温度而变。如用电镀的方法将Ag、 Cu或 Zn沉积在另一种金属片的表面上,在特定温度中处理一定时间后,再从该金属片依序切下许多薄层,用探测仪器或放射自显影法测定每层的放射性,便可确定银、铜或锌在上述金属片内扩散的速度,以及温度对各种金属穿透深度的影响。

  测定机械磨损 用中子照射使易磨损部位的材料活化,通过测定磨下的碎屑的放射性,即可测定磨损量。

  测定流体流速 某一时刻在流管上端某处注入少量示踪剂,在流管下端另一处测定示踪剂的到达时间,再根据两处的距离即可测定流体的流速。如测定石油在输油管中的流速等。

  合金结构分析 在一定比例的镍、铬、钨混合物中,加入少量放射性W,经熔炼后,将合金表面磨光,上面覆盖底片,进行放射自显影。所得图谱显示,钨在合金中分布成树枝状的斑纹。用这种方法,可以研究金属在不同冶炼过程中(或合金在热处理前后)的结构变化。 在物理、化学等自然科学和日益受到重视的环境科学中,示踪方法也得到广泛应用。下面是一些主要的应用例子。 超薄厚度的测定 例如在用暗视野检查的电子显微镜标本上,常用真空蒸发的方法涂一层镉的薄膜。加微量具有放射性的Cr到镉中,测定一定面积薄膜的放射性。另外把含有不同重量的同一标记物的溶液在相同面积上蒸干并计数,作为标准。比较薄膜样品和标准的放射性,就可测出薄膜的重量,从而求出其厚度。此法可测出厚度薄至2.5×10m的量级。

  溶解度的测定 把已知放射性比活度(见放射性)的Ba标记的硫酸钡溶于水中;当溶液达到饱和以后,取出一小部分来测量其放射性比活度。从测得的放射性比活度,就可算出单位体积内硫酸钡的含量或硫酸钡的溶解度。

  化学反应的历程 例如在酯类的水解过程中,究竟是酰基-氧键(a)断裂,还是烷基-氧键(b)断裂呢,用含有 的氢氧化钠水溶液进行皂化后发现,标记原子进入到水后生成酸分子,而不进入到醇分子中去。这充分证明了,反应中被打开的是酰基-氧键,即是在a处断开的。

  环境污染的检查 例如在制造荧光灯等接触汞的工业,需要探测空气中汞的浓度,以保证工人不会发生汞中毒。很方便的方法,就是用Hg来标记汞,然后用探测仪器测量车间空气中的放射性,检查汞有否超过最高允许浓度。

  放射性核素也可用作监测沿海污染的手段。例如,以Br标记的溴化铵作为示踪剂,模拟释放到海洋中去的污水。将此示踪剂被注入到污水出口处,它的扩散和途径,反映了污水在大海中的稀释和运输。在不同水路测出的放射性位置及强度,代表特定情况下的水流图案。最后,依靠稀释曲线、水流方向及速度以及污染指示剂的消失率等数据,编成海岸不同位置的污染统计资料。

  水利学考察海洋湍流和大风对水流泥沙迁徙的影响是水利学工作经常需要考察的对象之一。有一种方法是将 Sc吸附在离子交换树脂,其大小接近于天然砂粒,然后将其投入河口或海岸附近水中,用放射性探测仪器追踪,便可研究各种自然条件的变化(如刮风)对砂流的影响,乃至泥砂淤积的地点和速度等。

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