生物科学中的踪迹

生物科学中的踪迹

随着生物科学研究的不断进展，进而要求有更好的分析方法和分析物来适应生物科学发展的要求；于是放射性核素作为示踪原子就被自然而然的运用于这一领域，例如在研究植物的营养生理、植物生长过程对营养元素的吸附、运转、分配和积累的规律，植物体内物质的代谢，植物的光合作用，农药在作物体内的吸收、分布、残留和消失的情况等方面，都有利用。核辐射被用于培育作物的优良品种，刺激植物生长和防治病虫害。这些应用对于农业生产的发展，提高农作物产量起了重要作用。

一、放射性碳示踪光合作用

大家都知道，正是由于绿色植物利用太阳光和叶绿素将吸收的二氧化碳和水转化成有机物，使得光能转变为化学能贮藏在有机物质中。由光合作用制造的糖可进一步转化为淀粉、脂类、蛋白质、核酸及其他有机化合物，进而使得地球上的一切生命得以良好的发展和运转。

光反应和暗反应是光合作用的两个不同过程。叶绿体在光照下把二磷酸腺苷（ADP）和无机磷酸H₃PO₄（Pi）转化为三磷酸腺苷（ATP），使辅酶Ⅱ（NADP^＋）获得电子而成还原态辅酶Ⅱ（NADPH）。

卡尔文等应用核示踪方法，对光合作用进行深入研究，发现了植物吸收CO₂以及CO₂被还原为碳水化合物的途径。这种绿色植物在光合作用中吸收二氧化碳，并把它转化为葡萄糖的循环，称为光合碳循环，又称为Calvin循环。这个途径的阐明是生物化学上的一个重大成就，为此而被授予诺贝尔奖。

二、体内物质的运输情况

用3H或14C标记物做实验，则可看到脂肪组织中的脂肪酸经常与血液交换；用32P或35Ca标记物可以看到它们很快进入骨和牙中的无机盐组分，然后又逐步移出；这些都说明生命体在无时无刻不进行着运动，看似静止的实际上却处于动态平衡，并且不断进行新陈代谢活动；所以用放射性标记物做实验，可了解各种生理物质吸收、分布和排泄的规律；进而推进生物科学的发展。

三、蛋白质生物合成

由于有了蛋白质和核酸，才会出现生命；凡是有生命的地方都离不开它们；因此可以这样说：“蛋白质和核酸是生命的基础。”早在半个世纪以前科学家就提出了蛋白质生物合成与核糖核酸RNA有关的学说，然而，只是在采用了放射性示踪技术，尤其是标记氨基酸之后，才能追踪蛋白质生物合成的复杂过程。

遗传控制、蛋白质生物合成与核酸的简略关系图示有：

以3H－胸腺嘧啶核苷标记噬菌体T₂的DNA及以³²P标记T₂－特异性的RNA（mRNA）混合实验表明，mRNA（信使RNA）是由DNA复制而来，进而带着转录的信息进入细胞浆，与核朊微粒结合，形成控制蛋白质合成的模板。

在对tRNA（转运RNA）的功能、结构研究中，发现它在蛋白质生物合成中的作用有两个，一是接受氨基酸形成氨酰tRNA；二是把氨基酸运送到核朊微粒上并识别mRNA密码的位置，以便按照mRNA合成有一定氨基酸排列顺序的多肽链，其中即以放射性的³H、³⁵S、¹⁴C－氨基酸进行标记和测定。

人们从认识肽链的起始、伸长一直到终止的蛋白质生物合成的过程，也是将放射性核素示踪技术深入运用的过程。

四、核糖核酸结构

作为核酸组成单位的核苷酸，由碱基、糖和磷酸三部分构成。按含有核糖的不同，分为核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA两大类。核酸正是由许多核苷酸通过磷酸酯键相互连接而成的大分子，例如，转运RNA（tRNA）通常由70～90个核苷酸组成，为了测定它的一级结构，基本方法是作碱基组成分析、末端分析、特异性酶解和酶解产物分离、小片段寡核苷酸顺序测定，将放射性核素³²P特异地标记在核酸分子的链节（5′端和3′端）上，便可能用极微量的方法解出大分子的结构分析的难题。其中结合双向电泳层分析，用放射自显影法可显示核斑图像，最后阅读出核苷酸的排列顺序。

在农业上常使用³²P、¹⁵N对水稻进行磷肥和氮肥的吸收研究，以³⁵S示踪的农药观察对作物的药效，以¹⁴C、³H、¹⁸O、⁶⁰Co、⁶⁵Zn、⁴⁵Ca等分别用于生物固氮过程或光合作用、营养元素的吸收运转和生物合成等植物生理生化研究中，均可起到其他方法不可取代的重要示踪作用。

用放射自显影法显示图像，根据放射性核素斑点在图谱上顺次排列轨迹，即可推导出核苷酸的排列顺序。

片段重叠法有时也称指纹法，此法简便易行，已广泛用于RNA一级结构的研究。