كاربرد راديوايزوتوپ‌ها در بيولوژي (زيست‌شناسي)1

كاربرد راديوايزوتوپ‌ها در بيولوژي (زيست‌شناسي)قسمت-۱

تكنيك‌ها و روش‌هاي جديد كه امروزه به كار مي‌روند فهم ما را از زيست‌شناسي جديد شدت بخشيده‌اند. بسياري از مواد مهم بيولوژيكي مولكول‌هاي آلي هستند. كربن و هيدروژن اجزاء اصلي تشكيل دهنده مواد آلي هستند. در دسترس بودن راديوايزوتوپ‌هايي همچون C¹⁴
(با نيمه عمر5730 سال) و H³ (با نيمه عمر 33_/12 سال) و آماده‌سازي مولكول‌هاي آلي نشان‌دار با اين راديوايزوتوپ‌ها كاربرد تركيبات نشان‌دار در بسياري از زمينه‌هاي تحقيقات زيست‌شناسي را جامعيت بخشيده است. مسيرهاي متابوليك مهم و سنتز بيولوژيكي مواد با وزن مولكولي پايين با به كار بردن تركيبات آلي نشان‌دار با C¹⁴ و H³ به طور مفصل درك شده است. سنتز بيولوژيكي پيورين‌ها، پيراميدين‌ها، پورفيرين‌ها، آمينو اسيدها و استروئيدها به اين گروه از واكنش‌ها تعلق دارند. بعضي ديگر از كاربردها عبارتند از :

·         روش‌هاي اوتوراديوگرافي با تلفيق ميكروسكوپي براي مطالعه تكثير DNA و سنتز پروتئين.

·         راديوكروماتوگرافي براي شناسايي عناصر كم مقدار در نظام زيستي.

·      سنجش‌هاي ليگاند براساس برهم‌كنش‌هاي ماكرومولكول – ليگاند مثل واكنش‌هاي
آنتي ژن، آنتي‌بادي، پيوند استروئيد، پروتئين، واكنش‌هاي آنزيمي و غيره كه منجر به واكنش‌هاي جديد تجزيه همچون راديوايمونواسي، سنجش گيرندگي، راديواكتيو و سنجش پيوندي پروتئين گرديده است. اين سنجش‌ها براي اندازه‌گيري مقادير جزئي مواد در حجم‌هاي كوچك نمونه‌هاي بيولوژيكي به كار رفته‌اند.

در كنار C¹⁴ و H³، راديوايزوتوپ‌هاي ديگري همچون P³² ( با نيمه عمر 262_/14 روز) و S³⁵ (با نيمه عمر 51_/87 روز) مورد استفاده قرار گرفته‌اند (جدول17 . 1).

 

جدول 17 . 1 : راديوايزوتوپ‌هاي به كار رفته در بيولوژي

 

راديوايزوتوپ	نيمه عمر (2/1 t)	نوع و انرژي ميانگين گسيل، MeV	حداكثر اكتيويته ويژه Ci/m mole
H^3	33/12 سال	^-b، 018/0	29
C^14	5730 سال	^-b، 156/0	062/0
P^32	262/14 روز	^-b،71 /1	9200
P^33	34/25 روز	^-b، 3/0	5140
S^35	51/87 روز	^-b، 167/0	1500
I^125	408/59 روز	g  ، EC 035/0	2200
I^131	0207/8 روز	^-b،6/0 و g،364/0	16000

 

شماري از مطالعات كه در آن‌ها اين ايزوتوپ‌ها به كار رفته‌اند عبارتند از :

·         تعيين عمر مواد بيولوژيكي

·          توزيع بيومولكول‌ها، توزيع سلول و قابليت دسترسي بيولوژيكي داروها.

·          مسيرهاي متابوليك و انتقال مولكول‌ها.

·          سنتز بيولوژيكي و بيومولكولي همچون نوكلئوتيدها، پروتئين‌ها و پلي‌ساخاريدها.

·          سرعت واكنش‌ها در ارگانيزم‌هاي زنده، رابطه ماده اوليه  – محصول، سرعت عمليات آنزيم در سيستم‌هاي بيرون از بدن و داخل بدن.

شماري از مثال‌هاي تكنيك‌هايي كه ردياب‌هاي راديواكتيو براي اطلاعات دقيق در آن‌ها به كار رفته در ادامه بيان شده است.

 

توزيع بيولوژيكي

مطالعات توزيع بيولوژيكي با به كار بردن راديوايزوتوپ‌ها براساس مباني رديابي و روش رقيق‌سازي ايزوتوپي است. توزيع بيولوژيكي مواد مهم بيولوژيكي در يك ارگانيزم زنده با به‌كار بردن اين روش ساده بدون مزاحمت در تعادل فيزيكي و شيميايي سلول ثابت شده است.

كل پروتئين پلاسما در يك ارگانيزم و توزيع آن با به كار بردن پروتئين‌هاي پلاسماي نشان‌دار با I¹³¹ مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. پروتئين پلاسماي نشان‌دار با I¹³¹ ابتدا به يك ارگانيزم زنده تزريق مي‌گردد. پس از زمان كافي براي رسيدن به تعادل، مقداري از پلاسما برداشته شده و راديواكتيويته همراه با آن اندازه‌گيري مي‌شود. محتواي كل پروتئين مي‌تواند با ارتباط داده راديواكتيويته كل تزريق شده به حيوان و مقدار حاضر در نمونه برداشته شده قابل تخمين باشد. به طور مشابه، به دست آوردن ايده‌اي از توزيع عضو ماده مورد نظر در هر ارگانيزم امكان‌پذير است.

 

مسيرهاي متابوليكي و بيوشيميايي

در يك سيستم زنده، موادي چون خون، سلول، هورمون و آنزيم‌ها در يك حالت تعادل ديناميكي بوده و به طور ثابت سنتز شده و شكسته مي‌شوند. اين مولكول‌ها داراي محدوده زماني مشخص كه اين فعاليت‌ها رخ مي‌دهند مي‌باشند. در بسياري از حالات، غلظت حالت پايا با مكانيسم‌هاي “ بازخور” نگه‌داري مي‌شوند.

مسيرهاي متابوليك و انتقال مولكول‌ها با به كار بردن تركيبات نشان‌دار راديواكتيو به طور مؤثري رديابي مي‌شوند. بعضي از كاربردها در ذيل داده مي‌شوند.

·         جذب مواد از محيط به وسيله ميكروارگانيزم‌ها.

·          انتقال مواد در گياهان .

·          جذب ماده غذايي از طريق غشاء براي سيستم هضم مثل آمينواسيدها.

·          جذب يد به وسيله سلول‌هاي تيروئيد.

·          گردش گلبول قرمز خون.

 

مطالعات مسيرهاي سنتز بيولوژيكي

براي مطالعه فرآيندهاي سنتز بيولوژيكي، مولكول نشان‌دار C¹⁴ به صورت ماده ورودي به يك سيستم بيولوژيكي وارد مي‌شود. پس از گذشت زمان كافي براي تشكيل محصول، محصول جدا شده و راديواكتيويته حاضر در آن تخمين زده مي‌شود. حضور راديواكتيويته در محصول نشان‌دهنده ارتباط بين ماده اوليه و محصول مي‌باشد. با به كار بردن گستره‌اي از مواد اوليه كه از نظر ساختماني مشابه هستند، ميزان شراكت مي‌تواند تعيين گردد.اين روش بر مبناي اين اصل است كه ميزان شراكت ماده اوليه مستقيماً متناسب با شباهت ساختماني بين محصول و ماده اوليه مي‌باشد.

بلوچ (Bloch) يك ارتباط سنتز بيولوژيكي بين اسيداستيك و كلسترول را با به كار بردن اسيداستيك نشان‌دار راديواكتيو توضيح داد. با به‌كار بردن اسيداستيك با دو اتم نشان‌دار،كشف شد كه كليه اتم‌هاي كربن حاضر در كلسترول از اسيداستيك حاصل شده است.