第四讲 放射性同位素标记物

放射性同位素标记作者：李顺字来源：《中学生物学》2009年第10期放射性同位素标记是运用同位素来追踪物质运行、变化规律，用放射性同位素标记的化合物化学性质不会变化。

科学家通过追踪放射性同位素的化合物，可以弄清化学反应的详细过程，这种技术核心理念就是“区别理念”。

高中教材中主要应用的同位素是氢的同位素3H(细胞器——系统内的分工合作)、氧的同位素180(植物光合作用过程)、硫的同位素，35S和32P(DNA是主要遗传物质)、碳的同位素14c(卡尔文循环)、15N(DNA半保留复制)等，在这些同位素的研究中，无不凸显“区别”理念的应用。

1通过放射性物质标记用来“区别”不同细胞器在外分泌蛋白合成的作用理论：研究细胞器在外分泌蛋白合成的作用时，标记某一氨基酸如亮氨酸的3H，在一次性给予放射性标记性的氨基酸的前提下，通过观察细胞中放射性物质在不同时间出现的位置，就可以看出明确的细胞器在外分泌蛋白的合成和运输中的作用。

研究手段：观察放射性在不同的细胞器出现的时间，来观察不同细胞器在外分泌蛋白中作用。

【例1】从某腺体的细胞中，提取出附着有核糖体的内质网，放入含有放射性标记的氨基酸培养液中，该培养液中含有核糖体和内质网完成其功能所需的物质和条件。

连续取样，并分离核糖体和内质网，测定标记的氨基酸出现在核糖体和内质网中的情况，结果如图1所示。

请回答：(1)放射性氨基酸首先在核糖体上大量累积，最可能的原因是________。

(2)放射性氨基酸在核糖体上积累之后，在内质网中也出现了，且数量不断增多，最可能的原因是______。

(3)实验中，培养液相当于细胞中的______。

解析：在腺体细胞合成蛋白质时，其要吸收放射性标记的氨基酸，内质网和核糖体在合成蛋白质中的作用是：核糖体合成蛋白质的场所，而内质网是加工蛋白质的场所，因此，放射性氨基酸应先出现在核糖体上，然后出现在内质网上。

答案：(1)氨基酸在核糖体上形成了肽链(2)肽链进入内质网中进行加工(3)细胞质基质2通过放射性物质标记用来“区别”元素的来源或去向理论：在光合作用过程的研究中，研究氧气是来源于二氧化碳或水时，通过分别给予放射性H218O、C18O2，分别看植物放出的氧气是否有放射性，通过两次给予两种物质的氧来“区别”氧气到底来自与二氧化碳还是水(其实光合作用的卡尔文循环中对二氧化碳中“c的标记，根据其出现在不同物质中，研究光合作用中暗反应碳元素的具体去向也是这一“区别理念”的应用)。

“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。

药物标记方法药物标记方法是现代医学领域一个重要的研究方向，它主要是为了提高药物的选择性、准确性和治疗效果，同时也可以帮助研究人员了解药物在体内的分布和代谢情况。

下面将介绍一些常用的药物标记方法。

1. 放射性同位素标记法放射性同位素标记法是一种常用的药物标记方法，它利用放射性同位素对药物进行标记，通过放射性衰变来进行检测。

常用的放射性同位素有碘-125、碘-131等。

这种标记方法可以提供高灵敏度的检测结果，并且具有较长的检测时间窗口。

但是，由于放射性同位素具有辐射风险，使用时需要注意安全问题。

2. 荧光标记法荧光标记法是一种常用的无创标记方法，它利用具有荧光特性的化合物对药物进行标记，并通过荧光显微镜、荧光成像等技术来进行检测。

荧光标记法具有灵敏度高、分辨率好、操作简便等优点。

同时，荧光标记还可以指示药物在细胞或组织中的定位和分布。

3. 酶标记法酶标记法是一种常用的药物标记方法，它利用酶对药物进行标记，并通过酶活性的变化来进行检测。

常用的酶有辣根过氧化物酶（HRP）、碱性磷酸酶（AP）等。

酶标记法具有灵敏度高、稳定性好、操作简便等优点。

这种方法适用于体内体外的检测，如酶联免疫吸附试验（ELISA）、 Western blot等。

4. 核磁共振标记法核磁共振标记法是一种非侵入性的标记方法，它利用核磁共振技术对药物进行标记，并通过核磁共振成像来进行检测。

这种方法可以提供高分辨率的图像，可以观察到药物在体内的分布情况，并可以研究药物在体内的代谢动力学过程。

5. 金标记法金标记法是一种高灵敏度的药物标记方法，它利用金颗粒对药物进行标记，并通过电子显微镜、原子力显微镜等技术进行检测。

金标记法在生物医学研究中得到了广泛应用，特别是在肿瘤标记和抗体检测等方面发挥了重要作用。

总结起来，药物标记方法涵盖了放射性同位素标记法、荧光标记法、酶标记法、核磁共振标记法、金标记法等多种方法。

这些方法各有优劣，适用于不同的研究领域和应用场景。

放射性同位素标记法的应用归类例析放射性同位素标记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，也是高中生物实验中常用的一种实验方法，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。

以研究生物相应的生理过程。

一般常用的放射性元素有： 15N 、3H 、35S 、32P 、14C 、18O 等，在实验时应根据实验的目的来选择好被标记的元素。

根据实验研究的对象可以分为研究元素转移的实验、研究物质转移的实验以及研究结构转移的实验：一、研究元素转移的实验1、研究光合作用、细胞呼吸中元素去向：例1：如果用含18O 的水浇灌某盆栽植物，并将该盆栽植物置于光照下。

过上一段时间，在植物周围的空气中，能够收集到哪些含18O 的气态物质？ ，这些物质是由植物体内的哪些生理过程产生的？ 。

2、研究植物对矿质元素吸收部位及运输途径：例2：科学家用大麦幼苗进行实验，探究根尖 吸收矿质元素最活跃的区域，测量结果如下图： 请分析上述曲线回答下列问题： （1）该实验的原理是： 。

（2）分析根尖顶端积累磷较多的可能原因： 。

（3）根尖某区域吸收32P 的量与积累量和运 输量的关系是什么？ 。

（4）由该实验可得出什么结论？例3：科学家用不透水的蜡纸将柳树茎的韧皮部和木质部隔开，对照组则不插入蜡纸，然后在土壤中施予含含放射性42K 的无机盐溶液，5h 后，测得42K 在柳茎各部分的分布情况。

实验结果A ：有蜡纸隔开的木质部含有大量的42K ，而韧皮部几乎没有42K 。

实验结果B ：在实验组枝条上韧皮部和木质部没被剥离的部分以及对照实验中，韧皮部都有较多的42K 。

试运用所学的生物学知识，对上述研究结果作出解释：（1）解释结果A ：与根尖顶端的距离（mm ）32p 放 射 性强 度 相 对 值 光合作用： H 218C 3植物：14CO 2 14C 3 （14CH 2O ） C 4植物：14CO 214C 4 （14CH 2O ） 细胞呼吸：C 6H 1262（2）解释结果B ：3、研究甲状腺分泌激素的特点：例4：用体重等方面大体相同的三组兔子进行实验。

高考生物一轮复习实验素养提升4放射性同位素标记法教案放射性同位素标记法[技能必备]1.理解含义用同位素标记化合物，让它们一起运动、迁移，再用探测仪器进行追踪，可以明确化学反应的详细过程。

2.方法应用用来研究细胞内的元素或化合物的来源、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。

3.应用分析(1)标记某元素，追踪其转移途径。

如用18O标记H182O，光合作用只产生18O2；再用18O标记C18O2，光合作用只产生O2，证明光合作用产生的氧气中的氧原子全部来自于H2O，而不是来自CO2。

(2)标记特征元素，探究化合物的作用。

如T2噬菌体侵染细菌的实验中，用32P标记噬菌体的DNA，大肠杆菌内发现放射性物质；35S标记蛋白质，大肠杆菌内未发现放射性物质；证明了DNA是噬菌体的遗传物质。

(3)标记特征化合物，探究详细生理过程，研究生物学原理。

如用3H标记亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌过程；用15N标记DNA，证明了DNA复制的特点是半保留复制。

[技能展示]1.(2017·河南六市二次联考)下列有关放射性同位素示踪实验的叙述，错误的是( )A.小鼠吸入18O2，则在其尿液中可以检测到H182O，呼出的CO2也可能含有18OB.35S标记甲硫氨酸，附着在内质网上的核糖体与游离的核糖体都可能出现放射性C.将某精原细胞中的某条染色体上的DNA的一条链用15N进行标记，正常情况下，在该细胞分裂形成的精细胞中，含15N的精细胞所占比例为50%D.在缺氧时给水稻提供14CO2，体内可以存在14C的转移途径14CO2→14C3→(14CH2O)→(14C2H5OH) 解析将某精原细胞中的某条染色体上的DNA一条链用15N进行标记，根据半保留复制特点，正常情况下，该细胞分裂形成的4个精细胞中，含15N的精细胞只有1个，因此所占比例为25%，C错误。

答案 C2.科学家在研究蚕豆根尖分生区细胞的有丝分裂周期时，分别用放射性同位素15N标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸(15N－TdR)，用32P标记尿嘧啶核糖核苷酸(32P－UdR)，把两种核苷酸被细胞利用的速率绘成曲线如下图所示。

同位素标记代谢表型一、同位素标记的概念和原理同位素标记是一种利用同位素进行代谢研究的方法。

同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的同一种元素的不同形式，例如氢的同位素有氘（D）和氚（T）。

同位素标记利用这些同位素的不同性质，通过对生物体内引入同位素标记物质，来研究代谢过程。

同位素标记的原理是利用同位素的稳定性和其在代谢过程中的特殊性质。

在生物体内，同位素标记物质会与代谢物发生特定的代谢反应，通过测量标记物质和代谢产物中同位素的比例变化，可以了解代谢过程中物质的转化路径、速率和机制。

二、同位素标记的应用领域同位素标记在生物医学研究和药物开发中有广泛的应用。

以下是同位素标记在不同领域的应用示例：1. 代谢病理学研究同位素标记可以用于研究代谢病理学，如糖尿病、肥胖症等。

通过标记葡萄糖或其他代谢物，可以了解疾病状态下代谢途径的变化，从而为疾病的早期诊断和治疗提供依据。

2. 药物代谢研究同位素标记可以用于药物代谢研究，了解药物在体内的代谢途径和代谢产物。

这有助于评估药物的安全性和疗效，优化药物的使用方法和剂量，以及预测药物的代谢速率和药物间的相互作用。

3. 营养代谢研究同位素标记可以用于研究营养物质的代谢和利用。

通过标记营养物质，可以了解人体对不同营养物质的吸收、利用和代谢过程，为营养评估和膳食干预提供科学依据。

4. 癌症代谢研究同位素标记可以用于研究肿瘤细胞的代谢特点和代谢途径。

通过标记营养物质或其他代谢物，可以了解肿瘤细胞的能量代谢和生长调控机制，为癌症的早期诊断和治疗提供新的思路和方法。

三、同位素标记的方法和技术同位素标记的方法和技术主要包括以下几种：1. 放射性同位素标记放射性同位素标记是利用放射性同位素进行代谢研究的一种方法。

常用的放射性同位素有碳-14（C-14）、氚（T-3H）等。

通过将放射性同位素标记物质引入生物体内，利用放射性同位素的放射衰变特性，可以追踪标记物质在代谢过程中的转化和分布。