Какие микросхемы содержат радиоактивные изотопы. Получение радиоактивных изотопов. Тип излучения или распада
ЯГМА
Медицинская физика
Лечебный факультет
1 курс
2 семестр
Лекция №
«Элементы ядерной физики»
Выполнила: Хакова Р.И.
2004 г.
1. Радиоактивность, её особенности, виды и характеристика. Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика.
Явление радиоактивности было открыто в 1896 году Беккерелем. Он обнаружил, что соли урана испускают лучи, способные проникать через слои прозрачных веществ, ионизировать воздух, действовать на фотографическую пластинку, вызывать люминесценцию ряда веществ.
Формула этого соединения представлена на рисунке. Если эту формулу сравнить с формулой на рис. 17, то будет видно, что существует разница в положении фосфатной группы. Соответственно, две молекулы могут быть дифференцированы в 2-фосфоглицериновую кислоту и 3-фосфоглицериновую кислоту соответственно.
Было обнаружено, что это углерод слева, который отмечен звездочкой в формуле. Остальное представляет собой соединение под названием «гликольфосфат». Таким образом, гликолевый фосфат будет служить «ловушкой для углекислого газа». Единственное препятствие этому явному предположению заключается в том, что гликольфосфат не может быть обнаружен ни в одной части растительной ткани, даже при самых тонких хроматографических процедурах. Поэтому начали изучаться другие вещества, которые играют роль в фотосинтетическом механизме.
Радиоактивность - это самопроизвольное превращение неустойчивых ядер одного элемента в ядра другого элемента.
Это явление сопровождается убылью вещества и часто называется радиоактивным распадом.
Особенности :
Всегда происходит с выделением энергии.
Осуществляется по единому закону (закону радиоактивного распада).
Один из них может быть «ловушкой» углекислого газа. Кандидатов было много. Если вместо того, чтобы давать фотосинтез через пару секунд, было разрешено продолжать действовать в течение полутора минут, располагаясь по меньшей мере пятнадцатью различными радиоактивными веществами. Этого было достаточно, чтобы вызвать новый интерес. Это было вещество в семье глюкозы, но у него был атом углерода меньше, чем этот. Его молекула состояла из цепочки из 5 атомов углерода, в то время как молекула глюкозы имела.
Молекула также имела две присоединенные фосфатные группы. Ваша формула показана на рисунке. Давайте подумаем об этом сейчас. По-видимому, одна очевидная возможность заключалась в том, что гликольфосфат был ловушкой углекислого газа. Гликольфосфат имеет две углеродные цепи и фосфатную группу. Но, отрежьте эту молекулу ровно пополам, и у нас будет две молекулы, каждая из которых будет иметь цепочку из 3 атомов углерода и фосфатную группу.
Ограничен ≈ 10 видами распада (α-распад, β-распад, γ-распад, нейтронный, протонный и т.д. распады).
Оба вида радиоактивности не имеют физических различий и подчиняются одинаковым законам.
Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика.
Естественная радиоактивность осуществляется за счёт радиоактивных изотопов.
Улавливатель диоксида углерода. Затем образуется «аддитивное соединение», которое показано в формуле с на рисунке. Это соединение разделяется объединением углерода 2 с углеродом 3, добавляя к нему молекулу воды. Две полученные молекулы показаны в формуле е фигуры Обе молекулы формулы «е»одинаковы. Один из них разработан так, что углеродная цепь удваивается.
Один написан справа налево, а другой написан слева направо; но оба являются одним и тем же соединением. Для перехода от двуокиси углерода к глюкозе для каждого атома углерода необходимо добавить четыре атома водорода. Кажется очевидным, что он должен восстанавливаться так быстро, как он потребляется. Следующей задачей группы Кальвина было ответить на эти вопросы. Мы покажем этот процесс самым простым способом на рисунке. Вместе они, естественно, потребляют четыре атома водорода. Таким образом, ловушка диоксида углерода снова открывается.
Изотопы - это разновидность атомов с одинаковыми зарядами ядра, но с разными массовыми числами: \s\up 7(1 H (протий ), \s\up 7(2 H (дейтерий ), \s\up 7(3 H (тритий ).
Естественные радиоактивные изотопы делят на первичные и вторичные.
Первичные - образованы в земной коре при формировании Земли. Сейчас остались только первичные изотопы, имеющие период полураспада Т > 10 8 лет. К ним относятся члены радиоактивных семейств:
Но это гораздо больше, чем просто описание одного круга за другим. Это способствует образованию глюкозы. Другими словами, он становится шестым от глюкозы. Показывая только эти ключевые шаги и выдавая значительное количество промежуточных шагов, которые были определены чуть детально, мы можем представить упрощенную схему того, что часто называют циклом Кальвина. Затем и, наконец, мы можем объединить цикл Кальвина с углеродным циклом, чтобы представить его в том, что будет, для этой книги, его окончательной форме.
Конечно, многое еще предстоит сделать, и есть еще много деталей для уточнения, но мы взяли здесь воздействие углеродного цикла, насколько мы предполагали. Если мы посмотрим на уравнение 27, то почти неизбежно думать, что молекулы воды каким-то образом отделились от углеродной цепи, так сказать, а затем голые атомы углерода были объединены с кислородом с образованием двуокиси углерода. Другими словами, атомы кислорода, которые первоначально были в воздухе, в конечном итоге фиксируются на молекулах углекислого газа.
A. Семейство урана - радия.
Уран (238) - родоначальник семейства Combin U в результате 14 радиоактивных превращений дает устойчивый изотоп свинца. Combin Pb
Б. Семейство тория Combin Th (Т = 1,39 · 10 10 лет) в результате 10 превращений даёт изотоп свинца. Combin Pb
B. Семейство актиния Combin U (Т = 7,3 · 10 8 лет) в результате 11 превращений даёт изотоп свинца. Combin Pb
Более того, вещь даже казалась «здравым смыслом». Люди автоматически думали, что кислород был «хорошим воздухом», к которому мы стремились дышать; что углекислый газ был «плохим воздухом», который мы исключили, и поэтому кислород, естественно, превращался в углекислый газ. Он имел тенденцию обойтись без водяного пара, который появляется при выдыхании воздуха. Легко было предположить, что он просто взял его из влажной внутренней поверхности легких. Даже когда химики обнаружили, что молекулы воды образуются в процессе окисления глюкозы, это создавало наименьшее впечатление.
Вторичные - образуются под действием первичных изотопов или под действием космических лучей (протоны, α - частицы, ядра С, N, O 2 , фотоны).
Особенности:
А. Подчиняются законам динамического равновесия: их образование уравновешивается распадом.
Б. Они включены в состав живых организмов. Большое биологическое значение имеет вторичный изотоп 14 С, который образуется из атмосферного азота под действием космических нейтронов. Изотоп углерода 14 С в виде СО 2 (углекислого газа) усваивается растениями => животными => человеком. При гибели живых растении и животных радиоактивность в них начинает убывать и по степени убыли можно определить возраст различных ископаемых.
Вода, казалось, была всего лишь «фоном» жизни, а не активным ее участником. Таким образом, мы можем утверждать, что, поскольку фотосинтез противоположен дыханию и что при дыхании кислород превращается в двуокись углерода, логично, что при фотосинтезе углекислый газ преобразуется в кислород. Таким образом, казалось, что образование кислорода и фиксация углерода являются неотъемлемыми частями одного и того же процесса. Однако постепенно понемногу появилось мнение меньшинства. Углекислый газ, образующийся при дыхании, не был результатом какой-либо прямой комбинации углерода с атмосферным кислородом, но был результатом декарбоксилирования.
2. Искусственные радиоактивные изотопы, их виды и характеристика.
Искусственная радиоактивность была открыта в 1934 году Ирен и Фредериком Кюри. Они обнаружили, что если долго облучать некоторые вещества α - частицами, то эти вещества сами становятся радиоактивными.
Радиоактивные изотопы (радионуклиды) можно получить при бомбардировке протонами, нейтронами, α - частицами, при поглощении γ - квантов большой энергии. Радиоактивные изотопы изготавливают на ядерных реакторах и в ускорителях заряженных частиц. В настоящее время получены радиоактивные изотопы всех химических элементов, встречающихся в природе. Они активно используются в науке и технике.
Нельзя ли возразить, что, поскольку энергия возникла из-за сочетания водорода и кислорода с образованием воды, необходима энергия для разделения воды на водород и кислород? Другими словами, фотосинтез перевернул дыхание, разделив воду, вместо разделения двуокиси углерода. Возможно, это так, но сложность этого аргумента заключается в том, что мы не можем быть уверены в правильном угадывании того, что фотосинтез является полной противоположностью дыхания. Это может быть вообще, но не в мельчайших деталях.
Используя аналогию, вы можете отправиться из Чикаго в Нью-Йорк и вернуться из Нью-Йорка в Чикаго, но ясно, что для этого вы можете следовать двум различным путям. Поэтому мы не можем полагаться на противоположное, чтобы продемонстрировать, что солнечный свет делит углекислый газ или воду. Ситуация неясна, по крайней мере, с этой точки зрения. Однако, узнав больше о химическом аппарате клеток, было обнаружено, что углекислый газ фиксируется несколькими процессами в каждой клетке, независимо от того, является ли он или нет фотосинтезом.
Различают 3 основных метода:
Метод меченых атомов - использует радиоактивность как сигнал о присутствии данного изотопа. В качестве "метки" используют радионуклиды, которые можно легко обнаружить и измерить, зная их период полураспада, тип и энергию излучения. В качестве радиоактивных меток применяют: 3 Н, 14 С, 32 Р, 35 Са, 59 Fe, 131 I, 95 Nb, 60 Co, 24 Na
В не фотосинтетических клетках фиксация диоксида углерода никогда не была важным процессом, тогда как она была в фотосинтетических клетках. В любом случае, давайте сделаем некоторые сравнения. Во всех различных химических механизмах, которые связывали углекислый газ в не фотосинтетических клетках, кислород никогда не производился. Это означало, что фиксация диоксида углерода и образование кислорода не обязательно были частью одного и того же процесса. Возможно, они не вмешивались в фотосинтетические клетки, и в этом случае образовавшийся кислород должен был поступать из воды.
Методы, использующие большую проникающую способность радиоактивного излучения - определение структуры молекул.
Методы, использующие действие самого излучения - используют для изучения распределения веществ в системе и пути их перемещения, для выяснения механизма химической реакции, для количественного анализа.
К сожалению, этот второй пункт также был очень неубедительным. Фотосинтетические клетки используют солнечный свет во время фиксации двуокиси углерода; не фотосинтетические клетки не используют его, и это имеет огромное значение. Возможно, что при наличии света развиваются химические реакции, которые не возникают в отсутствие первого. Однако трудно убедить, что то, что происходит в не фотосинтетической клетке, может служить руководством для того, что происходит в другом, что является фотосинтетическим.
Английский биохимик Роберт Хилл изобрел метод дробления зеленых листьев, который разбил клетки, но оставил хлоропласты, по-видимому, неповрежденными. Но на самом деле хлоропласты не были повреждены. Они понесли какой-то ущерб, так как перестали производить фотосинтез. По-видимому, одно или несколько соединений сложной ферментной системы внутри хлоропласта выскользнули из нее и пришлось заменить, чтобы что-то можно было сделать. Одним из процессов, которые универсально развиваются в клетках, является перенос атомов водорода из одного вещества в другое.
Медицинское применение.
В медицине широко используются радиоактивные изотопы, т.к. они довольно быстро выводятся из организма, относительно недороги и обладают необходимой избирательностью действия. Применяются в диагностике, исследовании и лечении некоторых заболеваний.
Радиоизотопная диагностика - это физический метод применения радиоактивных изотопов для распознавания болезней и изучения функций организма.
Чтобы попытаться заменить какое-то недостающее вещество, Хилл добавил некоторые соединения железа, которые, как он знал, были способны принимать атомы водорода. Если один или несколько акцепторов природного водорода исчезли из хлоропласта, возможно, их заменили бы соединения железа. Когда поврежденные хлоропласты подвергались воздействию света в присутствии соединений железа, кислород начал формироваться с очень живой скоростью. С другой стороны, фиксации углерода не было. Реакция «Хилла», как ее называли, показала, что образование кислорода и фиксация диоксида углерода не обязательно являются частью одного и того же процесса, даже в фотосинтетических клетках.
Особенности:
A. Очень высокая чувствительность (10 -19 гр. вещества)
Б. Высокая специфичность метода (при анализе нельзя спутать 2 изотопа, каждый имеет свой спектр).
B. Возможность применения малых доз изотопа.
Г. Не разрушаемость живого организма.
Д. Простота и точность регистрации.
Виды методов:
Метод разведения. Суть: вводят изотоп в организм в определённой концентрации, берут пробы, сравнивают активность пробы с активностью введённого препарата и судят о разведении изотопа в организме.
Один мог произойти, а другой не мог. Это означало, что кислород должен был поступать из молекулы воды. Эффективность соединений железа подтвердила это понятие. Свет не мог сломать молекулы воды в количестве и образовать кислород, если, по-видимому, не было какого-то механизма для удаления водорода. Тот факт, что перенос водорода и образование кислорода производился вместе, выступал в пользу разрыва воды как первичного воздействия солнечного света. Но даже это не было убедительным доказательством.
Хилл работал с поврежденными хлоропластами и неводородными водорослями. Мог ли он быть уверенным в том, что он изучает реальный процесс, как это было бы сделано в неповрежденных хлоропластах и с природными водорослями? Хотя доказательство того, что вода как источник кислорода накапливается мало-помалу, неопровержимые доказательства еще не были доступны. Для достижения строгого теста действительно нужен был метод, способный маркировать атомы кислорода. Если бы вы могли, например, использовать углекислый газ с классом атомов кислорода и водой с другим классом, вы могли бы выставить как фотосинтезирующую ячейку, так и проверить полученный кислород.
Метод изучения скорости введения изотопа. После введения изотопа через некоторое время берут пробы и сравнивают активность; делают вывод, например, о выделительной функции почек.
Метод распределения изотопов (метод меченых атомов). Основан на избирательном скоплении изотопов в отдельных тканях. С помощью специальной аппаратуры определяют топографию и особенности щитовидной железы (131 I), определяют скорость кровотока (24 Na) и т.д.
Но как вы могли бы отметить атомы кислорода? Химики были тогда твердо убеждены, что все атомы данного элемента абсолютно идентичны и что нет никакого способа отличить их друг от друга. Было обнаружено, что атомы не являются сферами без характерных черт, но имеют сложную внутреннюю структуру. Каждый атом имел большую часть своей массы, сосредоточенной в крошечной структуре - атомном ядре - расположенном в самом центре. Ядро, как было обнаружено в конце концов, состояло из двух видов частиц: протонов и нейтронов.
Они были очень похожи во многих отношениях, но протоны несли положительный заряд электричества, а нейтроны были электрически нейтральными. Все атомы определенного элемента имели равное количество протонов в их ядрах. Однако не у всех было одинаковое количество нейтронов. Это означало, что некоторые атомы одного элемента можно отличить от других различными количествами нейтронов. Протоны и нейтроны имеют почти ровно равную массу. Для большего упрощения обычно указывается произвольно, что масса протонов и нейтронов равна.
Радиоизотопная терапия - совокупность методов лечения заболеваний радиоактивными изотопами. В её основе лежит биологическое действие радиоактивного излучения и избирательное накопление изотопов при их введении внутрь.
A. Для лечения злокачественных опухолей:
60 Сo помещается в излучатель специальной формы, и излучение направляется на участок, подлежащий лечению.
198 Au вводится в виде коллоидного раствора непосредственно в опухоль. Золото не вступает в биохимическую реакцию с тканями и облучение тканевых клеток продолжается до тех пор, пока сохраняется активность препарата. Лучевого поражения при этом не возникает, т.к. Т = 2,7 суток.
Б. Для лечения болезней крови.
32 Р концентрируется в трубчатых костях и, распадаясь, излучает β - лучи, которые облучают костный мозг, что во многих случаях восстанавливает функцию кроветворения.
B. Для лечения кожных и глазных заболеваний.
32 Р и 90 Sr - фильтрованную бумагу пропитывают раствором радиоактивного изотопа и в целлофановом конверте накладывают на поражённый участок. При распаде изотопы излучают β - лучи, которые не проникают глубоко в организм и не повреждают здоровые ткани.
Г. Для лечения органов пищеварения, дыхания, воздействия на кожу.
222 Rn вводится внутрь с помощью иглы, распадаясь, излучает α - лучи. Дополнительные пути воздействия - через ванны, питьё, ингаляции.
ЯГМА
Медицинская физика
Лечебный факультет
1 курс
2 семестр
Лекция №
«Элементы ядерной физики»
Выполнила: Хакова Р.И.
2004 г.
1. Радиоактивность, её особенности, виды и характеристика. Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика.
Явление радиоактивности было открыто в 1896 году Беккерелем. Он обнаружил, что соли урана испускают лучи, способные проникать через слои прозрачных веществ, ионизировать воздух, действовать на фотографическую пластинку, вызывать люминесценцию ряда веществ.
Формула этого соединения представлена на рисунке. Если эту формулу сравнить с формулой на рис. 17, то будет видно, что существует разница в положении фосфатной группы. Соответственно, две молекулы могут быть дифференцированы в 2-фосфоглицериновую кислоту и 3-фосфоглицериновую кислоту соответственно.
Было обнаружено, что это углерод слева, который отмечен звездочкой в формуле. Остальное представляет собой соединение под названием «гликольфосфат». Таким образом, гликолевый фосфат будет служить «ловушкой для углекислого газа». Единственное препятствие этому явному предположению заключается в том, что гликольфосфат не может быть обнаружен ни в одной части растительной ткани, даже при самых тонких хроматографических процедурах. Поэтому начали изучаться другие вещества, которые играют роль в фотосинтетическом механизме.
Радиоактивность - это самопроизвольное превращение неустойчивых ядер одного элемента в ядра другого элемента.
Это явление сопровождается убылью вещества и часто называется радиоактивным распадом.
Особенности :
Всегда происходит с выделением энергии.
Осуществляется по единому закону (закону радиоактивного распада).
Один из них может быть «ловушкой» углекислого газа. Кандидатов было много. Если вместо того, чтобы давать фотосинтез через пару секунд, было разрешено продолжать действовать в течение полутора минут, располагаясь по меньшей мере пятнадцатью различными радиоактивными веществами. Этого было достаточно, чтобы вызвать новый интерес. Это было вещество в семье глюкозы, но у него был атом углерода меньше, чем этот. Его молекула состояла из цепочки из 5 атомов углерода, в то время как молекула глюкозы имела.
Молекула также имела две присоединенные фосфатные группы. Ваша формула показана на рисунке. Давайте подумаем об этом сейчас. По-видимому, одна очевидная возможность заключалась в том, что гликольфосфат был ловушкой углекислого газа. Гликольфосфат имеет две углеродные цепи и фосфатную группу. Но, отрежьте эту молекулу ровно пополам, и у нас будет две молекулы, каждая из которых будет иметь цепочку из 3 атомов углерода и фосфатную группу.
Ограничен ≈ 10 видами распада (α-распад, β-распад, γ-распад, нейтронный, протонный и т.д. распады).
Оба вида радиоактивности не имеют физических различий и подчиняются одинаковым законам.
Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика.
Естественная радиоактивность осуществляется за счёт радиоактивных изотопов.
Улавливатель диоксида углерода. Затем образуется «аддитивное соединение», которое показано в формуле с на рисунке. Это соединение разделяется объединением углерода 2 с углеродом 3, добавляя к нему молекулу воды. Две полученные молекулы показаны в формуле е фигуры Обе молекулы формулы «е»одинаковы. Один из них разработан так, что углеродная цепь удваивается.
Один написан справа налево, а другой написан слева направо; но оба являются одним и тем же соединением. Для перехода от двуокиси углерода к глюкозе для каждого атома углерода необходимо добавить четыре атома водорода. Кажется очевидным, что он должен восстанавливаться так быстро, как он потребляется. Следующей задачей группы Кальвина было ответить на эти вопросы. Мы покажем этот процесс самым простым способом на рисунке. Вместе они, естественно, потребляют четыре атома водорода. Таким образом, ловушка диоксида углерода снова открывается.
Изотопы - это разновидность атомов с одинаковыми зарядами ядра, но с разными массовыми числами: \s\up 7(1 H (протий ), \s\up 7(2 H (дейтерий ), \s\up 7(3 H (тритий ).
Естественные радиоактивные изотопы делят на первичные и вторичные.
Первичные - образованы в земной коре при формировании Земли. Сейчас остались только первичные изотопы, имеющие период полураспада Т > 10 8 лет. К ним относятся члены радиоактивных семейств:
Но это гораздо больше, чем просто описание одного круга за другим. Это способствует образованию глюкозы. Другими словами, он становится шестым от глюкозы. Показывая только эти ключевые шаги и выдавая значительное количество промежуточных шагов, которые были определены чуть детально, мы можем представить упрощенную схему того, что часто называют циклом Кальвина. Затем и, наконец, мы можем объединить цикл Кальвина с углеродным циклом, чтобы представить его в том, что будет, для этой книги, его окончательной форме.
Конечно, многое еще предстоит сделать, и есть еще много деталей для уточнения, но мы взяли здесь воздействие углеродного цикла, насколько мы предполагали. Если мы посмотрим на уравнение 27, то почти неизбежно думать, что молекулы воды каким-то образом отделились от углеродной цепи, так сказать, а затем голые атомы углерода были объединены с кислородом с образованием двуокиси углерода. Другими словами, атомы кислорода, которые первоначально были в воздухе, в конечном итоге фиксируются на молекулах углекислого газа.
A. Семейство урана - радия.
Уран (238) - родоначальник семейства Combin U в результате 14 радиоактивных превращений дает устойчивый изотоп свинца. Combin Pb
Б. Семейство тория Combin Th (Т = 1,39 · 10 10 лет) в результате 10 превращений даёт изотоп свинца. Combin Pb
B. Семейство актиния Combin U (Т = 7,3 · 10 8 лет) в результате 11 превращений даёт изотоп свинца. Combin Pb
Более того, вещь даже казалась «здравым смыслом». Люди автоматически думали, что кислород был «хорошим воздухом», к которому мы стремились дышать; что углекислый газ был «плохим воздухом», который мы исключили, и поэтому кислород, естественно, превращался в углекислый газ. Он имел тенденцию обойтись без водяного пара, который появляется при выдыхании воздуха. Легко было предположить, что он просто взял его из влажной внутренней поверхности легких. Даже когда химики обнаружили, что молекулы воды образуются в процессе окисления глюкозы, это создавало наименьшее впечатление.
Вторичные - образуются под действием первичных изотопов или под действием космических лучей (протоны, α - частицы, ядра С, N, O 2 , фотоны).
Особенности:
А. Подчиняются законам динамического равновесия: их образование уравновешивается распадом.
Б. Они включены в состав живых организмов. Большое биологическое значение имеет вторичный изотоп 14 С, который образуется из атмосферного азота под действием космических нейтронов. Изотоп углерода 14 С в виде СО 2 (углекислого газа) усваивается растениями => животными => человеком. При гибели живых растении и животных радиоактивность в них начинает убывать и по степени убыли можно определить возраст различных ископаемых.
Вода, казалось, была всего лишь «фоном» жизни, а не активным ее участником. Таким образом, мы можем утверждать, что, поскольку фотосинтез противоположен дыханию и что при дыхании кислород превращается в двуокись углерода, логично, что при фотосинтезе углекислый газ преобразуется в кислород. Таким образом, казалось, что образование кислорода и фиксация углерода являются неотъемлемыми частями одного и того же процесса. Однако постепенно понемногу появилось мнение меньшинства. Углекислый газ, образующийся при дыхании, не был результатом какой-либо прямой комбинации углерода с атмосферным кислородом, но был результатом декарбоксилирования.
2. Искусственные радиоактивные изотопы, их виды и характеристика.
Искусственная радиоактивность была открыта в 1934 году Ирен и Фредериком Кюри. Они обнаружили, что если долго облучать некоторые вещества α - частицами, то эти вещества сами становятся радиоактивными.
Радиоактивные изотопы (радионуклиды) можно получить при бомбардировке протонами, нейтронами, α - частицами, при поглощении γ - квантов большой энергии. Радиоактивные изотопы изготавливают на ядерных реакторах и в ускорителях заряженных частиц. В настоящее время получены радиоактивные изотопы всех химических элементов, встречающихся в природе. Они активно используются в науке и технике.
Нельзя ли возразить, что, поскольку энергия возникла из-за сочетания водорода и кислорода с образованием воды, необходима энергия для разделения воды на водород и кислород? Другими словами, фотосинтез перевернул дыхание, разделив воду, вместо разделения двуокиси углерода. Возможно, это так, но сложность этого аргумента заключается в том, что мы не можем быть уверены в правильном угадывании того, что фотосинтез является полной противоположностью дыхания. Это может быть вообще, но не в мельчайших деталях.
Используя аналогию, вы можете отправиться из Чикаго в Нью-Йорк и вернуться из Нью-Йорка в Чикаго, но ясно, что для этого вы можете следовать двум различным путям. Поэтому мы не можем полагаться на противоположное, чтобы продемонстрировать, что солнечный свет делит углекислый газ или воду. Ситуация неясна, по крайней мере, с этой точки зрения. Однако, узнав больше о химическом аппарате клеток, было обнаружено, что углекислый газ фиксируется несколькими процессами в каждой клетке, независимо от того, является ли он или нет фотосинтезом.
Различают 3 основных метода:
Метод меченых атомов - использует радиоактивность как сигнал о присутствии данного изотопа. В качестве "метки" используют радионуклиды, которые можно легко обнаружить и измерить, зная их период полураспада, тип и энергию излучения. В качестве радиоактивных меток применяют: 3 Н, 14 С, 32 Р, 35 Са, 59 Fe, 131 I, 95 Nb, 60 Co, 24 Na
В не фотосинтетических клетках фиксация диоксида углерода никогда не была важным процессом, тогда как она была в фотосинтетических клетках. В любом случае, давайте сделаем некоторые сравнения. Во всех различных химических механизмах, которые связывали углекислый газ в не фотосинтетических клетках, кислород никогда не производился. Это означало, что фиксация диоксида углерода и образование кислорода не обязательно были частью одного и того же процесса. Возможно, они не вмешивались в фотосинтетические клетки, и в этом случае образовавшийся кислород должен был поступать из воды.
Методы, использующие большую проникающую способность радиоактивного излучения - определение структуры молекул.
Методы, использующие действие самого излучения - используют для изучения распределения веществ в системе и пути их перемещения, для выяснения механизма химической реакции, для количественного анализа.
К сожалению, этот второй пункт также был очень неубедительным. Фотосинтетические клетки используют солнечный свет во время фиксации двуокиси углерода; не фотосинтетические клетки не используют его, и это имеет огромное значение. Возможно, что при наличии света развиваются химические реакции, которые не возникают в отсутствие первого. Однако трудно убедить, что то, что происходит в не фотосинтетической клетке, может служить руководством для того, что происходит в другом, что является фотосинтетическим.
Английский биохимик Роберт Хилл изобрел метод дробления зеленых листьев, который разбил клетки, но оставил хлоропласты, по-видимому, неповрежденными. Но на самом деле хлоропласты не были повреждены. Они понесли какой-то ущерб, так как перестали производить фотосинтез. По-видимому, одно или несколько соединений сложной ферментной системы внутри хлоропласта выскользнули из нее и пришлось заменить, чтобы что-то можно было сделать. Одним из процессов, которые универсально развиваются в клетках, является перенос атомов водорода из одного вещества в другое.
Медицинское применение.
В медицине широко используются радиоактивные изотопы, т.к. они довольно быстро выводятся из организма, относительно недороги и обладают необходимой избирательностью действия. Применяются в диагностике, исследовании и лечении некоторых заболеваний.
Радиоизотопная диагностика - это физический метод применения радиоактивных изотопов для распознавания болезней и изучения функций организма.
Чтобы попытаться заменить какое-то недостающее вещество, Хилл добавил некоторые соединения железа, которые, как он знал, были способны принимать атомы водорода. Если один или несколько акцепторов природного водорода исчезли из хлоропласта, возможно, их заменили бы соединения железа. Когда поврежденные хлоропласты подвергались воздействию света в присутствии соединений железа, кислород начал формироваться с очень живой скоростью. С другой стороны, фиксации углерода не было. Реакция «Хилла», как ее называли, показала, что образование кислорода и фиксация диоксида углерода не обязательно являются частью одного и того же процесса, даже в фотосинтетических клетках.
Особенности:
A. Очень высокая чувствительность (10 -19 гр. вещества)
Б. Высокая специфичность метода (при анализе нельзя спутать 2 изотопа, каждый имеет свой спектр).
B. Возможность применения малых доз изотопа.
Г. Не разрушаемость живого организма.
Д. Простота и точность регистрации.
Виды методов:
Метод разведения. Суть: вводят изотоп в организм в определённой концентрации, берут пробы, сравнивают активность пробы с активностью введённого препарата и судят о разведении изотопа в организме.
Один мог произойти, а другой не мог. Это означало, что кислород должен был поступать из молекулы воды. Эффективность соединений железа подтвердила это понятие. Свет не мог сломать молекулы воды в количестве и образовать кислород, если, по-видимому, не было какого-то механизма для удаления водорода. Тот факт, что перенос водорода и образование кислорода производился вместе, выступал в пользу разрыва воды как первичного воздействия солнечного света. Но даже это не было убедительным доказательством.
Хилл работал с поврежденными хлоропластами и неводородными водорослями. Мог ли он быть уверенным в том, что он изучает реальный процесс, как это было бы сделано в неповрежденных хлоропластах и с природными водорослями? Хотя доказательство того, что вода как источник кислорода накапливается мало-помалу, неопровержимые доказательства еще не были доступны. Для достижения строгого теста действительно нужен был метод, способный маркировать атомы кислорода. Если бы вы могли, например, использовать углекислый газ с классом атомов кислорода и водой с другим классом, вы могли бы выставить как фотосинтезирующую ячейку, так и проверить полученный кислород.
Метод изучения скорости введения изотопа. После введения изотопа через некоторое время берут пробы и сравнивают активность; делают вывод, например, о выделительной функции почек.
Метод распределения изотопов (метод меченых атомов). Основан на избирательном скоплении изотопов в отдельных тканях. С помощью специальной аппаратуры определяют топографию и особенности щитовидной железы (131 I), определяют скорость кровотока (24 Na) и т.д.
Но как вы могли бы отметить атомы кислорода? Химики были тогда твердо убеждены, что все атомы данного элемента абсолютно идентичны и что нет никакого способа отличить их друг от друга. Было обнаружено, что атомы не являются сферами без характерных черт, но имеют сложную внутреннюю структуру. Каждый атом имел большую часть своей массы, сосредоточенной в крошечной структуре - атомном ядре - расположенном в самом центре. Ядро, как было обнаружено в конце концов, состояло из двух видов частиц: протонов и нейтронов.
Они были очень похожи во многих отношениях, но протоны несли положительный заряд электричества, а нейтроны были электрически нейтральными. Все атомы определенного элемента имели равное количество протонов в их ядрах. Однако не у всех было одинаковое количество нейтронов. Это означало, что некоторые атомы одного элемента можно отличить от других различными количествами нейтронов. Протоны и нейтроны имеют почти ровно равную массу. Для большего упрощения обычно указывается произвольно, что масса протонов и нейтронов равна.
Радиоизотопная терапия - совокупность методов лечения заболеваний радиоактивными изотопами. В её основе лежит биологическое действие радиоактивного излучения и избирательное накопление изотопов при их введении внутрь.
A. Для лечения злокачественных опухолей:
60 Сo помещается в излучатель специальной формы, и излучение направляется на участок, подлежащий лечению.
198 Au вводится в виде коллоидного раствора непосредственно в опухоль. Золото не вступает в биохимическую реакцию с тканями и облучение тканевых клеток продолжается до тех пор, пока сохраняется активность препарата. Лучевого поражения при этом не возникает, т.к. Т = 2,7 суток.
Б. Для лечения болезней крови.
32 Р концентрируется в трубчатых костях и, распадаясь, излучает β - лучи, которые облучают костный мозг, что во многих случаях восстанавливает функцию кроветворения.
B. Для лечения кожных и глазных заболеваний.
32 Р и 90 Sr - фильтрованную бумагу пропитывают раствором радиоактивного изотопа и в целлофановом конверте накладывают на поражённый участок. При распаде изотопы излучают β - лучи, которые не проникают глубоко в организм и не повреждают здоровые ткани.
Г. Для лечения органов пищеварения, дыхания, воздействия на кожу.
222 Rn вводится внутрь с помощью иглы, распадаясь, излучает α - лучи. Дополнительные пути воздействия - через ванны, питьё, ингаляции.