Marcatge isotòpic

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

El marcatge isotòpic es una tècnica usada per a seguir el pas d’un isòtop (un àtom amb una variable detectable) a través d’una reacció, via metabòlica o cèl·lula. El reactiu es marca mitjançant la substitució d’àtoms específics per al seu isòtop. Llavors es permet que el reactiu es sotmeti a la reacció. La posició dels isòtops en els productes es mesura per a determinar la seqüència que l’àtom isotòpic ha seguit en la reacció o la via metabòlica de la cèl·lula. Els nucleids usats en el marcatge isotòpic poden ser nucleids estables o radioisòtops. En el segon cas, el marcatge s’anomena ràdio marcatge.

En el marcatge isotòpic existeixen diverses formes per a detectar la presencia de isòtops de marcatge; a partir de la seva massa, el mode de vibració o la radioactivitat. L’espectrometria de massa detecta la diferència en la massa d’un isòtop, mentre que l’espectroscòpia infraroja detecta la diferència en el mode de vibració de l’isòtop. La ressonància magnètica nuclear, detecta les àtoms amb diferents relacions giromagnètiques. A partir d’una cambra de ionització o una autoradiografia de gels, es pot detectar la caiguda de radioactivitat.

Un exemple d’ús del marcatge isotòpic es l’estudi del fenol (C6H5OH) en l’aigua, reemplaçant el comú hidrogen (protí) amb deuteri. Afegint fenol a l’aigua pesant (aigua que conté D2O a més del comú H2O), la substitució del deuteri per l’hidrogen s’observa en els grups fenol del grup hidroxil (resultant en C6H5OD), indicant que el fenol es pot sotmetre a reaccions d’intercanvi d’hidrogen amb aigua. Només afecta al grup hidroxil, indicant que els altres cinc àtoms d’hidrogen no participen en aquestes reaccions de substitució.

Traçador isotòpic[modifica | modifica el codi]

Un traçador isotòpic, s’utilitza en química i bioquímica per ajudar a entendre les reaccions i interaccions químiques. En aquesta tècnica, un o més àtoms de la molècula d’interès es substitueixen per un àtom del mateix element químic, però d’un isòtop diferent (com un isòtop radioactiu usat en el ràdio marcatge). Com que l’àtom marcat te el mateix nombre de protons, es comportarà casi exactament que els seu homòleg no marcat i, amb poques excepcions, no interferirà en la reacció que s’està investigant. La diferència en el nombre de neutrons, significa que aquet àtom es pot detectar per separat dels altres àtoms del mateix element.

La ressonància magnètica nuclear (RMN) i l’espectrometria de massa (MS en anglès) s’utilitzen per investigar els mecanismes de les reaccions químiques. La RMN i l’MS detecten les diferències isotòpiques, el que permet determinar la posició dels àtoms marcats en les estructures dels productes. Amb la informació de la posició dels àtoms isotòpics en els productes, la via de reacció dels metabòlits inicials utilitzats per convertir en els productes pot ser determinada. Els isòtops radioactius poden ser provats fent servir les autoradiografies de gels en l’electroforesi en gel. Per la radiació emesa pels compostos que contenen els isòtops radioactius s’enfosqueix un tros de pel·lícula fotogràfica, registrant la posició relativa entre els compostos marcats en el gel.

Els traçadors isotòpics s’usen comunament en la forma de relacions d’isòtops. Mitjançant l’estudi de la relació entre dos isòtops del mateix element, evitem els efectes implicats en l’abundància de l’element, els quals normalment sobrepassen les variacions més petites de les abundàncies isotòpiques. Els traçadors isotòpics son uns dels instruments més importants en geologia, per que es poden utilitzar per entendre els processos de mescla complexos en sistemes de la Terra. Les següents discussions de l’aplicació dels traçadors isotòpics en geologia estan cobertes sota el títol geoquímica d’isòtops.

Els traçadors isotòpics en general es subdivideixen en dues categories: traçadors isotòpics estables i traçadors isotòpics radiogènics. Els traçadors isotòpics estables involucren només isòtops no radiogènics i normalment son dependents de la massa. En teoria, qualsevol element amb dos isòtops estables pot ser utilitzat com un traçador isotòpic. Però, els traçadors isotòpics més usats comunament inclouen isòtops relativament lleugers, que fàcilment sotmet a fraccionament en els sistemes naturals. Un traçador isotòpic radiogènic involucra un isòtop produït per radioactivitat, que està en general relacionat amb un isòtop no radiogènic(la seva abundància a la terra no varia a causa de la desintegració radioactiva).

Marcatge d’isòtops estables[modifica | modifica el codi]

Traçat isotòpic a través de reaccions en la via de la pentosa fosfat. Els cercles blaus indiquen un àtom de carboni marcat, mentre que els cercles blancs són un àtom de carboni no marcat.

El marcatge isotòpic estable inclou l’ús d’isòtops no radioactius que poden actuar com a marcadors usats per a guiar diversos sistemes químics i bioquímics. L’isòtop escollit pot actuar com a marcador en aquest compost que pot ser identificat a través de la ressonància magnètica nuclear (RMN) i l’espectròmetre de masses. Alguns dels isòtops estables mes comuns son 2H, 13C i 15N, poden ser produïts en solvents RMN, aminoàcids, àcids nucleics, lípids, metabòlits comuns i medi de cultiu de cèl·lules. Els compostos produïts fent sevir isòtops estables estan especificats per el percentatge d’isòtops marcats o per les posicions dels carbonis marcats específicament en el compost.

Una xarxa de reaccions adoptada per la via de la glucòlisi i la via de les pentoses fosfat ens mostra que l’isòtop de carboni marcat es reorganitza en diferents posicions de carbonis al llarg de la xarxa de reaccions. La figura mostra l’ús de l’etiquetatge d’isòtops estables per descobrir la reordenació de l’àtom de carboni a través de reaccions que f n servir compostos marcats específics de posició.

Anàlisi de flux metabòlic utilitzant isòtops estables de marcatge[modifica | modifica el codi]

Determinar el precentatge de marcatge d'isòtops a través d'una reacció. Si un 50% dels metabòlits marcats i un 50% dels metabòlits no marcats es divideixen de la manera mostrada, el percentatge esperat de cada resultat pot ser trobat. Els cercles blaus indiquen un àtom marcat, mentre que un cercle blanc indica un àtom sense marcar.

L’anàlisi de flux metabòlic utilitzant isòtops estables de marcatge es una eina important per dilucidar el flux de certs elements a través de les vies metabòliques i reaccions dins d’una cèl·lula. Una etiqueta isotòpica alimenta a la cèl·lula permetent que la cèl·lula creixi. Per l’anàlisi de flux metabòlic estacionari la cèl·lula ha d’assolir un estat estacionari o quasi estacionari. El patró d’isòtops del metabòlit de sortida es determinat. El patró d’isòtop de sortida proporciona informació valuosa, que espot utilitzar per trobar la magnitud de flux, velocitat de conversió a partir de reactius als productes, a través de cada reacció.            

3. Marcatge amb radionúclids 

El marcatge amb radionúclids es una tècnica per al seguiment del pas d’una mostra de substància a través d’un sistema. La substància s’etiqueta mitjançant la inclusió de radionúclids en la seva composició química. Quan aquests decauen, la seva presència pot determinar-se mitjançant la detecció de la radiació emesa per ells. El marcatge amb radionúclids és un cas especial de marcatge isotòpic.    

Per a aquet propòsit, un tipus particularment útil de la desintegració radioactiva és per emissió de positrons. Quan un positró xoca amb un electró allibera dos fotons d’alta energia que viatgen en direccions diametralment oposades. Si el positró es produeix dins d’un objecte sòlid, el més probable és que faci això. Si els dos fotons poden ser detectats, la ubicació de l’esdeveniment de decadència pot ser determinat amb molta precisió.

En sentit estricte, el marcatge amb radionúclids només inclou els casos en què la radioactivitat s’introdueix artificialment pels experimentadors, però alguns fenòmens naturals permeten un anàlisis similar. En particular, la datació radiomètrica utilitza un principi estretament relacionat.