GEOCHEMISTRY OF STABLE ISOTOPES OF SOME BIOGENIC ELEMENTS IS IN BIOSPHERE
Abstract
This study deals with peculiarities of isotopic fractionation of H, C, Mg, Fe, Zn in living organisms, including human. Investigated here are: phase isotope effect in the «exhaled air–blood» system, isotope variations of basic biogenic chemical elements within a biological system, mode of behavior of even and odd stable and radioactive isotopes of chemical elements. It is shown that the isotopes are promising source of information on physiological state of an organism, which can be used for diagnostic purposes.
References
Вернадский В.И. Несколько слов о ноосфере // Успехи современной биологии. – 1944. – № 18, вып. 2. – С. 113—120.
Вернадский В.И. Очерки геохимии. Очерк первый: Из прошлого геохимии // // Вибрані наукові праці академіка В.І. Вернадського. – Т. 7: Праці з геохімії та радіогеології. – Кн. 1 / За ред. Е.В. Соботовича, В.В. Доліна, Г.М. Бондаренка, Р.Я. Белєвцева. – Київ, 2012. – С. 237—267.
Бгатов А.В. Биогенная классификация химических элементов // Философия науки. – 1999. – № 2. – Электронный ресурс: www.philosophy.nsc.ru/journals/ philscience/6_99/08_bgatov.htm
Ленинджер А.Л. Биохимия. – М.: Мир, 1976. – 957 с.; Мецлер Д. Биохимия. Т. 1. – М.: Мир, 1980. – 407 с.
Эмсли Дж. Элементы. – М.: Мир, 1993. – 256 с.
Stone N.J. Table of nuclear magnetic dipole and electric quadrupole moments // Atomic Data and Nuclear Data Tables. – 2005. – V. 90. – P. 75—176.
Бучаченко А.Л. Новая изотопия в химии и биохимии. – М.: Наука, 2007. – 189 с.
Рогинский С.З., Шноль С.Э. Изотопы в биохимии. – М.: Изд-во АН СССР, 1963. – 379 с.
Скульский Н.А., Лысенко О.Б., Демихов Ю.Н., Соботович Э.В. Различия в поведении стабильных и радиоактивных изотопов водорода и углерода в биосистемах // Тез. докл. XIX симпоз. по геохимии изотопов им. акад. Виноградова, 16—18 ноября 2010 г. – М: Акварель, 2010. – С. 359—360.
Schidlowski M., Hayes J.M., Kaplan I.R. Isotopic inferences of ancient biochemistries: carbon, sulfur, hydrogen and nitrogen // Earth's earliest biosphere: its origin and evolution. – Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1983. – P. 149—186.
Brenna J.T. Natural intramolecular isotope measurements in physiology: elements of the case for an effort toward high-precision position-specific isotope analysis // Rapid Communicat. in Mass Spectrometry. – 2001. – 15. – P. 1252—1262.
Вернадский В.И. О влиянии живых организмов на изотопические смеси химических элементов // Доклады АНСССР. – 1931. – №6. – С. 141—147.
Degens E.T., Behreng M., Gotthardt В., Reppmann B. Metabolic fractionation of carbon isotopes in marine plankton. – II. Data on samples collected of the coast of Peru and Ecuador. – Deep-Sea Res., 1968. – 15. – P. 11—20.
Соботович Э.В., Лысенко O.Б. Изотопный сдвиг элементов в биологических процессах // Доп. НАН України. – 2001. – № 4. – С. 114—119.
Соботович Э.В., Лысенко O.Б. Изотопный сдвиг элементов в тканях растений как возможный индикатор биологической активности организма и фитопатологий // Збірник наук. праць ДНЦ РНС НАН та МНС України. – 2000. – Вип. 1. – С. 164—179.
Соботович Э.В., Лысенко O.Б.,Шатило В.Б. Изотопный сдвиг углерода в крови человека как возможный индикатор его функциональной активности // Радиация и Чернобыль: ближайшие и отдаленные последствия / Под ред. Е.Ф. Конопли. – Гомель: Ин-т радиологии, 2007. – С. 130—135.
Abelson P.H, Hoering T.C. Carbon isotope fractionation in formation of amino acids by photosynthetic organisms. – Proc. Nat.Acad. Sci. USA, 1961. – 47, №5. – P. 623—632.
De Niro M.J., Epstein S. Influence of diet on the distribution of carbon isotopes in animals // Geochim. et Cosmochim. Acta. – 1978. – 42. – P. 495—506.
Ивлев А.А. Связь изотопного состава углерода волос человека с его функциональным состоянием // Биофизика. – 1992. – 37, вып. 6. – С. 1086—1089.
Ивлев А.А., Гончаров Н.П. Изотопный состав углерода плазмы крови у пациентов с заболеваниями эндокринной системы // Пробл. эндокринол. – 1993. – Вып. 39. – С. 36—40.
Ивлев А.А., КнязевЮ.А., Логачев М.Ф. Короткопериодические колебания изотопного состава углерода СО2 выдыхаемого воздуха в различных функциональных состояниях человека // Биофизика. – 1996. – 41, вып. 2. – С. 508—516.
Ивлев А.А., Князев Ю.А., Логачев М.Ф. Среднесуточные значения изотопного состава углерода СО2 выдыхаемого воздуха и мочевины мочи у человека в норме и при некоторых эндокринных патологиях // Биофизика, 1996. – 41, вып. 2. – С. 502—507.
De Niro M.J., Epstein S. Mechanism of carbon isotope fractionation associated with lipid synthesis // Science. – 1977. – 197. – P. 261—263.
Lyon T.D.B., Baxter M.S. Stable carbon isotopes in human tissues // Nature. – 1978. – 273. – P. 750—751.
Fraser I., Meier-Augenstein W. and Kalin R.M. The role of stable isotopes in human identification: a longitudinal study into the variability of isotopic signals in human hair and nails. – Rapid Communications in Mass Spectrometry. – 2010. – 20. – P. 1109—1116.
O’Connell, T.C., Hedges R.E.M., Healey M.A. and Simpson A.H.R.W. Isotopic comparison of hair, nail and bone: modern analyses. – Journal of Archaeological Science. – 2001. – 28. – P. 1247—1255.
Ivlev A.A. Carbon isotope effects (13C/12C) in biological systems // Separat. Sci. Technol. – 2001. – 36. – P. 1819—1914.
Turro N.J., Chow M.-F., Chung C.-J., Tung C.-H. Magnetic field and magnetic isotope effects on photoinduced emulsion polymerization // J. Am. Chem. Soc. – 1983. – 105. – P. 1572—1577.
Ehleringer J.R., Bowen G.J., Chesson L.A. et al. Hydrogen and oxygen isotope ratios in human hair are related to geography // Proc. Natl Acad. Sci. USA. – 2008. – 105. – P. 2788—2793.
Волькенштейн М.В. Структура и физические свойства молекул. – М.: Изд-во АН СССР, 1955. – 639 c.
Привалов П.Л. К проблеме о роли воды в биологических системах // Биофизика. – 1958. – 3. – С. 738— 743. 32. Lewis G.N. The biology of heavy water // Science. – 1934. – 79. – P. 151—153.
Urey H.C. The separation and properties of the isotopes of hydrogen // Science. – 1933. – 78. – P. 556—571.
Katz J.J. The biology of heavy water. What happens to experimental organisms that have been raised on water in which the hydrogen is not the common isotope of mass one but the heavy isotope of mass two? // Sci. Amer. – 1960. – 203. – P. 106—116.
Katz J.J., Crespi H.L. Deuterated organisms: cultivation and uses // Science. – 1966. – 151. – P. 1187—1194.
Barbour H.G., Allen E. Tumor growth in mice one-fifth saturated with deuterium oxide // Am. J. Cancer. – 1938. – 32. – P. 440—446.
Finkel A.J., Czajke D.M. The effect of deuterium oxide on ascites tumor growth in mice // Deuterium isotope effects in chemistry and biology / Ed. F. N. Furness. – New York: New York Acad. Sci., 1960. – P. 755— 762.
Hughes A.M., Tolbert B.M., Lonberg-Holm K., Calvin M. The effect of deuterium oxide on survival of mice with ascites tumor // Bioch. Bioph. Acta. – 1958. – 28. – P. 58—61.
Hartmann J., Bader Y., Horvath Z. et al. Effects of heavy water (D2O) on human pancreatic tumor cells // Anticancer Res. – 2005. – 25. – P. 3407—3411.
Krempels K., Somlyai I., Somlyai G. A retrospective evaluation of the effects of deuterium depleted water consumption on 4 patients with brain metastases from lung cancer // Integrat. Cancer Therap. – 2008. – 7. – P. 172—181.
Borek E., Rittenberg D. Anomalous growth of microorganisms produced by changes in isotopes in their environment // Proc. Natl Acad. Sci. USA. – 1960. – 46. – P. 777—782.
Douzou P., Franco J.C., Polonsky J., Sadron C. Sur les propriétés électriques du sel de sodium de l’acide désoxyribonucléique // C. R. Hebd Seances Acad. Sci. – 1960. – 251. – P. 976—978.
Polonsky J., Douzou P., Sadron C. Mise en évidence de propriétés ferroélectriques dans 1’acide desoxyribonucleique (DNA) // C. R. Hebd Seances Acad. Sci. – 1960. – 250. – P. 3414—3416.
ДемиховЮ.Н. Распределение изотопов водорода в организме человека // Доп. НАН України. – 2005. – №11. – С. 165—169.
Demidov V.V. Heavy isotopes to avert ageing? // Trends in Biotechnol. – 2007. – 25, № 9. – P. 371—375.
Shchepinov M.S. Reactive oxygen species, isotope effect, essential nutrients, and enhanced longevity // Rejuvenat. Res. – 2007. – 10. – P. 47—60.
Metges C.C., Petzke K.J. Measurement of 15N/14N isotopic composition in individual plasma free amino acids of human adults at natural abundance by gas chromatography–combustion isotope ratio mass spectrometry // Analyt. Biochem. – 1997. – 247. – P. 158—164.
Petzke K.J., Boeing H., Klaus S., Metges C.C. Carbon and nitrogen stable isotopic composition of hair protein and amino acids can be used as biomarkers for animal-derived dietary protein intake in humans // J. Nutrit. – 2005. – 135. – P. 1515—1520.
Fuller B.T., Fuller J.L., Sage N.E. et al. Nitrogen balance and 15N: why you’re not what you eat during nutritional stress? // Rapid Communicat. in Mass Spectrometry. – 2005. – 19. – P. 2497—2506.
Black J.R., Epstein E., Rains W.D. et al. Magnesium-isotope fractionation during plant growth // Environmental Science and Technology. – 2008. – 42. – P. 7831—7836.
Walczyk T. and von Blanckenburg F. Natural iron isotope variations in human blood // Science. – 2002. – 295. – P. 2065—2066.
Walczyk T. and von Blanckenburg F. Deciphering the iron isotope message of the human body // International Journal of Mass Spectrometry. – 2005. – 242. – P. 117—134.
Ohno T., Shinohara A., Kohge I. et al. Isotopic analysis of Fe in human red blood cells by multiple collector- ICP-mass spectrometry // Analytical Sciences. – 2004. – 20. – P. 617—621.
Maréchal C.N., Télouk P. and Albarède F. Precise analysis of copper and zinc isotopic compositions by plasma-source mass spectrometry // Chemical Geology. – 1999. – 156. – P. 251—273.
Stenberg A., Malinovsky D., Öhlander B. et al. Measurement of iron and zinc isotopes in human whole blood: preliminary application to the study of HFE genotypes // J. Trace Elements in Med. and Biol. – 2005. – 19. – P. 55—60.
Walczyk T. and von Blanckenburg F. Natural iron isotope variations in human blood // Science. – 2002. – 295. – P. 2065—2066.
Sobotovich E.V., Florinsky I.V., Lysenko O.B., Grodzinsky D.M. Role of isotopes in the biosphere // Florinsky I.V. (Ed.), Man and the Geosphere. – New York: Nova Science Publishers, 2010. – Р. 33—68.
Демин С.Н. Проблема углерода-14 в районе ПО «Маяк» // Вопросы радиационной безопасности. – 2000. – №1. – С. 61—66.
