Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf

элемента в ячейке может быть сложной. Сложной может быть и кинетика меченого и немеченого элементов в каждой ячейке. Но общая тенденция увеличения относительного содержания меченого элемента и уменьшения относительного содержания немеченого элемента при фронтальном способе введения должна сохраняться.

Иначе говоря, происходит обновление химического элемента в продуктах метаболизма — немеченый элемент постепенно за­ мещается меченым.

Кинетика абсолютных количеств немеченого и меченого эле­ ментов в каждой ячейке зависит от того, преобладают в мета­

В квазистационарном состоянии обновление химических эле­ ментов каждого продукта сбалансировано, т. е. происходит эквивалентный изотопный обмен -— немеченый элемент в экви­ валентном количестве замещается меченым элементом.

В общем виде переплетающиеся цепи превращений немече­ ных и меченых элементов в процессе метаболизма описываются сложной системой дифференциальных уравнений кинетики хи­ мических реакций.

Метод изотопных индикаторов позволяет получать необходи­ мую исходную экспериментальную информацию для математи­ ческого моделирования процессов метаболизма веществ, т. е. для получения соответствующих систем дифференциальных уравне­ ний кинетики метаболизма. Решение этих систем уравнений позволяет получить количественную картину динамики распре­ деления контролируемого меченого элемента между продуктами метаболизма во времени. Теоретические предсказания, вытекаю­ щие из принятой математической модели, в свою очередь можно проверить экспериментально методом изотопных индикаторов. Экспериментальные данные могут стать основой для проверки и уточнения математической модели процесса. Таковы в общих чертах взаимосвязи теоретической и экспериментальной изотоп­ ной биохимии.

В кратком курсе нет возможности рассматривать вопросы теоретической изотопной биохимии. Это сложные и сугубо спе­

248

циальные вопросы, изложение которых требует привлечения сложного математического аппарата. Остановимся лишь на не­ которых сравнительно простых методических вопросах исследо­ вания кинетики изотопного обмена в биологических системах.

Процессы изотопного обмена в биологических системах мож­ но изучать на уровне целого организма, отдельных тканей, кле­ ток, клеточных структур, фракций соединений и индивидуальных соединений.

Экспериментальное исследование количественных закономер­ ностей кинетики изотопного обмена сводится к получению кине­ тических кривых изменения содержания в данном объекте (орга­

гических системах в зависимости от условий, в которых происхо­ дит изотопный обмен, могут происходить до конца и не до кон­ ца. Это значит, что в одних случаях может произойти полная замена меченого элемента немеченым, а в других такая замена вследствие ряда причин (медленной кинетики изотопного обме­ на, медленного выделения немеченого элемента и др.) невоз­ можна.

Если в данном компоненте системы произойдет полная за­ мена немеченого элемента меченым, то время полного обновле­

кинетики изотопного обмена может служить также количествен­

Если изучаемый компонент гетерогенен, т. е. состоит из не­ скольких разнородных по обменной скорости компонентов, то результирующая кривая накопления меченого элемента в этом сложном компоненте-объекте будет сложной.

В отдельных случаях ее можно разложить на экспоненциаль­ ные составляющие:

249

каждая из которых характеризуется своей изотопнообменной: емкостью (фондом) M a>im и своей константой изотопного обме­

Если изотопный обмен заданного компонента-объекта проте­ кает без полного обновления элемента, изотопнообменная спо­ собность объекта характеризуется временем установления изо­

ствие реакций изотопного обмена должны распределяться между всеми компонентами системы в одинаковой пропорции, т. е. от­ ношение масс меченого и немеченого элементов для всех компо­ нентов системы должно быть постоянным. Это и есть состояние изотопнообменного равновесия.

Время достижения изотопнообменного равновесия служит также количественной характеристикой интенсивности изотоп­ ного обмена в данной биологической системе. Ход кинетики на­ копления меченого элемента в рассмотренном случае может оказаться экспоненциальным, т. е. подчиняющимся уравнению (8.4) или для сложных объектов — уравнению (8.6). В таких случаях кинетика изотопного обмена количественно характери­ зуется константой кинетики изотопного обмена г или периодом полуобмена Т\/2 согласно (8.5).

Однако не всегда кинетика изотопного обмена описывается экспоненциальной закономерностью. Надо подобрать или дру­ гие эмпирические уравнения кинетики или соответствующие ма­ тематические модели кинетики изотопного обмена, которые бы давали решения, удовлетворяющие экспериментальным данным.

Кинетика обновления химических элементов в составе раз­

ния живых организмов довольно распространена в биологии и сельском хозяйстве. Выявление источников пищи, форм пита­

условий их существования. Такие исследования имеют прямое практическое значение для разработки, например, методов борь­ бы с сельскохозяйственными вредителями.

250

При разработке рационов питания сельскохозяйственных жи­ вотных с помощью метода изотопных индикаторов можно выяс­ нить степень усвояемости питательных элементов из различных ■форм пищи. При таких исследованиях меченый элемент вводят в источник питания и затем прослеживают его ассимиляцию.

Вагрохимии при изучении различных приемов внесения удобрений возникает задача раздельного учета питательного элемента, усвоенного растениями из почвы и удобрения. Такая задача может быть решена только методом изотопных индика­ торов.

Виспытуемое удобрение вводят меченый элемент, и удобре­ ние вносят в почву, на которой выращивают растения.

Пусть в почву внесена масса меченого элемента т J актив­

ностью А0. Тогда удельная активность меченого элемента соста­ вит а0= А 0/т *.

а0 А

Определив общее содержание исследуемого питательного эле­ мента в растительном материале /По, раст, рассчитывают массу усвоенного растением немеченого питательного элемента из почвы:

251