Изотопный состав человека

Изотопный состав жителя нашей планеты  

Из чего же состоит тело человека? Кроме того, что как неважно какая
материя организм человека труден из кирпичиков — атомов,
атомы 1-го сорта различаются числом простых элементов,
их элементов, другими словами владеют свойством изотопии. Для
того, чтоб имелось невесомее оперировать цифрами, представим для себя
некоего жителя нашей планеты, вес тот или другой сочиняет 50 кг.

Изотопный состав жителя нашей планеты  

Из чего же состоит тело человека? Кроме того, что как неважно какая
материя организм человека труден из кирпичиков — атомов,
атомы один-одинешенек сорта различаются численностью простых элементов,
их сочиняющих, другими словами владеют свойством изотопии. Для
того, чтоб водилось невесомее оперировать цифрами, представим для себя
некоего жителя нашей планеты, вес тот или иной сочиняет 50 кг. Тогда на
кислород, углерод, азот и водород приходится в совместной трудности
48.3 кг. На все остальные ингредиенты оставшиеся 1.3 кг. Пользуясь
таблицей естественной распространенности изотопов, просто
посчитать, какое численность в этаком гипотетическом человеке
держится тех либо других изотопов. Преимущественно итого в человеке
кислорода (30.481 кг). Это значит, что изотопа кислорода с
массовым числом 16 (обозначается 16О) в человеке
30.4 кг, изотопа с массовым числом 17 (17О) 12.3 грам
и с массовым числом 18 (18О) 68.6 грам. Углерода в
нашем человеке 11.537 кг и он распределен меж изотопом с
массовым числом 12 (12С) 11.4 кг — и изотопом с
массовым числом 13 (13С) 137 грам. Водорода в
человеке чуток преимущественно 5 кг: с массовым числом 1
(1Н) 5.0 кг, с массовым числом 2 (2Н либо
D — дейтерий) 1.5 грам. В конце концов, изотопы азота с массовыми
числами 14 (14N ) и 15 (15N ) хранятся
в числах 1.3 кг и 5.1 грам, согласно.

Таковым образом при весе человеческого тела 50 кг в нем держится
225 грам тяжких изотопов. Человек растет и добавляет в весе за
счет кормления. Также за счет кормления компенсируются издержки
энергии, поддерживается температура тела, обеспечиваются
процессы размена веществ.

Еда это белки, жиры и углеводы. Все эти вещества состоят, в
главном, как разов из числа тех 4 компонентов, о тот или другой шла речь
выше (кислород, углерод, водород и азот). Все органические
вещества в окончательном итоге должны близким происхождением
фотосинтезу в растениях. Растения едят углекислый газ из
воздуха, тот или иной под деяньем света и катализаторов (в роли
ругательных выступают предназначенные белковые структуры, так-называемые
энзимы) взаимодействует с водой, втягиваемой корневой
налаженностью, с образованием простых кирпичиков органических
веществ. Из этих кирпичиков также с поддержкой катализаторов
энзимов создаются трудные органические молекулы углеводов,
жиров и белков.

Таковым и лишь таковым методом окисленный углерод (углекислый
газ) перебегает в восстановленный, т.е. способный пламенеть.
Растения могут усваивать углекислый газ лишь по один-одинехонек из
3-х методов. По какому непосредственно, зависит от таковых причин,
как концентрация углекислого газа в атмосфере, окружающая
температура, длина светового дня. Более всераспространенный
носит заглавие цикла Кельвина и обозначается С3.

Сущность его в том, что из усвоенных молекул углекислого газа
растение строит фосфоглицериновую кислоту — цепочку из 3-х
атомов углерода (конкретно оттого обозначение С3). Эта кислота
употребляется в предстоящем для синтеза углеводов. Цикл Кельвина
по сопоставлению с 2-мя иными механизмами призывает младше
энергии, другими словами солнечного света, но действует при
сравнительно огромных концентрациях углекислого газа.
Подавляющее большая часть деревьев, кустарников и травок усваивают
углекислый газ из атмосферы конкретно таковым образом.

2-ой механизм усвоения именуется циклом Хетча-Слека и
обозначается С4. Тут на главном шаге из углекислого газа
растения синтезируют яблочную и аспаргиновую кислоты, любая
из тот или другой держит в близкой молекуле по четыре атома углерода
(отсюда заглавие С4). Таковой механизм усвоения углекислого газа
действует при низких концентрациях его в воздухе, но призывает
самое большее солнечной энергии. Обычные представители растительного
мира, применяющие цикл Хетча-Слека, — это сладкий тростник и
кукуруза.

В конце концов, некие растения, произрастающие в горячем и бездушном
климате, к примеру, кактусы и ананасы применяют
сочетанный механизм, соединяющий два, описанные выше. Он
обозначается латинскими знаками САМтр (исходные буковкы
Crassulacean Acid Metabolism метаболизм крассулациановой
кислоты). Усвоение атмосферного углекислого газа растениями
проходит за счет фотокаталитических действий, при этом в роли
катализаторов выступают очень избирательно действующие
энзимы, предпочитающие действовать с теми изотопами, тот или другой в
природе преимущественно, т.е. с 1Н, 12С и
16О.

В итоге естественные органические вещества оказываются
обогащенными более всераспространенными изотопами. Маленькие
отличия в изотопных составах компонентов принято измерять в
единицах d (дельта): d = [(Rпробы/Rстандарта) 1].103 %.
Тут R отношение концентраций тяжкого изотопа к свободному
(к примеру,13С к 12С). Величина в
квадратных скобках обычно очень малюсенька, оттого для
удобства ее умножают на 1000 и отсчитывают в промиллях.
Современные серийные приборы масс-спектрометры дозволяют
измерять значение d с точностью превосходнее, чем 0.01 %.

Для каждого из перечисленных устройств усвоения углерода
отличительна близкая величина d. Так, d 13С для
механизма С3 лежит в промежутке от 21 до 31, для механизма С4
от 9 до 15, для САМтр от 11 до 28 %. Различие в изотопных
эффектах углерода у растений С3 и С4 дозволяет однозначно
идентифицировать не совсем только сами растения и их плоды, да и
продукты их переработки.

Проиллюстрировать потенциала контроля изотопного состава
комфортно на
. Пчелы собирают пыльцу и нектар обычно с
растений С3. Оттого естественный мед характеризуется величиной
d 13С порядка -25 . Ежели же мед разбавлен сиропом
(кукурузным либо из сладкого тростника, для тот или другой d
13С сочиняет 10 %), то изотопный состав углерода
в консистенции будет промежным меж 25 % и 10 %. Ежели провести
достаточно легкую функцию сечения меда на две
собирающие — белковую и углеводную и проанализировать
изотопный состав углерода в каждой из их, то станет сразу
светло естественный ли этот мед либо фальсификат. В естественном
меде обе собирающие произошли сразу и из один-одинешенек
источника и изотопное распределение углерода в их надлежать иметься
однообразное. Ежели оно выделяется, то мед фальсифицирован
сахаром либо сиропом.

По изотопному составу углерода удается определять факты
фальсификации не совсем только меда, да и концентратов фруктовых
соков, ежели в их добавлен дешевенький сироп, что в особенности принципиально
для нашей страны, импортирующей полуфабрикаты прохладительных
напитков. Иной пример употребления изотопного состава
углерода в целях установления истины это выявление вида
этилового спирта, употребляемого для производства водки.
Не секрет, что синтетический спирт запрещен для приготовления
спиртных напитков: сырьем в данном варианте может выступать
лишь пищевой этиловый спирт, зарабатываемый брожением глюкозы
растительного происхождения и обладающим этот же изотопный состав
углерода, что и сырье.

Синтетический спирт приобретают гидратированием этилена,
держащегося в крекинговых газах, изотопный состав углерода в
тот или другой резко выделяется от растительного. Непременно,
хим состав примесей пищевого и синтетического спиртов
разен и его просто можнож зафиксировать с поддержкой, к примеру,
газового хроматографа. Все же, добавка ведра самогона в
жд цистерну незапятнанного синтетического спирта
приводит к тому, что хроматограф окажется малосильным. В то же
пора принесет конкретный
ответ на вопросец, какой из спиртов пищевой, а какой
синтетический.

Не спиртом единичным жив человек! Все продукты кормления дышат на
для себя изотопную метку. А так как человек грызть то, что он ест
(и пьет), то и он дышит эту метку. Изотопный состав углерода у
американца (d 13С заключена в промежутке от -19 % до
13 %) приметно выделяется от того, что у европейца (d
13С лежит меж -28 % и 21 %). Разъяснить это не
тяжело. В диете европейца преобладают растения вида С3,
растения этого же вида идут и на корм скоту. А в США
веско крупную долю рациона и жителей нашей планеты, и домашних питомцев
сочиняет кукуруза и сладкий тростник, касающиеся к
растениям С4. Экспериментально проверить это решил Тур
Стерлинг из института штата Юта. В 1996 году он отправился
в геофизическую экспедицию в Монголию на четыре месяца. Каждое
утро он собирал там остатки собственных волос затем бритья и
упаковывал их в отдельные маркированные пакетики. Возвратившись в
США, он продолжал это мастерить еще два месяца. А потом Крэг Кук,
биолог из такого же института, провел изотопный анализ
углерода волос. Оказалось, что во пора присутствия в Монголии
он поменялся с 16 % до 23 %, а спустя три недельки затем
возвращения из экспедиции состав опять стал обычным для
американца. Любопытно, что Стерлинг в половине близкой
командировки возвратился из татарской глубинки в Улан-Батор и
жил там в процесс 2-ух недель в посольстве США, кормясь
южноамериканскими продуктами. Этот эпизод с подходящим
сдвигом разыскал свойское отражение на графике зависимости изотопного
состава углерода от периода. Все это однозначно
свидетельствует о взаимоотношения изотопного состава с диетой.

Изотопная ловка жителя нашей планеты подсобляет органам, контролирующим
наличие у спортсмена следов использования допинговых препаратов.
Не секрет, что тема их потребления решается
химико-аналитическими способами. Но ежели встречаемый продукт
совпадает с эндогенным, т.е. вырабатываемым организмом
жителя нашей планеты, то нормальная аналитика слабосильна. Конкретно этакая
ситуация располагает участок в случае тестостерона один-одинешенек из
главных допингов. Все же, у синтетического тестостерона
изотопный состав углерода значительно выделяется от d
13С американца и, тем паче, европейца. Оттого
измеренная величина d 13С приносит конкретный ответ о
происхождении тестостерона.

Вообщем, тема источника происхождения заслуживает чрезвычайно остро
имейся то разлитая в океане нефть, либо вино в бутылке с
наклейкой Бордо, либо ванилин, по документам привезенный с
Коморских островов. Этакие задачки можнож перечислять довольно
длинно. В США и Европейском Союзе они решаются с поддержкой
изотопной масс-спектрометрии: измеряется изотопный состав
углерода, водорода, кислорода и азота исследуемого образчика и
сопоставляется с подходящими величинами из банка принесенных

С изотопным составом жителя нашей планеты соединено пространное распространение
в бранные три-четыре года в продвинутых странах новейшего
неинвазивного способа диагностики линии болезней. Комфортно
проиллюстрировать это на образце заболеваний желудочно-пищеварительного
тракта. В 1994 году Глобальная Организация Здравоохранения
(ВОЗ) официально признала факт инфекционного происхождения
колита, гастрита, язвы двенадцатиперстной кишки и язвы
желудка. Предпосылкой перечисленных болезней приходит
. Эта амеба благодаря тому, что она окружена
энзимом уреаза, может жить в кислой среде желудка.
Уреаза разлагает мочевину на аммиак и углекислый газ.

Это свойство уреазы положено в основание диагностики
инфицирования пациента: ежели H. pylori находятся, мочевина
разлагается, ежели микробов нет, то проходит желудочно-пищеварительный
тракт без разложения. Пациент спустя неширокую трубку, доходящую до
дна пробирки, сооружает выдох. Пробирка заживает и
маркируется. Пациенту приносят испить сок (либо воду), в тот или другой
растворено около 70 мг мочевины, обогащенной стабильным
изотопом углерода 13С. Спустя полчаса проводят
повторный отбор пробы выдыхаемого воздуха в иную
маркированную пробирку. Ежели пациент инфицирован, то
углекислый газ в выдыхаемом им затем приема мочевины воздухе
будет обогащен изотопом 13С. При всем этом, чем преимущественно в
желудке микробов H. pylori, тем преимущественно это обогащение.
Описанная процедура носит заглавие
.

Наши познания о протекании биохимических действий в организме
здорового жителя нашей планеты и о их нарушениях при тех либо других
заболеваниях раскрывают обширные потенциала использования
дыхательного теста для диагностики. При всем этом в качестве
изотопно меченного маркера выбирается этакое соединение, один-одинехонек
из товаров метаболизма тот или иной выступает углекислый газ. В
нынешнее время разработаны неинвазивные методики диагностики
экзокринной дефицитности поджелудочной железы, нарушений
кинетики аминокислотного метаболизма и формирования белков.
Также с поддержкой дыхательного теста контролируют энзимную
функцию печени, активность окисления жирных кислот, пора
прохождения еды спустя желудочно-кишечник.

Источник :


Posted in ЭкоБиология by with comments disabled.