同位素应用复习资料1

同位素：具有相同质子数不同中子数的原子称为同位素
放射性同位素：能自发的进行放射性衰变和核裂变，转变为其他类元素的同位素
定位标记：标记原子标记在化合物的指定位置上，用“S”表示（一般省略S）例子：1（S）-14C-醋酸 CH3-14COOH
均匀标记：放射性原子均匀的分布在分子中例子：14C-葡萄糖 V-14C-葡萄糖
全标记：放射性核素的原子随机的无严格定位的分布在被标记化合物的分子结构上（G）
例子：G-3H-胆固醇
双标记与多标记：化合物中多个原子被同位素标记，或同一原子被原子的多个同位素所取代标记率：放射性核素被标记到待标记化合物上的量占放射性总的投入量的百分比。

辐射：物质发出射线的现象，包括电离辐射和非电离辐射
同位素交换法：利用同一元素的放射性同位素与稳定性同位素在两种不同化学状态之间发生置换反应来制备标记化合物
辐射自分解：由于标记化合物所含放射性核素电离辐射的作用，致使标记化合物本身的结构遭到破坏，从而丧失原有特性的现象
稳定性同位素：原子核较稳定，不能自发地发射出例子或射线，进行核衰变和核裂变的核素。

丰度：稳定性核素在该种同位素中的浓度。

同位素的特点：1.同一元素的不同原子在周期表中占同一位置 2.质子数相同中子数不同3物理性质不同，化学性质相似 4.天然存在的元素，无论是游离态，还是化合态，同位素原子所占的百分比一般不变
放射性同位素的特征：1.能放出各种不同的射线2.放出的射线由不同的原子核本身决定3.具有一定的寿命
放射性核素的选择：1.能不能得到所需的标记化合物2.能不能得到预期的结果3.核素的化学性质能否适应
论述放射性化合物制备要求：1制备放射性化合物的原料，如：14C，3H，22P，35S等来源不易，价格较贵，因此在制备过程中必须充分利用，要求标记率尽量高，未标上的放射性核素也要尽量回收。

2生产规模限制在微量水平，通常在10的-6到10的-9次方 md，在定容分离，鉴定过程中要用外微量或超微量技术，操作中尽量减少放射性核素的稀释，避免引入不必要的载体。

3要求标记流程步骤少，时间短，并要求尽可能在标记最后阶段引入放射性核素以减少损失，副反应的发生以及防护上的困难，正式标记前需做冷试验，以取得经验。

4应把放射性核素引入到化合物的稳定位置或指定位置上，并进行充分的纯化和精致，以提高标记物的稳定性和放射纯度。

放射性化合物制备方法：1化学合成法①逐步合成法优点：放射性核素的种类、标记位置、标记数量和比溶度预先设计，反应易于控制，有较好的重现性。

放射性核素的收率，产品的比溶度，化学纯度和放射化学纯度均较高，是制备放射性标记化合物最常用的一种方法。

缺点：步奏聚繁，流程长，副反应多，纯化困难等②加成法③取代发④间接标记 2生物合成法3同位素交换法4金属络合法5其他标记法
核反应堆加速器带电离：αê
电离辐射降解机理：电离激活
H2O→eq.OH.H Ax→R+S Ax+RH→AH+R ABx+CD→ABC＋+D-
位阻效应溶剂效应自由基清除剂
电子束：集中定向无放射性废物应用到废气处理废水处理
放射性杂质来源：1.没有被标记上的游离放射性核素2.待标记物中杂质被标记3.标记后形成的杂质
放射性标记化合物的不稳定性：1.放射性衰变引起的不稳定性 2.放射线引起的辐射自分解3.标记位置的不牢固及外界因素影响引起放射性原子脱落或定位4.标记物中放射性原子发生位移（c14 s35 p32）
标记率的测定方法：纸层析；薄层层析法
产品质量鉴定：1.凝胶电泳法2.离子交换法3.透析法4.HPLC
同位素技术在环境研究中的应用：军事；科研；考古；工业；农业；核医学；环境
辐射处理废水优点：1.能彻底杀死
废水细菌病毒以及其他有害微生物的病原体 2.辐射在废水中产生自由基，它们在化学上比一般分子具有更高的活性，使传统方法不能处理的污染物分离或改变化学结构 3.能改善废水中固体成分后处理的性能，提高后处理效应4.工艺简便，可以连续进行
标记化合物主要的质量指标:
①放射性核纯度=所需放射性核素的活度/样品总的放射性活度×100％②放射化学纯度③化学纯度及化学量的测定④放射性比活度（=放射性活度/单位化学量）⑤标记位置及定量分布⑥生物活性和免疫活性
辐射分解的方式：①初级内分解：标记核素本身的多变引起带有该核素，标记物分子结构发生变化②初级外分解：标记核素所发出的射线直接作用于标记化合物本身或临近的同种分子，使得该分子电离激发并导致化学键断裂③次级分解：射线首先作用于标记化学物邻近的分子使其产生激活物质或称自由基，这些化学性质激发的自由基可以作用于标记化合物分子，产生离子键，氧化及分解作用
影响辐射自分解的因素：①标记化合物发射射线的种类和能量②标记化合物的比活度及浓度③标记化合物的纯度④所用的溶剂⑤贮藏的温度（越低越好）
辐射自分解的控制方法：①降低标记化合物的比活度②选择适当容积③加入自由基去除剂④降低贮藏温度⑤定期纯化处理
在植物保护研究中的应用：标记昆虫方法：H3，c14，U151
标记昆虫的方法：1喂饲法 2喷洒发 3注射法 4浸渍法 5插入法 6间接标记法
将放射性标记农药引入作物常用方法。

①以喷、涂、浸等方法叶面或果实引入②以水培土壤方法根引入③以注入、涂抹等方法茎秆引入④以拌种法种子引入
核分析技术的特点：①灵敏度高（可达10的-6次方水平）②高准确度和精确度③高分辨率（空间/能量分辨率）④通常为非破坏性分析⑤可进行多元素测定⑥容易实现自动化分析和远距离控制。

稳定性同位素示踪基本依据：1自然界中一种元素同位素组成相对恒定2同一元素的同位素具有相同的化学性质3同一元素的同位素之间存在质量差异。

稳定性同位素示踪特点：1没有放射性，无辐射效应及不良影响2安全，对人无害3无污染，不受环境条件限制4无衰变，实验时间不受限制5可进行放射性示踪法难以进行的实验。

稳定性同位素示踪法基本流程：同位素引入生物体→原始生物样本→测量样本的制备→测量分析→记录→实验结果分析
对引入丰度的影响因素：①实验材料对引入同位素的稀释程度②示踪同位素在不同部位分布的不均匀性③考虑分析测定技术所能达到的精度。

同位素技术在生物技术中有哪些应用？1 利用放射性同位素3H标记氨基酸作为示踪元素，来研究分泌蛋白在细胞中的合成部位及运输方向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：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的亮氨酸出现在附着有核糖体的内质网中，17min后，出现在高尔基体中，117min后，出现在靠近细胞膜内则的运输蛋白质的小泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。

这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输的。

从而也证明了细胞内各种生物膜在功能上是紧密联系的。

2 利用放射性同位素3H 作为示踪元素来研究细胞的有丝分裂.细胞有丝分裂时，DNA分子在间期要复制，为细胞的分裂做准备。

为了研究细胞的有丝分裂，在小鼠肝细胞的培养液中加入用3H等标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR），3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷是合成胸腺嘧啶脱氧核苷酸的原料，胸腺嘧啶脱氧核苷酸是合成DNA的原料。

因此细胞有丝分裂时，细胞核中的DNA分子复制可以被检测到。

3 利用放射性同位素18O、14C、3H作为示踪元素来研究光合作用过程中某些物质的变化过程，从而揭示光合作用的机理4 利用放射性同位素18O作为示踪元素来研究细胞呼吸过程中物质的转变途径，揭示呼吸作用的机理4.1 用18O标记的氧气（18O2），生成的水全部有放射性，生成的二氧化碳全部无放着性，即：18O2→H218O。

4.2 用18O标记葡萄糖（C6H1218O6）生成的水全部无放射性，生成的二氧化碳全部有放着性，即：C6H1218O6→C18O2。

5利用放射性同位素42K、32P标记无机盐离子来研究某些矿质元素在植物体内的吸收、运输过程5.1 研究矿质元素的吸收部位。

通常用放射性同位素32P等来做实验，发现根毛区是根尖吸收矿质离子最活跃的部位。

5.2 研究矿质离子在茎中的运输部位。

用不透水的蜡纸将柳树的韧皮部和木质部隔开，并在土壤中施用含有42K的肥料，5h后测定42K 在柳茎各部位的分布：有蜡纸隔开的木质部含有大量的42K，韧皮部几乎没有42K，说明运输42K的是木质部。

柳茎在用蜡纸隔开的韧皮部和木质部的以下区段以及不插入蜡纸的对照实验中，韧皮部中也有很多的42K，说明42K可以从木质部横向运输到韧皮部。

6 利用放射性同位素131I作为示踪元素来研究甲状腺.碘是合成甲状腺激素所必须的原料。

甲状腺可以将细胞外液中的碘主动吸收到甲状腺细胞。

因此可以将含有放射性同位素131I的注射液注射到小鼠体内，研究甲状腺功能和甲状腺激素调节的机理，有助于诊断甲状腺的功能性疾病。

7 利用放射性同位素来研究原肠胚各胚层的发育.动物胚胎学家用放射性同位素标记法研究原肠胚3个胚层的发育，从而确定动物3个胚层的发育规律和动物各个组织、器官的来源。

8利用放射性同位素35S和32P分别标记蛋白质和DNA来研究噬菌体侵染细菌的实验.1952年赫尔希（A.D.Hershey）和蔡斯（M.Chase）把细菌分别培养在含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基中，细菌在生长过程中，就分别被35S和32P所标记。

然后，用T2噬菌体分别去侵染被35S和32P所标记的细菌。

噬菌体在细菌细胞内增殖，裂解后释放出很多子代噬菌体中，蛋白质被35S标记，DNA被32P标记。

接着用被35S和32P标记的噬菌体分别去侵染未标记的细菌，然后测定宿主细胞的同位素标记，当用35S标记的噬菌体侵染细菌时，宿主细胞内很少有同位素标记，而大多数35S标记的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面。

当用32P标记的噬菌体感染细菌时，宿主细胞的外面的噬菌体外壳中很少有放射性同位素32P，而大多数放射性同位素32P在宿主细胞内。

以上实验表明，噬菌体在侵染细菌时，进入细菌体内的是DNA，而蛋白质在细菌的外面。

可见，在噬菌体的生活史中，只有DNA是在亲代和子代之间具有连续性的物质。

9 利用放射性同位素15N作为示踪元素来研究DNA分子的半保留复制的特点1957年，科学家用含有15N的培养基培养大肠杆菌，使之变成重细菌，接下来再把它放在含有14N的培养基中培养。

在培养过程，每隔一段时间取一部
分样品，并立即提取细菌的DNA进行密度梯度超离心，根据DNA分子在离心管中的位置不同，
就可以区分出DNA分子中2条链是新生链还是母链。

10 利用放射性同位素32P作为示踪元
素标记DNA分子来研究基因探针的作用
用放射性同位素32P标记DNA分子作为基因探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测样本
上的遗传信息，达到检测疾病的目的，例如诊断肝炎病毒引起的传染病，诊断遗传疾病。

利
用基因探针还可以检测饮用水中病毒的含量。

利用基因探针还可以对分子克隆进行筛选，以
获得所需的阳性克隆。

癌症的形成是遗传因素与环境因素相互作用的结果，其中癌基因和抑
癌基因的活动与癌症的发生关系密切。

利用基因探针可对它们进行分析，这不仅对阐明癌症
的发生机制具有重要意义，也为在基因水平上对癌症进行诊断、分类、分型等开辟了新的途
径。

基因探针还在其他许多地方发挥作用，如用性染色体Y特异的DNA探针可对妊娠早期的
胎儿进行性别鉴定；应用小卫星DNA探针所进行的DNA指纹分析已在法医学中用于罪犯身份
的鉴定。

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