专题33-同位素标记法的应用

专题1：同位素示踪法的应用

【同位素】：在中子和质子组成的原子核内，质子数相同，中子数不同的这一类原子称为同位素。同位素包括稳定同位素和放射性同位素。稳定同位素是指原子核结构稳定，不会发生衰变的同位素，如15N，18O等。放射性同位素是指原子核不稳定会发生衰变，发出α射线或β射线或γ射线的同位素，如3H、14C、32P、35S、131I等。

（1）放射性同位素标记：利用放射性同位素标记某一特定物质，然后用放射自显影技术来检测和追踪物质的运行和变化规律，可用于研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化和反应机理等。

（2）稳定同位素标记：使用稳定同位素标记，虽然不能用放射自显影技术来显现、追踪同位素的去向，但可用测量分子质量或密度梯度离心技术来区别不同的物质。

一、研究分泌蛋白的合成、加工与运输过程

【资料1】：科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，曾经做过这样一个实验：在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，放射性出现在粗面内质网中，17min后，出现在高尔基体中，117min后，出现在靠近质膜内侧的运输蛋白质的小泡中，最后出现在释放到细胞外的分泌物中。

实验结论：。

1.如图为某动物细胞结构示意图，如果让该细胞吸收含同位素15N标记的氨基酸，同位素示踪可以发现，这种氨基酸首先出现在图中哪一序号所示的细胞器中（）

2.用放射性同位素标记的某种氨基酸培养胰腺细胞得到带有放射性的胰岛素。如果用仪器测试放射性在细胞中出现的顺序，这个顺序最可能是（）

①线粒体②核糖体③内质网④染色体⑤高尔基体⑥细胞膜⑦细胞核

A.①③④⑦⑥

B.⑥②③⑤⑥

C.②③⑤①⑥

D.⑥②⑦④⑤

3.从某腺体的细胞中提取一些细胞器，放入含有15N 氨基酸的培养液中（培养液还具备这些细胞器完成其功能所需要的物质和条件），连续取样测定标记的氨基酸在这些细胞器中的数量，下图中正确的是（）

4.下图表示用3H-亮氨酸标记细胞内的分泌蛋白，追踪不同时间具有放射性的分泌蛋白颗粒在细胞内的分布情况和运输过程。其中正确的是（）

二、研究光合作用和呼吸作用过程中原子的转移途径

【资料2】：光合作用所释放的O2，究竟来自CO2，还是来自H2O。1939年，美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法进行了探究。他们用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2。然后进行两组实验：第一组向植物提供H2O和C18O2；第二组向同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，他们分析了两组实验释放的氧气。结果表明，第一组释放的氧气全部是O2；第二组释放的氧气全部是18O2。

实验结论：。

【资料3】：美国科学家卡尔文用同位素标记法来追踪CO2是如何转变成碳水化合物的。①卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，光照一定时间（从1秒到数分钟）后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30秒的时间，CO2已经转化为许多种类的化合物。想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是。②实验发现，在光照下物质A和物质B的浓度很快达到饱和并保持稳定。此时突然中断CO2的供应，A、B物质的变化如图C所示。以上实验说明，固定CO2的化合物是，CO2转化成的第一个产物是。

例题：（2016年·浙江卷）下面是关于植物光合作用的问题。请回答：

（1）光反应发生在叶绿体的________中，H2O在光反应中裂解为________________。（2）若以14CO2作为光合作用的原料，在卡尔文循环中首先出现含14C的三碳化合物是

________，该三碳化合物在NADPH的氢和ATP的_________等物质存在的情况下，被还原为三碳糖磷酸。

（3）给某植物提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O是由于____________________，H218O又作为原料参与了光合作用之故。

（4）植物光合作用光饱和点可通过测定不同下的光合速率来确定。在一定条件下，某植物在温度由25 ℃降为5 ℃的过程中光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时的光合作用最适温度________（选填：＜、≤、＝、≥、＞）25 ℃。

5.若用14C 标记CO2 分子，则放射性物质在植物光合作用过程中将会依次出现在（）A．C5、CO2、C3 、（CH2 O）B．C3、C5、（CH2 O）

C．CO2、C3、（CH2 O）D．CO2 、C3、C5、（CH2 O）

6.卡尔文等人在小球藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间后，将小球藻磨碎后从中提取并分析放射性物质。预测实验结果是（）

A.光照时间越长，三碳化合物的积累越多

B.光照时间越长，五碳化合物的积累越多

C.光照时间越长，产生的放射性物质的种类越多

D.无论光照时间长短，放射性物质都会集中分布在类囊体膜上

7.在光照充足的环境里，将黑藻放入含有18O 的水中，过一段时间后，分析18O的存在，最有可能的是（）

A.在植物体内的葡萄糖中发现

B.在植物体内的淀粉中发现

C.在植物体内的脂肪、蛋白质、淀粉中均可发现

D.在植物体周围的空气中发现

8.用含18O的葡萄糖进行有氧呼吸，其过程中18O转移的途径是（）

A.葡萄糖→丙酮酸→水

B.葡萄糖→丙酮酸→氧气

C.葡萄糖→氧气→水

D.葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳

9.葡萄糖是细胞进行有氧呼吸最常利用的物质。将一只实验小鼠放入含18O2气体的容器内，18O2进入细胞后，最先出现含18O的化合物是（）

A.丙酮酸

B.乳酸

C.二氧化碳

D.水

10.让一只实验鼠吸入18O2，该鼠体内产生的物质不可能出现18O的是（）

①丙酮酸②二氧化碳③水④葡萄糖

Ａ.①④Ｂ.②④Ｃ.②③Ｄ.①②

【补充扩展】：C3途径和C4途径

11.在光照下，供给玉米离体叶片少量的14CO2，随着光合作用时间的延续，在光合作用固定CO2形成的C3化合物和C4化合物中，14C含量变化示意图正确的是（）