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放射性同位素物質代放謝的研究
2011-10-30 13:24:56
物質代放謝的研究
體內存在著很多種物質，究竟它們之間是如何轉變的，如果在研究中應用適當的同位素標記物作示蹤劑分析這些物質中同位素含量的變化，就可以知道它們之間相互轉變的關系，還能分辯出誰是前身物，誰是產物，分析同位素示蹤劑存在于物質分子的哪些原子上，可以進一步推斷各種物質之間的轉變機制。為了研究膽固醇的生物合成及其代謝，采用標記前身物的方法，揭示了膽固醇的生成途徑和步驟，實驗證明，凡是能在體內轉變為乙酰輔酶A的化合物，都可以作為生成膽固醇的原料，從乙酸到膽固醇的全部生物合成過程，至少包括36步化學反應，在鯊烯與膽固醇之間，就有二十個中間物，膽固醇的生物合成途徑可簡化為:乙酸→甲基二羥戊酸→膽固醇 又如在研究肝臟膽固醇的來源時，用放射性同位素標記物3H－膽固醇作靜脈注射的示蹤實驗說明，放射性大部分進入肝臟，再出現在糞中，且甲狀腺素能加速這個過程，從而可說明肝臟是處理血漿膽固醇的主要器官，甲狀腺能降低血中膽固醇含量的機理，在于它對血漿膽固醇向肝臟轉移過程的加速作用。
體內存在著很多種物質，究竟它們之間是如何轉變的，如果在研究中應用適當的同位素標記物作示蹤劑分析這些物質中同位素含量的變化，就可以知道它們之間相互轉變的關系，還能分辯出誰是前身物，誰是產物，分析同位素示蹤劑存在于物質分子的哪些原子上，可以進一步推斷各種物質之間的轉變機制。為了研究膽固醇的生物合成及其代謝，采用標記前身物的方法，揭示了膽固醇的生成途徑和步驟，實驗證明，凡是能在體內轉變為乙酰輔酶A的化合物，都可以作為生成膽固醇的原料，從乙酸到膽固醇的全部生物合成過程，至少包括36步化學反應，在鯊烯與膽固醇之間，就有二十個中間物，膽固醇的生物合成途徑可簡化為:乙酸→甲基二羥戊酸→膽固醇 又如在研究肝臟膽固醇的來源時，用放射性同位素標記物3H－膽固醇作靜脈注射的示蹤實驗說明，放射性大部分進入肝臟，再出現在糞中，且甲狀腺素能加速這個過程，從而可說明肝臟是處理血漿膽固醇的主要器官，甲狀腺能降低血中膽固醇含量的機理，在于它對血漿膽固醇向肝臟轉移過程的加速作用。
2.物質轉化的研究
物質在機體內相互轉化的規律是生命活動中重要的本質內容，在過去的物質轉化研究中，一般都采用用離體酶學方法，但是離體酶學方法的研究結果，不一定能代表整體情況，同位素示蹤技術的應用，使有關物質轉化的實驗的周期大大縮短，而且在離體、整體、無細胞體系的情況下都可應用，操作簡化，測定靈敏度提高，不僅能定性，還可作定量分析。在闡明核糖苷酸向脫氧核糖核苷酸轉化的研究中，采用雙標記法，對產物作雙標記測量或經化學分離后分別測量其放射性。如在鳥嘌呤核苷酸（GMP）的堿基和核糖上分別都標記上14C ，在離體系統中使之參入脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP），然后將原標記物和產物（被雙標記GMP摻入的dGMP）分別進行酸水解和層析分離后，測定它們各自的堿基和戊糖的放射性，結果發現它們的兩部分的放射性比值基本相等，從而證明了產物dGMP的戊糖就原標記物GMP的戊糖，而沒有別的來源，否則產物dGMP的堿基和核糖的比值一定與原標記物GMP的兩部分比值有顯著差別。這個實驗說明戊糖脫氧是在堿基與戊糖不分記的情況下進行的，從而證明了脫氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸直接轉化而來的，并不是核糖核苷酸先分解成核糖與堿基，堿基再重新接上脫氧杭核糖。無細胞的示蹤實驗可以分析物質在細胞內的轉化條件，例如以3H-dTTP為前身物作DNA摻入的示蹤實驗，按一定的實驗設計摻入后，測定產物DNA的放射性，作為新合成的DNA的檢出指標。
物質在機體內相互轉化的規律是生命活動中重要的本質內容，在過去的物質轉化研究中，一般都采用用離體酶學方法，但是離體酶學方法的研究結果，不一定能代表整體情況，同位素示蹤技術的應用，使有關物質轉化的實驗的周期大大縮短，而且在離體、整體、無細胞體系的情況下都可應用，操作簡化，測定靈敏度提高，不僅能定性，還可作定量分析。在闡明核糖苷酸向脫氧核糖核苷酸轉化的研究中，采用雙標記法，對產物作雙標記測量或經化學分離后分別測量其放射性。如在鳥嘌呤核苷酸（GMP）的堿基和核糖上分別都標記上
3.動態平衡的研究
闡明生物體內物質處于不斷更新的動態平衡之中，是放射性同位素示蹤法對生命科學的重大貢獻之一，向體內引入適當的同位素標記物，在不同時間測定物質中同位素含量的變化，就能了解該物質在體內的變動情況，定量計算出體內物質的代謝率，計算出物質的更新速度和更新時間等等。機體內的各種物質都在有大小不同的代謝庫，代謝庫的大小可用同位素稀釋法求也。
闡明生物體內物質處于不斷更新的動態平衡之中，是放射性同位素示蹤法對生命科學的重大貢獻之一，向體內引入適當的同位素標記物，在不同時間測定物質中同位素含量的變化，就能了解該物質在體內的變動情況，定量計算出體內物質的代謝率，計算出物質的更新速度和更新時間等等。機體內的各種物質都在有大小不同的代謝庫，代謝庫的大小可用同位素稀釋法求也。
4.生物樣品中微量物質的分析
在放射性同位素示蹤技術被應用之前，由于制備樣品時的丟失而造成回收率低以及測量靈敏度不高等問題，使得對機體正常功能起很重要作用的微量物質不易被測定。近年來迅速發展、應用愈來愈廣泛的放射免疫分析（radioimmunoassay）技術是一種超微量的分析方法，它可測定的物質300多種，其中激素類居多，包括類固醇激素，多肽類激素，非肽類激素，蛋白質物質，環核苷酸，酶，腫瘤相關的抗原，抗體以及病原體，微量藥物等其它物質。
5.最近鄰序列分析法（Nearest neighbour-sequence analysis method）在放射性同位素示蹤技術被應用之前，由于制備樣品時的丟失而造成回收率低以及測量靈敏度不高等問題，使得對機體正常功能起很重要作用的微量物質不易被測定。近年來迅速發展、應用愈來愈廣泛的放射免疫分析（radioimmunoassay）技術是一種超微量的分析方法，它可測定的物質300多種，其中激素類居多，包括類固醇激素，多肽類激素，非肽類激素，蛋白質物質，環核苷酸，酶，腫瘤相關的抗原，抗體以及病原體，微量藥物等其它物質。
放射性同位素示蹤技術，是分子生物學研究中的重要手段之一，對蛋白質生物合成的研究，從DNA復制、RNA轉錄到蛋白質翻譯均起了很大的作用。最近鄰序列分析法應用同位素示蹤技術結合酶切理論和統計學理論，研究證實了DNA分子中堿基排列規律，在體外作合成DNA的實驗：分四批進行，每批用一種不同的32P標記脫氧核苷三磷酸，32P標記在戊糖5'C的位置上，在完全條件下合成后，用特定的酶打開5'C－P鍵，使原堿基上通過戊糖5'C相連的32P移到最鄰近的另一單核苷酸的3'C上 。用最近鄰序列分析法首次提出了DNA復制與RNA轉錄的分子生物學基礎，從而建立了分子雜交技術，例如以噬體T2-DNA為模板制成[32P]RNA，取一定量T2-DNA和其它一些DNA加入此[32P]RNA中，經加熱使DNA雙鏈打開，并溫育，用密度梯度離心或微孔膜分離出DNA-[32P]RNA復合體測其放射性，實驗結果只有菌體T2的DNA能與該[32P]RNA
形成放射性復合體。從而證明了RNA與DNA模板的堿基呈特殊配對的互補關系，用分子雜交技術還證實了從RNA到DNA的逆轉錄現象。此外，放射性同位素示蹤技術對分子生物學的貢獻還表現在：⑴對蛋白質合成過程中三個連續階段，即肽鏈的起始、延伸和終止的研究；⑵核酸的分離和純化；⑶核酸末端核苷酸分析，序列測定；⑷核酸結構與功能的關系；⑸RNA中的遺傳信息如何通過核苷酸的排列順序向蛋質中氨基酸傳遞的研究等等。為了更好地應用放射性同位素示蹤技術，除了有賴于示蹤劑的高質量和核探測器的高靈敏度外，關鍵還在于有科學根據的設想和創造性的實驗設計以及各種新技術的綜合應用。
