Les isotopes sont des variations d'éléments chimiques contenant différents nombres de neutrons. Parce que les isotopes sont reconnaissables, ils fournissent un moyen efficace de suivre les processus biologiques pendant l'expérimentation. Il existe de nombreuses utilisations potentielles des isotopes dans l'expérimentation, mais plusieurs applications sont plus répandues.
Isotopes différenciés
Chaque élément chimique possède un nombre unique de protons, ce qui a donné lieu au tableau périodique. De même, un isotope d'un élément donné a son propre nombre unique de neutrons; la désignation d'un isotope est déterminée par la somme des protons et des neutrons dans le noyau (appelée le nombre de masse). Un élément peut avoir n'importe quel nombre d'isotopes. Par exemple, le carbone 12 et le carbone 13 ont tous deux six protons, mais ce dernier contient un neutron supplémentaire. Parce que le nombre de neutrons dans le noyau d'un atome a un effet négligeable sur les propriétés chimiques, les isotopes fournissent un moyen efficace d'étudier divers processus biologiques sans affecter de manière significative leur évolution naturelle.
Application: Sécurité alimentaire
Substances biogènes ( ceux produits par des processus biologiques naturels) peuvent présenter des variations importantes d'isotopes de carbone, d'azote et d'oxygène, ce qui en fait une cible d'analyse plus facile. Les applications de sécurité alimentaire permettent de suivre le pays d'origine de certains produits alimentaires, comme le boeuf, à l'aide d'isotopes de carbone et d'azote. Les agences et les fabricants peuvent également déterminer la méthode d'alimentation du bétail - biologique ou conventionnelle - en analysant les isotopes du carbone, de l'azote et du soufre. En étudiant les données des isotopes du carbone et de l'oxygène, il est possible de déterminer d'où proviennent les différentes huiles d'olive en Méditerranée et comment les produits de jus de fruits sont "naturels".
Application: étiquetage isotopique
Des isotopes inhabituels peuvent être utilisés comme marqueurs dans les réactions chimiques. Cela peut être utile, en particulier dans le domaine de la biologie cellulaire, où des laboratoires de recherche tels que le laboratoire Pandey de l'Université Johns Hopkins trouvent de nouvelles façons d'étudier le cancer et d'autres affections potentiellement mortelles. Par exemple, le marquage des isotopes stables avec des acides aminés (SILAC) dans la culture cellulaire est un processus par lequel les populations de cellules sœurs sont différenciées in vitro en utilisant différentes formes d'acides aminés. Les acides aminés sont incorporés dans les protéines étudiées et, parce qu'ils se comportent de façon identique les uns aux autres malgré leur composition nucléaire différente, les protéines nouvellement synthétisées peuvent être étudiées de plus près aux côtés de leurs homologues contrôlés (naturels).
Application: Datation radioactive
Les isotopes radioactifs sont souvent utilisés pour mesurer l'âge des matériaux contenant du carbone. Une méthode de datation radioactive populaire est appelée datation au carbone - la datation des matériaux organiques. Parce que la vie d'un radio-isotope n'est affectée par aucune influence en dehors du noyau, son taux prévisible de désintégration agit comme une horloge. L'étude des radio-isotopes à proximité de fossiles d'animaux, par exemple, permet d'estimer l'âge de ces fossiles.
