1913年汤姆逊和阿斯顿在用磁分析器研究氖时，发现了氖的两种同位素—氖20和氖22。这是第一次发现稳定同位素。1919年阿斯顿制成质谱仪，随后他在71种元素中，发现了202种同位素，并测定了各同位素的丰度。1920年赫维西和策希迈斯特尔研究了同位素交换反应。1931年尤里等发现重氢；1933年路易斯等用电解法制得纯重水；1934年挪威利用其廉价水电能建立了第一座重水工厂。1942年美国建造了电磁分离器并分离出铀235；1943年美国又建立了三座六氟化铀气体扩散工厂生产铀235；1944年美国橡树岭国家实验室首先生产了千克量的铀235，并制造了第一颗原子弹。重水既是建造反应堆的重要原料，又是热核燃料和热核武器的原料。第二次世界大战后，一些国家竞相研究生产重水的新方法，其中硫化氢双温交换法、液氢精馏法等都实现了工业化生产。小编今天带大家了解一下，同位数化学的发展史，检测一下你能答对几个问题呢？
问题一：作为分析检测人员，当提到稳定同位素标记物你的第一反应是啥？
答：质谱
问题二：稳定同位素标记物一般做什么用呢？
答：内标、药物研究
问题三：稳定同位素标记物的关键质控指标是什么呢？
答：纯度、丰度
问题四：那证书中经常出现的两个纯度Chemical purity，Isotopic abundanc是啥意思呢？
答：Chemical purity：化学纯度，一般都是采用色谱法测定（GC、HPLC）；
Isotopic abundance：同位素丰度，一般都是采用质谱来测定；
问题五：那如图所示这个3-氯-1，2-丙二醇-d5纯度到底是多少呢？
答：Purity（3-氯-1，2-丙二醇-d5）=98.25%*96.14%，即94.5%，或者套用近似公式：
Purity（3-氯-1，2-丙二醇-d5）=98.3%*99.2%^5，即94.5%
问题六：如果选择同位素标记物做内标应该重点关注哪些问题呢？
1.同位素内标必须具有足够高的纯度，应尽量选择同位素丰度＞98%以上的标准品；
2.避免同位素内标与待测物发生同位素交换反应，例如2H（氘，D）会出现与流动相溶剂中活泼氢之间的交换。如出现上述情况，则需选择其他同位素（13C/15N等）内标。
3.如果使用氘代内标，需选择与待测物质量差≥3（即D3以上）的标记产品；
4.要根据检测方法选择合适的同位素取代位置；
举个例子：
检测标准：食品中邻苯二甲酸酯的测定（GB5009.271-2016）
检测目标物：邻苯二甲酸二甲酯（DMP），CAS 131-11-3
解析：
1. 红色箭头处为化学键可能断裂位置；
2. 此内标与化合物质量差为4，即D3以上的标记产品；
3. 取代位置均为苯环上的氢，因此特征离子（含苯环）之间的差值为4，质谱区分度较好；
问题七：怎样在线查询目标物的质谱图？-工具推荐
答：对于一些已知化合物，有时实验检测过程中找不到某个物质的特征离子，我们可以借助NIST在线谱库找到该物质的碎片离子，然后搜索该物质几个特征离子同时出现的地方就可以了。
上海安谱实验科技股份有限公司，于1997年组建成立，总部位于上海，目前拥有500多位员工，2018年销售额超过5亿人民币；是中国领先的实验用品供应链管理服务商；目前公司已是集研发、生产与销售以及客户供应链管理为一体的综合性企业；主要产品包括化学试剂、标准品、气相色谱相关耗材、液相色谱相关耗材、样品前处理产品、实验室通用耗材、小型仪器等。
同位素标记法小专题 一、考点说明 在高考理综生物考试中常以选择题的形式考查同位素标记法的应用。三模考试中刚好也出现了同位素标记的问题“同位素标记法”与分泌蛋白、光合作用、噬菌体侵染细菌、基因工程、基因诊断等生物知识相关，主要涉及教材相关考点： 1．光合作用（教材必一册P51鲁宾和卡门实验） 2．植物的矿质营养（教材必一册P61小资料矿质元素的运输） 3．遗传物质的证据（教材必二册P4噬菌体侵染细菌的实验） 4．C3植物和C4植物（教材选修P29） 5．基因工程（教材选修P54基因诊断、56病毒检测） 6．细胞的生物膜系统（教材选修P61分沁蛋白的合成与分泌） 拓展问题： 7、DNA的复制 5．细胞分裂过程中DNA和RNA的复制 二、同位素标记法概述 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、42K等。 同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。氢的同位素：氕、氘和氚，氚具有放射性，能够发射负B射线，因而可以通过探测器进行追踪；碳的同位素：稳定同位素12C、13C和放射性同位素14C；氧的同位素：16O、17O、18O，它们都不具有放射性，因此不能通过放射性进行追踪；磷的同位素：除了质量数为31的一种稳定性同位素外，还有几个放射性同位素，其质量数为29、30、32、33和34；但只有质量数为32和33的同位素存在足够长的时间可以作为示踪物之用，32和33都可以发射负B射线。硫的同位素：硫的同位素32S、33S、34S、35S和36S中，除35S外，其它放射性同位素的半衰期都很短，因此在放射性同位素示踪法中，用的多是35S。 除了课本中介绍的这些实验中涉及到同位素标记法的应用之外，在一些习题中也经常涉及到。例如用N的同位素15N标记核苷酸研究DNA的半保留复制；利用N的同位素15N标记氨基酸，研究其在动植物体内的转移途径；用42K标记的培养基来研究矿质元素在植物体内的运输途径等。只要我们了解其中的原理便能触类旁通，解决学习中的困难。 三、例题分析： 例一、如何研究分泌蛋白的合成与分泌过程？ 例二、光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2呢，还是两者兼而有之？设计实验步骤并预测结果和结论？ 例三：在光照下，供给玉米离体叶片少量的14C02，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（） 变式（10全国卷I）光照条件下，给C3植物和C4 植物叶片提供14CO2，然后检测叶片中的14C。下列有关检测结果的叙述，错误的是（） A.从C3植物的淀粉和C4植物的葡萄糖中可检测到14C
进展评述 比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术 刘新1,2 应万涛1,2 钱小红1,23 (1军事医学科学院放射与辐射医学研究所 北京 100850;2北京蛋白质组研究中心 北京 102206) 摘 要 比较蛋白质组学是指在蛋白质组学水平上研究正常和病理情况下细胞或组织中蛋白质表达变化,以期发现具有重要功能的生物标识物,为疾病的早期诊断提供依据。近年来它正成为蛋白质组学研究的热点和发展趋势。比较蛋白质组学的研究方法和策略有多种,本文就最近几年来稳定同位素标记技术(体内代谢标记技术和体外化学标记技术)在比较蛋白质组学研究中的进展进行综述。 关键词 比较蛋白质组学 稳定同位素标记 体内代谢标记 体外化学标记 Application of Stable Isotope Labeling in Comparative Proteomics Liu X in1,2,Y ing Wantao1,2,Qian X iaohong1,23 (1Beijing Institute of Radiation Medicine,Beijing100850; 2Beijing Proteome Research Center,Beijing102206) Abstract C omparative proteomics is the research of protein expression changing between normal and pathological cell or tissue on the proteome level.P otential biomarkers w ould be discovered from the research by comparative proteomics, which will be helpful to the diagnosis and therapy of diseases.In the recent years,it has been becoming the hot spot of the proteomics research and many strategies used in comparative proteomics have been developed.During those approaches,the strategies based on stable is otopic labeling coupled with mass spectrometry have been extensively used and lots of success ful applications have been reported.In contrast to the traditional radioactive is otope labeling method,stable is otope labeling technique was not radioactive and the operation is simple.Metabolic labeling in viv o and chemical labeling in vitro are tw o parts of stable is otope labeling technique,which both have various advantages and disadvantages.This paper reviewed the progress of stable is otope labeling technique in comparative proteomics. K ey w ords C omparative proteomics,S table is otope labeling,Metabolic labeling in viv o,Chemical labeling in vitro 随着人类基因组精确图谱的公布,基因组功能的阐明已经成为生命科学研究中一项极重要的任务[1]。蛋白质是基因的最终产物同时也是基因功能的最终执行体,因而人类基因的表达及其功能有待于在蛋白水平上揭示。蛋白质组学的研究目的是分离和鉴定组织或细胞中的所有蛋白质。生物体在生长发育过程中,基因组是相对稳定的,而蛋白表达是高度动态变化的,并且具有严格调控的时间和空间特异性[2]。为了研究生物体在不同状态下表达的所有蛋白质的动态变化,比较蛋白质组学应运而生,即在蛋白组学水平上,研究在正常生理和病理状态,或受到不同的外部环境刺激下,或在突变等因素影响下,蛋白质表达的变化情况,以期发现生物体内关键的调控分子及与疾病相关的蛋白质标志物,最终为疾病的防诊治、新型疫苗的研发等提供理论依据。 为了研究蛋白质表达的动态变化,基因表达检测技术,如微阵列法[3]、DNA(脱氧核糖核酸)芯片法[4]等曾被广泛使用。这些方法虽然能够实现对mRNA(信使核糖核酸)进行定性和定量分析,但 刘新 男,27岁,博士生,现从事比较蛋白质组学研究。 3联系人,E2mail:qianxh1@https://www.doczj.com/doc/4011506648.html, 国家自然科学基金(20505019、20505018)、国家重点基础研究发展规划项目(2004C B518707)和北京市科技计划重大项目(H030230280190)资助项目 2006207220收稿,2006209221接受
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。 18O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H218O。18O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
1913年汤姆逊和阿斯顿在用磁分析器研究氖时，发现了氖的两种同位素—氖20和氖22。这是第一次发现稳定同位素。1919年阿斯顿制成质谱仪，随后他在71种元素中，发现了202种同位素，并测定了各同位素的丰度。1920年赫维西和策希迈斯特尔研究了同位素交换反应。1931年尤里等发现重氢；1933年路易斯等用电解法制得纯重水；1934年挪威利用其廉价水电能建立了第一座重水工厂。1942年美国建造了电磁分离器并分离出铀235；1943年美国又建立了三座六氟化铀气体扩散工厂生产铀235；1944年美国橡树岭国家实验室首先生产了千克量的铀235，并制造了第一颗原子弹。重水既是建造反应堆的重要原料，又是热核燃料和热核武器的原料。第二次世界大战后，一些国家竞相研究生产重水的新方法，其中硫化氢双温交换法、液氢精馏法等都实现了工业化生产。小编今天带大家了解一下，同位数化学的发展史，检测一下你能答对几个问题呢？ 问题一：作为分析检测人员，当提到稳定同位素标记物你的第一反应是啥？ 答：质谱 问题二：稳定同位素标记物一般做什么用呢？ 答：内标、药物研究 问题三：稳定同位素标记物的关键质控指标是什么呢？ 答：纯度、丰度 问题四：那证书中经常出现的两个纯度Chemical purity，Isotopic abundanc是啥意思呢？ 答：Chemical purity：化学纯度，一般都是采用色谱法测定（GC、HPLC）；
Isotopic abundance：同位素丰度，一般都是采用质谱来测定； 问题五：那如图所示这个3-氯-1，2-丙二醇-d5纯度到底是多少呢？ 答：Purity（3-氯-1，2-丙二醇-d5）=98.25%*96.14%，即94.5%，或者套用近似公式： Purity（3-氯-1，2-丙二醇-d5）=98.3%*99.2%^5，即94.5% 问题六：如果选择同位素标记物做内标应该重点关注哪些问题呢？
[技能必备] 理解含义 同位素标记法也叫同位素示踪法，它可以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、反应机理等。 同位素是具有相同原子序数但质量数不同的核素。同一元素的不同核素之间互称为同位素。例如，氢有如1H、2H、3H三种核素互称同位素。同位素可分为稳定性同位素和放射性同位素两类，稳定性同位素是原子核结构稳定，不会发生衰变的同位素。放射性同位素是原子核不稳定会自发衰变的同位素。 同位素示踪法即同位素标记法，包括稳定性同位素示踪法和放射性同位素示踪法。放射性同位素示踪法在实践中运用较广，因为其灵敏度高，且容易测定。常用的放射性同位素有3H、14C、32P、35S、131I、42K等。如对孕妇及儿童某些疾病诊断中，要将食物或药物成分用示踪剂标记，就不能使用或多或少具有毒副作用的 1
放射性同位素，而只能使用对人体无害，使用安全的稳定性同位素。常用的稳定同位素有2H、13C、15N和18O等。高中生物学教材中涉及的鲁宾和卡门研究光合作用氧气来源的实验中，就是用18O分别标记CO2和H2O。还有梅塞尔森做的DNA半保留复制实验中，是用15N标记亲代的DNA分子。 [技能提升] 1.(2019·山师附中模拟)下列关于同位素示踪法的叙述错误的是( ) A.将用14N标记了DNA的大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖一代，若子代大肠杆菌的DNA分子中既有14N，又有15N，则可说明DNA的半保留复制 B.将洋葱根尖培养在含同位素标记的胸腺嘧啶的培养液中，经过一次分裂，子代细胞中的放射性会出现在细胞质和细胞核中 C.用DNA探针进行基因鉴定时，如果待测DNA是双链，则需要采用加热的方法使其形成单链，才可用于检测 D.由噬菌体侵染细菌实验可知，进入细菌体内的是噬菌体的DNA，而不是噬菌体的蛋白质，进而证明了DNA是噬菌体的遗传物质 解析将用14N标记了DNA的大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖一代，无论DNA复制方式是半保留复制、全保留复制还是混合复制，子一代大肠杆菌的DNA 分子中都既有14N，又有15N，所以由此不能证明DNA的复制方式是半保留复制，A错误；胸腺嘧啶是合成DNA的原料，而DNA主要分布在细胞核中，此外在 2
一、考点说明 在高考理综生物考试中常以选择题的形式考查同位素标记法的应用。三模考试中刚好也出现了同位素标记的问题“同位素标记法”与分泌蛋白、光合作用、噬菌体侵染细菌、基因工程、基因诊断等生物知识相关，主要涉及教材相关考点： 1．光合作用（教材必一册P51鲁宾和卡门实验） 2．植物的矿质营养（教材必一册P61小资料矿质元素的运输） 3．遗传物质的证据（教材必二册P4噬菌体侵染细菌的实验） 4．C3植物和C4植物（教材选修P29） 5．基因工程（教材选修P54基因诊断、56病毒检测） 6．细胞的生物膜系统（教材选修P61分沁蛋白的合成与分泌） 拓展问题： 7、DNA的复制 5．细胞分裂过程中DNA和RNA的复制 二、同位素标记法概述 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、42K等。 同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。氢的同位素：氕、氘和氚，氚具有放射性，能够发射负B射线，因而可以通过探测器进行追踪；碳的同位素：稳定同位素12C、13C和放射性同位素14C；氧的同位素：16O、17O、18O，它们都不具有放射性，因此不能通过放射性进行追踪；磷的同位素：除了质量数为31的一种稳定性同位素外，还有几个放射性同位素，其质量数为29、30、32、33和34；但只有质量数为32和33的同位素存在足够长的时间可以作为示踪物之用，32和33都可以发射负B射线。硫的同位素：硫的同位素32S、33S、34S、35S和36S中，除35S外，其它放射性同位素的半衰期都很短，因此在放射性同位素示踪法中，用的多是35S。 除了课本中介绍的这些实验中涉及到同位素标记法的应用之外，在一些习题中也经常涉及到。例如用 N的同位素15N标记核苷酸研究DNA的半保留复制；利用N的同位素15N标记氨基酸，研究其在动植物体内的转移途径；用42K标记的培养基来研究矿质元素在植物体内的运输途径等。只要我们了解其中的原理便能触类旁通，解决学习中的困难。 三、例题分析： 例一、如何研究分泌蛋白的合成与分泌过程？ 例二、光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2呢，还是两者兼而有之？设计实验步骤并预测结果和结论？ 例三：在光照下，供给玉米离体叶片少量的14C02，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（）
“同位素标记法”的总结 利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以检测和追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等。同位素标记在工业、农业生产、日常生活和科学科研等方面都有着极其广泛的应用。在生物学领域可用来测定生物化石的年代，也可利用其射线进行诱变育种、防治病虫害和临床治癌，还可利用其射线作为示踪原子来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、反应机理。高中生物教材中的实验（或内容）和相关习题中许多知识都涉及同位素标记法的应用。下面我就相关内容通过有关例题进行归纳阐述，以便大家对这项技术有一个深刻的体会，并学会同位素标记的应用。 一、氢（3H） 例1：科学家用含3H标记的亮氨酸的培养液培养豚鼠的胰腺腺泡细胞，下表为在腺泡细胞几种结构中最早检测到放射性的时间表。下列叙述中正确的是（） A．形成分泌蛋白的多肽最早在内质网内合成 B．高尔基体膜向内与内质网膜相连，向外与细胞膜相连 C．高尔基体具有转运分泌蛋白的作用 D．靠近细胞膜的囊泡可由高尔基体形成 解析：分泌蛋白的多肽最早在核糖体上合成，高尔基体并不直接和内质网与细胞膜相连，而是通过囊泡间接连接。 答案：CD。 知识盘点： 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：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的氨基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侧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，从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。 2．研究肝脏细胞中胆固醇的来源时，用3H—胆固醇作静脉注射的示踪实验，结果放射性大部分进入肝脏，再出现在粪便中。 3．用3H标记的尿苷或胸腺嘧啶可用来检测转录或复制。 二、碳（14C） 例2：给在温室中生长的玉米植株提供14CO2，光合作用开始很短内，在叶肉细胞中有绝大多数的14C出现在含有4个碳的有机酸（C4）中。一段时间后，叶肉细胞内C4中的14C逐渐减少，而在维管束鞘细胞中C3内的14C逐渐增多。下列对玉米固定CO2过程的叙述正确的是（） A．通过C4和C3途径，依次在维管束鞘细胞和叶肉细胞的叶绿体中完成 B．通过C4和C3途径，依次在叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体中完成 C．通过C4途径，在维管束鞘细胞的叶绿体中完成 D．通过C4途径，在叶肉细胞的叶绿体中完成 解析：通过题干描述可知在玉米中发生了如下过程：在叶肉细胞的叶绿体中CO2+C3→C4，C4化合物由叶肉细胞的叶绿体进入维管束鞘细胞释放出CO2，CO2+C5→2C3化合物。答案：b。 知识盘点： 1．用放射性14C取代化合物中同位素12C，形成以14C作为放射性标记的化合物。科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用和呼吸作用过程中的碳原子的转移途径。 2．用同位素14C标记的吲哚乙酸，可研究生长素的极性运输。用标记了14C的脂肪饲喂动物，可研究动物代谢的物质转化。 三、氧（18O） 例3：如果将一株绿色植物栽培在密闭的含H218O的完全培养液中，给予充足的光照，经过较长时间后，18O可能存在于下列哪一组物质中（）
同位素标记法在高中生物学中的应用总结 同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，生物学上经常使用的同位素是组成原生质的主要元素，即H、N、C、S、P和O等的同位素。 1．分泌蛋白的合成与分泌（必修 1P40简答题） 20世纪70年代，科学家詹姆森等在豚鼠的胰腺细胞中注射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侧的囊泡中及释放到细胞外的分泌物中。由此发现了分泌蛋白的合成与分泌途径：核糖体→内质网→高尔基体→囊泡→细胞膜→外排。 2．光合作用中氧气的来源 1939年，鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，然后进行两组对比实验：一组提供H2O和C18O2，另一组提供H218O和CO2。
在其他条件相同情况下，分析出第一组释放的氧气全部为O2，第二组全部为18O2，有力地证明了植物释放的O2来自于H2O而不是CO2。 3．光合作用中有机物的生成 20世纪40年代美国生物学家卡尔文等把单细胞的小球藻短暂暴露在含14C的CO2里，然后把细胞磨碎，分析14C出现在哪些化合物中。经过10年努力终于探索出了光合作用的“三碳途径”——卡尔文循环。为此，卡尔文荣获“诺贝尔奖”。 4．噬菌体侵染细菌的实验 1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA，再让被35S、32P分别标记的两种噬菌体去侵染大肠杆菌，经离心处理后，分析放射性物质的存在场所。此实验有力证明了DNA是遗传物质。 5．DNA的半保留复制 1957年，美国科学家梅塞尔森和斯坦尔用含15N的培养基培养大肠杆菌，使之变成“重”细菌，再把它放在含14N的培养基中继续培养。在不同时间取样，并提取DNA进行密度梯度离心，根据轻重链
同位素标记法在高中生物学中的应用总结同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，生物学上经常使用的同位素是组成原生质的主要元素，即H、N、C、S、P和O等的同位素。 1．分泌蛋白的合成与分泌（必修1P40简答题） 20世纪70年代，科学家詹姆森等在豚鼠的胰腺细胞中注射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侧的囊泡中及释放到细胞外的分泌物中。由此发现了分泌蛋白的合成与分泌途径：核糖体→内质网→高尔基体→囊泡→细胞膜→外排。 2．光合作用中氧气的来源 1939年，鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，然后进行两组对比实验：一组提供H2O和C18O2，另一组提供H218O和CO2。在其他条件相同情况下，分析出第一组释放的氧气全部为O2，第二组全部为18O2，有力地证明了植物释放的O2来自于H2O而不是CO2。 3．光合作用中有机物的生成 20世纪40年代美国生物学家卡尔文等把单细胞的小球藻短暂暴露在含14C 的CO2里，然后把细胞磨碎，分析14C出现在哪些化合物中。经过10年努力终于探索出了光合作用的“三碳途径”——卡尔文循环。为此，卡尔文荣获“诺贝尔奖”。 4．噬菌体侵染细菌的实验 1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA，再让被35S、32P分别标记的两种噬菌体去侵染大肠杆菌，经离心处理后，分析放射性物质的存在场所。此实验有力证明了DNA是遗传物质。 5．DNA的半保留复制 1957年，美国科学家梅塞尔森和斯坦尔用含15N的培养基培养大肠杆菌，使之变成“重”细菌，再把它放在含14N的培养基中继续培养。在不同时间取样，并提取DNA进行密度梯度离心，根据轻重链浮力等的不同，就分出新生链和母链，这就证实了DNA复制的半保留性。 6．基因工程 在目的基因的检测与鉴定中，采用了DNA分子杂交技术。将转基因生物的基因组DNA提取出来，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作标记，以此为探针使之与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，就表明目的基因已导入受体细胞中。 另外，还可采用同样方法检测目的基因是否转录出了mRNA，不同的是从转基因生物中提取的是mRNA。 7．基因诊断 基因诊断是用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA分子作探针，依据DNA分子杂交原理，鉴定被检测样本上的遗传信息，从而达到检测疾病的目的。 另外，还可以用在植物有机物的运输研究过程中。 示踪原子不仅用于科学研究，还用于疾病的诊断和治疗。例如，射线能破坏甲状腺细胞，使甲状腺肿大得到缓解。因此，碘的放射性同位素就可用于治疗甲状腺肿大。
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（）
“同位素示踪法”专题练习 同位素示踪法是利用放射性元素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，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、反应机理等。用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素。如3H、14C、15N、18O、32P、35S等。一、3H练习 1．将植物细胞在3H标记的尿苷存在下温育数小时，然后收集细胞，经适当处理后获得各种细胞器。放射性将主要存在于（） A．叶绿体和高尔基体B．细胞核和液泡C．细胞核和内质网D．线粒体和叶绿体2．用3H标记葡萄糖中的氢，经有氧呼吸后，下列物质中可能有3H的是（） A、H2O B、CO2 C、C2H5OH D、C3H6O3 3．愈伤组织细胞在一种包含所有必需物质的培养基中培养了几个小时，其中一种化合物具有放射性（3H 标记）。当这些细胞被固定后进行显微镜检，利用放射自显影技术发现放射性集中于细胞核、线粒体和叶绿体中。因此，可以肯定被标记的化合物是（） A 一种氨基酸 B 尿嘧啶核苷 C 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 D 葡萄糖 4．（多选）下列生物学研究选择的技术（方法）恰当的是（） A．用3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸研究DNA的复制B．用利用纸层析法提取叶绿体中的色素 C．用标志重捕法进行鼠的种群密度的调查D．用无毒的染料研究动物胚胎发育的过程 5．为了研究促进有丝分裂物质对细胞分裂的促进作用，将小鼠的肝细胞悬浮液分成等细胞数的甲、乙两组，在甲组的培养液中只加入3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR）；乙组中加入等剂量的3H-TdR 并加入促进有丝分裂物质。培养一段时间后，分别测定甲、乙两组细胞的总放射强度。据此回答下列问题：（1）细胞内3H-TdR参与合成的生物大分子是，该种分子所在的细胞结构名称是、。 （2）乙组细胞的总放射性强度比甲组的，原因是。（3）细胞利用3H-TdR合成生物大分子的过程发生在细胞周期的期。 （4）在上述实验中选用3H-TdR的原因是。二、14C练习 1．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） 2．用同位素标记追踪CO2 分子，某植物细胞产生后进入相邻细胞中被利用，一共穿越几层磷脂分子层?（） A 2层 B 4层 C 6层 D 0层或8层 3．科学家利用“同位素标记法”搞清了许多化学反应的详细过程。下列说法正确的是（） A．用14C 标记CO2 最终探明了CO2 中碳元素在光合作用中的转移途径 B．用18O标记H2 O和CO2 有力地证明了CO2 是光合作用的原料 C．用15N标记核苷酸搞清了分裂期染色体形态和数目的变化规律 D．用35S标记噬菌体的DNA并以此侵染细菌证明了DNA是遗传物质 4．用同位素14C 标记的吲哚乙酸来处理一段枝条一端，然后探测另一端是否 含有放射性14C 的吲哚乙酸存在。枝条及位置如右下图。下列有关处理方法 及结果的叙述正确的是（） A．处理图甲中A端，不可能在图甲中的B端探测到14C 的存在 B．处理图乙中A端，能在图乙中的B端探测到14C 的存在
同位素示踪法是什么 同位素示踪法(isotopic tracer ?method)是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，示踪实验的创建者是Hevesy。Hevesy于1923年首先用天然放射性212Pb研 究铅盐在豆科植物内的分布和转移。继后Jolit和Curie于1934年发现了人工放射性，以及其后生产方法的建立(加速器、反应堆等)，为放射性同位素示 踪法的更快的发展和广泛应用提供了基本的条件和有力的保障。下面小编就 给大家科普一下关于同位素示踪法的资料，欢迎阅读。 ?同位素示踪法简介用放射性核素或稀有稳定核素作为示踪剂，研究化学、 生物或其他过程的方法。放射性核素或稀有稳定核素的原子、分子及其化合物，与普通物质的相应原子、分子及其化合物具有相同的化学、生物学性质。例如，含有放射性核素的食物、药物或代谢物质，与相应的非放射性的食物、药物或代谢物质在生物体内所发生的化学变化及生物学过程完全相同。可以 利用放射性核素的原子作为一种标记，制成含有这种标记核素的食物、药物 或代谢物质。由于放射性核素能不断地发射具有一定特征的射线;通过放射性探测方法，可以随时追踪含有放射性核素的标记物在体内或体外的位置及其 数量的运动变化情况。如果用稳定核素原子作为标记，则通过探测该原子的 特征质量的方法追踪。示踪原子(又称标记原子)，是其核物理特征易于探测 的原子。含有示踪原子的化合物称为标记化合物。在特殊情况下，有时也采 用标记的细胞、微生物、动植物等各类标记物。1912年G·C·DE赫维西首先 试用同位素示踪技术，并陆续作了许多工作。由于其开创性贡献赫维西1943年获得了诺贝尔化学奖。从30年代开始随着重氢同位素和人工放射性核素的发现，同位素示踪方法大量应用于生命科学、医学、化学等领域。同位素示
同位素标记法小专题
一、考点说明 在高考理综生物考试中常以选择题的形式考查同位素标记法的应用。三模考试中刚好也出现了同位素标记的问题“同位素标记法”与分泌蛋白、光合作用、噬菌体侵染细菌、基因工程、基因诊断等生物知识相关，主要涉及教材相关考点： 1．光合作用（教材必一册P51鲁宾和卡门实验） 2．植物的矿质营养（教材必一册P61小资料矿质元素的运输） 3．遗传物质的证据（教材必二册P4噬菌体侵染细菌的实验） 4．C3植物和C4植物（教材选修P29） 5．基因工程（教材选修P54基因诊断、56病毒检测） 6．细胞的生物膜系统（教材选修P61分沁蛋白的合成与分泌） 拓展问题： 7、DNA的复制 5．细胞分裂过程中DNA和RNA的复制 二、同位素标记法概述 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、42K等。
同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。氢的同位素：氕、氘和氚，氚具有放射性，能够发射负B射线，因而可以通过探测器进行追踪；碳的同位素：稳定同位素12C、13C和放射性同位素14C；氧的同位素：16O、17O、18O，它们都不具有放射性，因此不能通过放射性进行追踪；磷的同位素：除了质量数为31的一种稳定性同位素外，还有几个放射性同位素，其质量数为29、30、32、33和34；但只有质量数为32和33的同位素存在足够长的时间可以作为示踪物之用，32和33都可以发射负B射线。硫的同位素：硫的同位素32S、33S、34S、35S和36S 中，除35S外，其它放射性同位素的半衰期都很短，因此在放射性同位素示踪法中，用的多是35S。 除了课本中介绍的这些实验中涉及到同位素标记法的应用之外，在一些习题中也经常涉及到。例如用 N的同位素15N标记核苷酸研究DNA的半保留复制；利用N的同位素15N标记氨基酸，研究其在动植物体内的转移途径；用42K 标记的培养基来研究矿质元素在植物体内的运输途径等。只要我们了解其中的原理便能触类旁通，解决学习中的困难。 三、例题分析： 例一、如何研究分泌蛋白的合成与分泌过程？ 例二、光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2呢，还是两者兼而有之？ 设计实验步骤并预测结果和结论？
“同位素标记法”的总结利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以检测和追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等。同位素标记在工业、农业生产、日常生活和科学科研等方面都有着极其广泛的应用。在生物学领域可用来测定生物化石的年代，也可利用其射线进行诱变育种、防治病虫害和临床治癌，还可利用其射线作为示踪原子来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、反应机理。高中生物教材中的实验（或内容）和相关习题中许多知识都涉及同位素标记法的应用。下面我就相关内容通过有关例题进行归纳阐述，以便大家对这项技术有一个深刻的体会，并学会同位素标记的应用。 一、氢（3H） 例1：科学家用含3H标记的亮氨酸的培养液培养豚鼠的胰腺腺泡细胞，下表为在腺泡细胞几种结构中最早检测到放射性的时间表。下列叙述中正确的是（） A．形成分泌蛋白的多肽最早在内质网内合成 B．高尔基体膜向内与内质网膜相连，向外与细胞膜相连 C．高尔基体具有转运分泌蛋白的作用 D．靠近细胞膜的囊泡可由高尔基体形成 解析：分泌蛋白的多肽最早在核糖体上合成，高尔基体并不直接和内质网与细胞膜相连，而是通过囊泡间接连接。 答案：CD。 知识盘点： 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：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的氨基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侧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，从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。 2．研究肝脏细胞中胆固醇的来源时，用3H—胆固醇作静脉注射的示踪实验，结果放射性大部分进入肝脏，再出现在 粪便中。 3．用3H标记的尿苷或胸腺嘧啶可用来检测转录或复制。 二、碳（14C） 例2：给在温室中生长的玉米植株提供14CO2，光合作用开始很短内，在叶肉细胞中有绝大多数的14C出现在含有4个碳的有机酸（C4）中。一段时间后，叶肉细胞内C4中的14C逐渐减少，而在维管束鞘细胞中C3内的14C逐渐增多。下列对玉米固定CO2过程的叙述正确的是（） A．通过C4和C3途径，依次在维管束鞘细胞和叶肉细胞的叶绿体中完成 B．通过C4和C3途径，依次在叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体中完成 C．通过C4途径，在维管束鞘细胞的叶绿体中完成 D．通过C4途径，在叶肉细胞的叶绿体中完成 解析：通过题干描述可知在玉米中发生了如下过程：在叶肉细胞的叶绿体中CO2+C3→C4，C4化合物由叶肉细胞的叶绿体进入维管束鞘细胞释放出CO2，CO2+C5→2C3化合物。答案：b。 知识盘点： 1．用放射性14C取代化合物中同位素12C，形成以14C作为放射性标记的化合物。科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用和呼吸作用过程中的碳原子的转移途径。 2．用同位素14C标记的吲哚乙酸，可研究生长素的极性运输。用标记了14C的脂肪饲喂动物，可研究动物代谢的物质 转化。 三、氧（18O） 例3：如果将一株绿色植物栽培在密闭的含H218O的完全培养液中，给予充足的光照，经过较长时间后，18O可能存在于
同位素标记法专题
高三生物同位素标记法专题复习 同位素示踪法是利用放射性元素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，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、反应机理等。用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素。如3H、14C、15N、18O、32P、35S等。 1．放射性同位素示踪法是生物学研究过程中常采用的技术手段。下面是几个放 射性同位素示踪实验，对其结果的叙述不正确 ．．．的是 ( ) A．给玉米提供14CO2，则14C的转移途径大致是14CO2→14C4→14C3→（14CH- O） 2 B．用含有3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的营养液培养液培养洋葱的根尖，可以在细胞核和线粒体处检测到较强的放射性，而在核糖体处则检测不到 C．要得到含32P的噬菌体，必须先用含32P的培养基培养细菌 D．小白鼠吸入18O2后呼出的二氧化碳不会含有18O，但尿液中会含有少量的H218O 2．下面是几个放射性同位素示踪实验，对其结果的叙述不合理的是（）A．给玉米提供14CO2，14C在玉米光合作用中的转移途径大致是：14CO2→14C4→14C3→14C6 H12 O6 B．在含葡萄糖（C6 H12 O6）和乳糖（14C12H22O11）的培养液中培养大肠杆菌，需一段时间后才会出现含14C的细菌细胞 C．给水稻叶片提供C18O2，水稻根细胞中可产生含18O的酒精 D．小白鼠吸入18O2后呼出的二氧化碳一定不含18O，而尿液中有H218O 3．用32P标记玉米体细胞所有染色体上DNA分子的两条链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中进行组织培养。这些细胞在第一次细胞分裂的前、中、后
同位素标记法在高中生物知识中的应用 【摘要】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。同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫示踪元素，用示踪元素标记的化合物，其化学性质不变。人们根据这种化合物的放射性，对生物体内各种复杂的生理、生化过程进行追踪，这种科学研究方法就叫做同位素示踪法。同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究的对象的运行和变化规律进行追踪的分析法。 【关键词】同位素;标记;应用 一、概述 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、42K等。 同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫示踪元素，用示踪元素标记的化合物，其化学性质不变。人们根据这种化合物的放射性，对生物体内各种复杂的生理、生化过程进行追踪，这种科学研究方法就叫做同位素示踪法。同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究的对象的运行和变化规律进行追踪的分析法。在生物学科中，经常利用14C、18O、15N、3H、32P和35S等同位素作为示踪原子，来考察学生分析、判断和推断能力。 二、方法应用 同位素示踪法是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，即把放射性同位素的原子参到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的。用来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、反应机理等。 三.放射性同位素示踪法的特点 ⑴灵敏度高：放射性示踪法可测到10-14-10-18克水平，即可以从1015个非放射性原子中检出一个放射性原子。它比目前较敏感的重量分析天平要敏感108-107倍，而迄今最准确的化学分析法很难测定到10-12克水平。 ⑵方法简便：放射性测定不受其它非放射性物质的干扰，可以省略许多复杂