Marcamento isotopico

Il marcamento isotopico è una tecnica che consente di avere elementi certi relativi a un meccanismo di reazione.

In un composto marcato isotopicamente un singolo atomo viene sostituito da uno dei suoi isotopi ed è usato quale reagente in una reazione chimica. Tale isotopo può essere individuato e localizzato nei prodotti di reazione ed eventualmente anche nell’intermedio con specifici metodi analitici. Con la tecnica del marcamento isotopico quindi si può osservare dove e in quale dei prodotti di reazione è presente l’isotopo e ipotizzare di conseguenza il meccanismo.

In chimica organica e in chimica biologica vengono abitualmente usati quali isotopi il deuterio 2H, il tritio 3H, gli isotopi del carbonio 13C e 14C, l’isotopo dell’azoto 15N e dell’ossigeno 18O.

Per individuare la presenza di isotopi in una molecola vi sono svariati metodi quali la spettrometria di massa che rileva la presenza dell’isotopo dalla sua massa, la spettrometria I.R. che rileva la differenza dei moti vibrazionali dell’isotopo,  la risonanza magnetica nucleare che rileva gli atomi che hanno diversi rapporti giromagnetici o tramite una camera di ionizzazione  che rileva il decadimento radioattivo.

Un esempio tipico in cui viene usato un isotopo marcato è costituito dalla reazione di esterificazione che avviene tra un acido carbossilico e un alcol in ambiente acido.

La reazione può essere schematizzata come segue:

R1COOH + R2OH ⇌ R1COOR2 + H2O

Nonostante l’apparente semplicità della reazione si è a lungo dibattuto in relazione al meccanismo con cui avviene e, per poter avere sufficienti elementi di valutazione si è marcato isotopicamente l’ossigeno dell’alcol al fine di sapere se nel prodotto di reazione l’ossigeno legato a R2 fosse quello presente nell’acido carbossilico o quello presente nell’alcol.

Si è ottenuto che:

R1COOH + R218OH ⇌ R1CO18OR2 + H2O

In cui si comprende che l’ossigeno presente nell’estere è proveniente dall’alcol; ciò indica che avviene un attacco nucleofilo dell’ossigeno dell’alcol al carbonio carbonilico dell’acido e che viene successivamente eliminato l’idrogeno dell’alcol legato all’ossigeno.

Solo da tali considerazioni si è potuto ottenere il meccanismo della reazione che viene riportato in figura:

esterificazione

In chimica biologica nell’ambito della proteomica che consiste nell’identificazione sistematica delle proteine e della loro caratterizzazione rispetto a struttura, funzione e interazioni molecolari si ricorre all’introduzione di un isotopo naturale a bassa abbondanza di carbonio, azoto, idrogeno e, in alcuni casi, l’ossigeno, in un peptide o proteina.

Si ricorre in genere alla proteomica comparativa che consiste  nel raffronto tra due campioni di cui uno marcato e l’altro no. I campioni sono mescolati e analizzati mediante spettrometria di massa. La determinazione del rapporto tra i due consente un’analisi comparativa delle quantità relative di una data proteina nei due campioni.

 

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Author: Chimicamo

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