radioaktive Kohlenstoffisotope als Tracer zur Aufklärung?

1 Antwort

CliffBaxter
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Schule, Biologie
26.04.2020, 22:38

Hi,

radioaktive Isotope sind nützlich für die Aufklärung von Stoffwechselprozessen, ich möchte gern einige Punkte zusammenstellen

  • das radioaktive Isotop, also z.B. 14C, verhält sich chemisch und biologisch annähernd so, wie sein nicht radioaktives Gegenstück 12C. Das stimmt nicht ganz, weil es eine unterschiedliche Atommasse gibt und dies hätte wohl einen Einfluss auf enzymatische Umsetzung, so dass ein Isotop eventuell bevorzugt werden könnte, man nennt das Isotopendiskriminierung :D aber man muss in dem Punkt als Biologe nicht päpstlicher sein, als der Papst, denn bei entsprechender Verdünnung in biologischen Systemen hat das keinen nachteiligen Effekt. Also das ist schon sehr gut, so etwas zur Hand zu haben, weil:
  • radioaktive Strahlung, die diese Isotope abgeben, bietet eine hervorragende Möglichkeit für einen extrem empfindlichen Nachweis. Ich kann diesem tracer folgen und ihn überall wieder aufspüren, sei es in Zellen oder daraus gewonnenen Extrakten
  • Ein radioaktives Isotop zerfällt beständig und gibt dabei radioaktive Strahlung ab, d.h. neben Kohlenstoff, hat man noch eine Palette alternativer Isotope, je nach Anwendung, z.B. 3H, 32P, 35S, um einige zu nennen, so dass 14C nicht das einzige ist, was zur Anwendung kommt
  • man muss also zunächst die radioaktiv markierte Verbindung, nehmen wir z.B. 14CO2, dem Organismus, z.B. einer Pflanze, zuführen, sie regelrecht damit füttern. Pflanzen nehmen ja CO2 aus der Luft auf und wenn man ihnen radioaktives 14CO2 anbietet, nehmen sie dies
  • nach der Zuführung des radioaktiven Isotops, in diesem Beispiel einer Pflanze, müsste man es entsprechend für eine Messung, je nach Versuch, aufreinigen
  • dann kann man den Nachweis von Radioaktivität, nämlich die Zerfallsereignisse pro Zeit auszählen
  • es gibt verschiedene Möglichkeiten der Auszählung. Eine weit verbreitete, ist der Flüssig-Szintillationszähler. Da bringt man die zu messende Probe mit einer Flüssigkeit zusammen, die radioaktive Strahlung, durch Anregung, in Lichtquantenemission umwandelt (Fluoreszenz). D.h. jedes radioaktive Zerfallsereignis ist ein "Lichtblitz" und diese Lichtblitze kann man ganz bequem automatisch, computergestützt messen und auszählen
  • eine andere Möglichkeit ist, man gibt die zu messenden Proben nach ihrer Aufreinigung bzw. Trennung, z.B. durch Chromatographie oder Elektrophorese, auf fotopraphische Emulsionen oder Schichten ("Röntgenfilm"), so dass wenn diese Schichten radioaktiver Strahlung ausgesetzt werden, es dort zu einer Schwärzung führt, dass nennt sich Autoradiographie
  • ein Beispiel: Das hier wäre z.B. ein Autoradiogramm von einem Versuch, in dem man Pflanzen (Alge Chlorella) mit radioaktivem 14CO2 gefüttert hat und danach angehalten hat, nach 5 Sekunden (links) und 30 Sekunden (rechts) https://www.philpoteducation.com/pluginfile.php/1172/mod_book/chapter/1078/8.2.3c.jpg
  • wir sehen im Autoradiogramm, wo die Radioaktivität geblieben ist. Nämlich durch Schwärzung des darübergelegten Films und so taucht die Radioaktivität, nach verschieden langer Zeit, in verschiedenen Zwischenprodukten der, in diesem Fall, Dunkelreaktion der pflanzlichen Photosynthese, dem sog. Calvin-Zyklus, auf. Nämlich dort, wo es zu zu einer Schwärzung gekommen ist. Anhand des Trennverfahrens (Chromatographie), weiß man, welche Stoffe dort grundsätzlich zu erwarten sind und so kann man den Weg des radioaktiven Kohlenstoffs durch den Stoffwechsel der Pflanze verfolgen. So wurde der Calvin-Cyklus auch aufgeklärt. Abb. Quelle: https://www.philpoteducation.com/mod/book/view.php?id=805&chapterid=1078#/

LG