Какви частици изграждат ядрото на атома. Структурата на атома: ядро, неутрон, протон, електрон

Както вече беше отбелязано, атомът се състои от три вида елементарни частици: протони, неутрони и електрони. Атомното ядро ​​е централната част на атома, състояща се от протони и неутрони. Протоните и неутроните имат общото наименование нуклон, в ядрото те могат да се превръщат един в друг. Ядрото на най-простия атом, водородния атом, се състои от една елементарна частица, протон.

Диаметърът на ядрото на атома е приблизително 10 -13 - 10 -12 cm и е 0,0001 от диаметъра на атома. Но почти цялата маса на атома (99,95 - 99,98%) е концентрирана в ядрото. Ако беше възможно да се получи 1 cm 3 чиста ядрена материя, нейната маса би била 100 - 200 милиона тона. Масата на ядрото на атома е няколко хиляди пъти по-голяма от масата на всички електрони, които изграждат атома.

Протон- елементарна частица, ядрото на водороден атом. Масата на протона е 1,6721x10 -27 kg, това е 1836 пъти масата на електрона. Електрическият заряд е положителен и равен на 1,66x10 -19 C. Кулон - единица електричен заряд, равна на количеството електричество, преминаващо през напречното сечение на проводника за време от 1 s при постоянна сила на тока 1А (ампера).

Всеки атом на всеки елемент съдържа определен брой протони в ядрото. Това число е постоянно за даден елемент и определя неговите физични и химични свойства. Тоест броят на протоните зависи от това с какъв химичен елемент имаме работа. Например, ако един протон в ядрото е водород, ако 26 протона са желязо. Броят на протоните в атомното ядро ​​определя заряда на ядрото (зарядно число Z) и поредния номер на елемента в периодичната система от елементи D.I. Менделеев (атомен номер на елемента).

знеутрон- електрически неутрална частица с маса 1,6749 x10 -27 kg, 1839 пъти масата на електрона. Неврон в свободно състояние е нестабилна частица, тя независимо се превръща в протон с излъчване на електрон и антинеутрино. Времето на полуразпад на неутроните (времето, през което половината от първоначалния брой неутрони се разпада) е приблизително 12 минути. Въпреки това, в свързано състояние вътре в стабилни атомни ядра, той е стабилен. Общият брой нуклони (протони и неутрони) в ядрото се нарича масово число (атомна маса - А). Броят на неутроните, които изграждат ядрото, е равен на разликата между масовите и зарядните числа: N = A - Z.

Електрон- елементарна частица, носител на най-малка маса - 0,91095x10 -27 g и най-малък електрически заряд - 1,6021x10 -19 C. Това е отрицателно заредена частица. Броят на електроните в един атом е равен на броя на протоните в ядрото, т.е. атомът е електрически неутрален.

Позитрон– елементарна частица с положителен електрически заряд, античастица по отношение на електрона. Масите на електрона и позитрона са равни, а електрическите заряди са равни по абсолютна стойност, но противоположни по знак.

Различните видове ядра се наричат ​​нуклиди. Нуклидът е вид атом с определен брой протони и неутрони. В природата има атоми на един и същи елемент с различни атомни маси (масови числа): 17 35 Cl, 17 37 Cl и т.н. Ядрата на тези атоми съдържат еднакъв брой протони, но различен брой неутрони. Наричат ​​се разновидности на атоми на един и същ елемент, които имат еднакъв ядрен заряд, но различни масови числа изотопи . Имайки еднакъв брой протони, но различни по броя на неутроните, изотопите имат еднаква структура на електронни обвивки, т.е. много сходни химични свойства и заемат едно и също място в периодичната таблица на химичните елементи.

Изотопите се означават със символа на съответния химичен елемент с индекс А, разположен горе вляво - масовото число, понякога долу вляво се дава и броят на протоните (Z). Например радиоактивните изотопи на фосфора са съответно 32 P, 33 P или 15 32 P и 15 33 P. При обозначаване на изотоп без посочване на символа на елемента, масовото число се дава след обозначението на елемента, например фосфор - 32, фосфор - 33.

Повечето химични елементи имат няколко изотопа. В допълнение към водородния изотоп 1 Н-протий са известни тежък водород 2 Н-деутерий и свръхтежък водород 3 Н-тритий. Уранът има 11 изотопа, в природните съединения има три от тях (уран 238, уран 235, уран 233). Те имат съответно 92 протона и 146,143 и 141 неутрона.

В момента са известни повече от 1900 изотопа на 108 химични елемента. От тях естествените изотопи включват всички стабилни (има приблизително 280 от тях) и естествени изотопи, които са част от радиоактивни семейства (има 46 от тях). Останалите са изкуствени, получени са изкуствено в резултат на различни ядрени реакции.

Терминът "изотопи" трябва да се използва само когато се отнася до атоми на един и същ елемент, например въглеродни изотопи 12 C и 14 C. Ако се имат предвид атоми на различни химични елементи, се препоръчва използването на термина "нуклиди", за например радионуклиди 90 Sr, 131 J, 137 Cs.

.
В някои редки случаи могат да се образуват краткотрайни екзотични атоми, в които други частици служат като ядро ​​вместо нуклон.

Броят на протоните в едно ядро ​​се нарича неговото зарядно число Z (\displaystyle Z)- това число е равно на поредния номер на елемента, към който принадлежи атомът, в таблицата  (Периодична система от елементи) на Менделеев. Броят на протоните в ядрото определя структурата на електронната обвивка на неутрален атом и по този начин химичните свойства на съответния елемент. Броят на неутроните в едно ядро ​​се нарича негов изотопно число N (\displaystyle N). Ядра с еднакъв брой протони и различен брой неутрони се наричат ​​изотопи. Ядра с еднакъв брой неутрони, но различен брой протони се наричат ​​изотони. Термините изотоп и изотон се използват и по отношение на атоми, съдържащи посочените ядра, както и за характеризиране на нехимични разновидности на един химичен елемент. Общият брой на нуклоните в едно ядро ​​се нарича неговото масово число A (\displaystyle A) (A = N + Z (\displaystyle A=N+Z)) и е приблизително равна на средната маса на атом, посочена в периодичната таблица. Нуклиди с еднакво масово число, но различен протонно-неутронен състав се наричат ​​изобари.

Като всяка квантова система, ядрата могат да бъдат в метастабилно възбудено състояние и в някои случаи животът на такова състояние се изчислява в години. Такива възбудени състояния на ядрата се наричат ​​ядрени изомери.

Енциклопедичен YouTube

1 / 5

✪ Структурата на атомното ядро. ядрени сили

✪ Ядрени сили Енергия на свързване на частици в ядрото Деление на уранови ядра Верижна реакция

✪ Ядрени реакции

✪ Ядрена физика - Структурата на ядрото на атом v1

✪ КАК СЕ РАБОТИ С АТОМНАТА БОМБА "FAT".

субтитри

История

Разсейването на заредени частици може да се обясни, като се приеме, че атом се състои от централен електрически заряд, концентриран в точка и заобиколен от равномерно сферично разпределение на противоположно електричество с еднаква величина. При такава структура на атома α- и β-частиците, когато преминават на близко разстояние от центъра на атома, изпитват големи отклонения, въпреки че вероятността за такова отклонение е малка.

Така Ръдърфорд открива атомното ядро, от този момент започва ядрената физика, изучавайки структурата и свойствата на атомните ядра.

След откриването на стабилните изотопи на елементите, на ядрото на най-лекия атом е определена ролята на структурна частица на всички ядра. От 1920 г. ядрото на водородния атом има официален термин - протон. През 1921 г. Лиза Майтнер предлага първия, протонно-електронен, модел на структурата на атомното ядро, според който то се състои от протони, електрони и алфа-частици: 96 . През 1929 г. обаче има "азотна катастрофа" - В. Хайтлер и Г. Херцберг установяват, че ядрото на азотния атом се подчинява на статистиката на Бозе - Айнщайн, а не на статистиката на Ферми - Дирак, както е предвидено от протонно-електронния модел: 374 . Така този модел влезе в противоречие с експерименталните резултати от измерванията на спиновете и магнитните моменти на ядрата. През 1932 г. Джеймс Чадуик открива нова електрически неутрална частица, наречена неутрон. През същата година Иваненко и независимо един от друг Хайзенберг излагат хипотеза за протонно-неутронната структура на ядрото. По-късно, с развитието на ядрената физика и нейните приложения, тази хипотеза се потвърждава напълно.

Теории за структурата на атомното ядро

В процеса на развитие на физиката бяха изказани различни хипотези за структурата на атомното ядро; всеки от тях обаче е в състояние да опише само ограничен набор от ядрени свойства. Някои модели може да се изключват взаимно.

Най-известните са следните:

• Капка модел ядро – предложен през 1936 г. от Нилс Бор.
• Shell model nucleus – предложен през 30-те години на ХХ век.
• Обобщен модел на Бор-Мотелсон
• Модел на клъстерното ядро
• Модел на нуклонни асоциации
• Модел на свръхфлуидно ядро
• Статистически модел на ядрото

Ядрена физика

Зарядите на атомните ядра са определени за първи път от Хенри Моузли през 1913 г. Ученият интерпретира своите експериментални наблюдения чрез зависимостта на дължината на вълната на рентгеновите лъчи от определена константа Z (\displaystyle Z), променящ се с единица от елемент на елемент и равен на единица за водорода:

1 / λ = a Z − b (\displaystyle (\sqrt (1/\lambda ))=aZ-b), където

A (\displaystyle a)и b (\displaystyle b)- постоянен.

От което Моузли заключи, че атомната константа, открита в неговите експерименти, която определя дължината на вълната на характерното рентгеново лъчение и съвпада с поредния номер на елемента, може да бъде само зарядът на атомното ядро, което стана известно като закон Моузли .

Тегло

Поради разликата в броя на неутроните A − Z (\displaystyle A-Z)изотопите на даден елемент имат различни маси M (A , Z) (\displaystyle M(A, Z)), което е важна характеристика на ядрото. В ядрената физика масата на ядрата обикновено се измерва в атомни единици маса ( а. Яжте.), за един a. е. м. вземете 1/12 от масата на нуклида 12 C. Трябва да се отбележи, че стандартната маса, която обикновено се дава за нуклид, е масата на неутрален атом. За да се определи масата на ядрото, е необходимо да се извади сумата от масите на всички електрони от масата на атома (по-точна стойност ще се получи, ако вземем предвид и енергията на свързване на електроните с ядрото) .

Освен това в ядрената физика често се използва енергийният еквивалент на масата. Според връзката на Айнщайн, всяка стойност на масата M (\displaystyle M)съответства на общата енергия:

E = M c 2 (\displaystyle E=Mc^(2)), където c (\displaystyle c)е скоростта на светлината във вакуум.

Съотношението между a. e.m. и неговия енергиен еквивалент в джаули:

E 1 = 1 .660539 ⋅ 10 − 27 ⋅ (2 .997925 ⋅ 10 8) 2 = 1 .492418 ⋅ 10 − 10 (\displaystyle E_(1)=1.660539\cdot 10^(-27)\cdot ( 2.997925\ cdot 10^(8))^(2)=1,492418\cdot 10^(-10)), E 1 = 931, 494 (\displaystyle E_(1)=931,494).

Радиус

Анализът на разпадането на тежките ядра прецизира оценката на Ръдърфорд и свързва радиуса на ядрото с масовото число чрез проста връзка:

R = r 0 A 1 / 3 (\displaystyle R=r_(0)A^(1/3)),

където е константа.

Тъй като радиусът на ядрото не е чисто геометрична характеристика и се свързва предимно с радиуса на действие на ядрените сили, стойността r 0 (\displaystyle r_(0))зависи от процеса, при анализа на който се получава стойността R (\displaystyle R), средна стойност r 0 = 1 , 23 ⋅ 10 − 15 (\displaystyle r_(0)=1,23\cdot 10^(-15)) m, следователно радиусът на ядрото в метри:

R = 1 , 23 ⋅ 10 − 15 A 1 / 3 (\displaystyle R=1,23\cdot 10^(-15)A^(1/3)).

Моменти на ядрото

Подобно на нуклоните, които го съставят, ядрото има свои собствени моменти.

Завъртете

Тъй като нуклоните имат свой собствен механичен момент или спин, равен на 1/2 (\displaystyle 1/2), то ядрата трябва да имат и механични моменти. Освен това нуклоните участват в ядрото в орбитално движение, което също се характеризира с определен момент на импулс на всеки нуклон. Орбиталните моменти приемат само цели числа ℏ (\displaystyle \hbar )(константа Дирак). Всички механични моменти на нуклоните, както спинови, така и орбитални, се сумират алгебрично и съставляват спина на ядрото.

Въпреки факта, че броят на нуклоните в ядрото може да бъде много голям, завъртанията на ядрата обикновено са малки и възлизат на не повече от няколко ℏ (\displaystyle \hbar ), което се обяснява с особеността на взаимодействието на едноименните нуклони. Всички сдвоени протони и неутрони взаимодействат само по такъв начин, че техните завъртания взаимно се компенсират, тоест двойките винаги взаимодействат с антипаралелни завъртания. Общият орбитален импулс на двойка също винаги е нула. В резултат на това ядрата, състоящи се от четен брой протони и четен брой неутрони, нямат механичен импулс. Ненулеви завъртания съществуват само за ядра, които имат несдвоени нуклони в състава си, завъртането на такъв нуклон се добавя към неговия собствен орбитален импулс и има някаква полуцяла стойност: 1/2, 3/2, 5/2. Ядрата с нечетно-нечетен състав имат цели числа: 1, 2, 3 и т.н.

Магнитен момент

Измерванията на спиновете станаха възможни благодарение на наличието на магнитни моменти, пряко свързани с тях. Те се измерват в магнетони и за различните ядра са от -2 до +5 ядрени магнетона. Поради относително голямата маса на нуклоните, магнитните моменти на ядрата са много малки в сравнение с тези на електроните, така че измерването им е много по-трудно. Подобно на спиновете, магнитните моменти се измерват чрез спектроскопски методи, като най-точен е методът на ядрено-магнитния резонанс.

Магнитният момент на двойките четно-четно, подобно на спина, е равен на нула. Магнитните моменти на ядра с несдвоени нуклони се формират от присъщите моменти на тези нуклони и момента, свързан с орбиталното движение на несдвоения протон.

Електрически квадруполен момент

Атомните ядра със спин по-голям или равен на единица имат ненулеви квадруполни моменти, което показва, че те не са точно сферични. Квадруполният момент има знак плюс, ако ядрото е удължено по протежение на оста на въртене (веретенообразно тяло), и знак минус, ако ядрото е разтегнато в равнина, перпендикулярна на оста на въртене (лещовидно тяло). Известни са ядра с положителни и отрицателни квадруполни моменти. Липсата на сферична симетрия в електрическото поле, създадено от ядро ​​с ненулев квадруполен момент, води до образуването на допълнителни енергийни нива на атомните електрони и появата на свръхфини структурни линии в спектрите на атомите, разстоянията между които зависят от квадрупола момент.

Енергия на връзката

Стабилност на ядрото

От факта, че средната енергия на свързване намалява за нуклиди с масови числа по-големи или по-малки от 50–60, следва, че за ядра с малки A (\displaystyle A)процесът на синтез е енергийно благоприятен - термоядрен синтез, водещ до увеличаване на масовото число и за ядра с големи A (\displaystyle A)- процес на разделяне. В момента и двата процеса, водещи до освобождаване на енергия, са извършени, като последният е в основата на съвременната ядрена енергетика, а първият е в процес на развитие.

Подробни изследвания показват, че стабилността на ядрата също зависи значително от параметъра N/Z (\displaystyle N/Z)- съотношението на броя на неутроните и протоните. Средно за най-стабилните ядра N / Z ≈ 1 + 0,015A 2 / 3 (\displaystyle N/Z\приблизително 1+0,015A^(2/3)), следователно ядрата на леките нуклиди са най-стабилни при N ≈ Z (\displaystyle N\приблизително Z)и с нарастването на масовото число електростатичното отблъскване между протоните става все по-забележимо и областта на стабилност се измества към N > Z (\displaystyle N>Z)(вижте обяснителната фигура).

Ако разгледаме таблицата на стабилните нуклиди, открити в природата, можем да обърнем внимание на тяхното разпределение по четни и нечетни стойности. Z (\displaystyle Z)и N (\displaystyle N). Всички ядра с нечетни стойности на тези количества са ядра от леки нуклиди 1 2 H (\displaystyle ()_(1)^(2)(\textrm (H))), 3 6 Li (\displaystyle ()_(3)^(6)(\textrm (Li))), 5 10 B (\displaystyle ()_(5)^(10)(\textrm (B))), 7 14 N (\displaystyle ()_(7)^(14)(\textrm (N))). Сред изобарите с нечетно А по правило само една е стабилна. В случай на дори A (\displaystyle A)често има две, три или повече стабилни изобари, следователно най-стабилните са четни-четни, най-малкото - нечетни-нечетни. Това явление показва, че както неутроните, така и протоните са склонни да се групират по двойки с антипаралелни спинове, което води до нарушаване на гладкостта на горната зависимост на енергията на свързване от A (\displaystyle A) .

По този начин паритетът на броя на протоните или неутроните създава известна граница на стабилност, което води до възможността за съществуване на няколко стабилни нуклида, различаващи се съответно по броя на неутроните за изотопите и по броя на протоните за изотоните. Също така паритетът на броя на неутроните в състава на тежките ядра определя способността им да се делят под въздействието на неутрони.

ядрени сили

Ядрените сили са сили, които задържат нуклони в ядрото, които са големи привличащи сили, които действат само на малки разстояния. Те имат свойства на насищане, във връзка с което на ядрените сили се приписва обменен характер (с помощта на пи-мезони). Ядрените сили зависят от спина, независими са от електрическия заряд и не са централни сили.

Нива на ядрото

За разлика от свободните частици, за които енергията може да приема всякаква стойност (т.нар. непрекъснат спектър), свързаните частици (т.е. частици, чиято кинетична енергия е по-малка от абсолютната стойност на потенциала), според квантовата механика, могат само са в състояния с определени дискретни енергийни стойности, така наречения дискретен спектър. Тъй като ядрото е система от свързани нуклони, то има дискретен енергиен спектър. Обикновено е в най-ниското си енергийно състояние, т.нар основен. Ако енергията се прехвърли към ядрото, тя ще се превърне в възбудено състояние.

Местоположението на енергийните нива на ядрото в първото приближение:

D = a e − b E ∗ (\displaystyle D=ae^(-b(\sqrt (E^(*))))), където:

D (\displaystyle D)- средно разстояние между нивата,

E ∗ (\displaystyle E^(*))е енергията на възбуждане на ядрото,

A (\displaystyle a)и b (\displaystyle b)- постоянни коефициенти за дадено ядро:

A (\displaystyle a)- средно разстояние между първите възбудени нива (около 1 MeV за леки ядра, 0,1 MeV за тежки ядра)

Много преди появата на надеждни данни за вътрешната структура на всички неща, гръцките мислители са си представяли материята под формата на най-малките огнени частици, които са в постоянно движение. Вероятно тази визия за световния ред на нещата е била извлечена от чисто логически заключения. Въпреки известна наивност и абсолютна липса на доказателства за това твърдение, то се оказа вярно. Въпреки че учените успяха да потвърдят смело предположение само двадесет и три века по-късно.

Структурата на атомите

В края на 19 век са изследвани свойствата на газоразрядна тръба, през която преминава ток. Наблюденията показват, че се излъчват два потока от частици:

Отрицателните частици на катодните лъчи се наричат ​​електрони. Впоследствие в много процеси са открити частици с еднакво съотношение на заряд към маса. Електроните изглеждаха универсални съставни части на различни атоми, доста лесно се разделяха от бомбардирането на йони и атоми.

Частиците, носещи положителен заряд, са представени от фрагменти от атоми, след като са загубили един или повече електрони. Всъщност положителните лъчи са групи от атоми, лишени от отрицателни частици и следователно имащи положителен заряд.

Модел Томпсън

Въз основа на експерименти беше установено, че положителните и отрицателните частици представляват същността на атома, са негови съставни части. Английският учен Дж. Томсън предлага своята теория. Според него структурата на атома и атомното ядро ​​е вид маса, в която отрицателните заряди са притиснати в положително заредена топка, като стафиди в кексче. Компенсацията на заряда направи тортата електрически неутрална.

Модел на Ръдърфорд

Младият американски учен Ръдърфорд, анализирайки следите, оставени след алфа частици, стигна до извода, че моделът на Томпсън е несъвършен. Някои алфа частици се отклоняват под малки ъгли - 5-10 o . В редки случаи алфа частиците са се отклонявали на големи ъгли от 60-80 o , а в изключителни случаи ъглите са били много големи - 120-150 o . Моделът на атома на Томпсън не може да обясни такава разлика.

Ръдърфорд предлага нов модел, който обяснява структурата на атома и атомното ядро. Физиката на процесите гласи, че атомът трябва да е 99% празен, с малко ядро ​​и въртящи се около него електрони, които се движат по орбити.

Той обяснява отклоненията при удари с факта, че частиците на атома имат собствени електрически заряди. Под въздействието на бомбардиращите заредени частици атомните елементи се държат като обикновени заредени тела в макрокосмоса: частиците с еднакви заряди се отблъскват, а с противоположни заряди се привличат.

Състояние на атомите

В началото на миналия век, когато бяха пуснати първите ускорители на частици, всички теории, обясняващи структурата на атомното ядро ​​и самия атом, чакаха експериментална проверка. По това време взаимодействията на алфа и бета лъчите с атомите вече са били напълно проучени. До 1917 г. се смяташе, че атомите са или стабилни, или радиоактивни. Стабилните атоми не могат да бъдат разделени, разпадането на радиоактивните ядра не може да бъде контролирано. Но Ръдърфорд успя да опровергае това мнение.

Първият протон

През 1911 г. Е. Ръдърфорд излага идеята, че всички ядра се състоят от едни и същи елементи, основата на които е водородният атом. Тази идея беше подтикната от важно заключение от предишни изследвания на структурата на материята: масите на всички химични елементи са разделени без следа от масата на водорода. Новото предположение разкри безпрецедентни възможности, позволявайки ни да видим структурата на атомното ядро ​​по нов начин. Ядрените реакции трябваше да потвърдят или отхвърлят новата хипотеза.

През 1919 г. са проведени експерименти с азотни атоми. Като ги бомбардира с алфа частици, Ръдърфорд постига удивителен резултат.

N атомът абсорбира алфа частицата, след което се превръща в кислороден атом O 17 и излъчва водородно ядро. Това беше първото изкуствено превръщане на атом от един елемент в друг. Такъв опит даде надежда, че структурата на атомното ядро, физиката на съществуващите процеси позволяват извършването на други ядрени трансформации.

Ученият използва в експериментите си метода на сцинтилация - светкавици. От честотата на светкавиците той прави изводи за състава и структурата на атомното ядро, за характеристиките на раждащите се частици, за тяхната атомна маса и пореден номер. Неизвестната частица е наречена от Ръдърфорд протон. Той имаше всички характеристики на водороден атом, лишен от неговия единствен електрон - единичен положителен заряд и съответна маса. Така беше доказано, че протонът и ядрото на водорода са едни и същи частици.

През 1930 г., когато са построени и пуснати първите големи ускорители, моделът на атома на Ръдърфорд е тестван и доказан: всеки водороден атом се състои от самотен електрон, чиято позиция не може да бъде определена, и свободен атом със самотен положителен протон вътре . Тъй като протоните, електроните и алфа частиците могат да излетят от атом, когато бъдат бомбардирани, учените смятат, че те са съставните части на ядрото на всеки атом. Но такъв модел на атома на ядрото изглеждаше нестабилен - електроните бяха твърде големи, за да се поберат в ядрото, освен това имаше сериозни трудности, свързани с нарушаването на закона за импулса и запазването на енергията. Тези два закона, като строги счетоводители, казаха, че инерцията и масата по време на бомбардировката изчезват в неизвестна посока. Тъй като тези закони бяха общоприети, беше необходимо да се намерят обяснения за подобно изтичане.

неутрони

Учени от цял ​​свят организират експерименти, насочени към откриване на нови съставни части на ядрата на атомите. През 30-те години на миналия век немските физици Бекер и Боте бомбардираха берилиеви атоми с алфа частици. В този случай е регистрирано неизвестно лъчение, което е решено да се нарече G-лъчи. Подробните проучвания разкриха някои характеристики на новите лъчи: те можеха да се разпространяват строго по права линия, не взаимодействаха с електрически и магнитни полета и имаха висока проникваща способност. По-късно частиците, които образуват този вид излъчване, са открити при взаимодействието на алфа частици с други елементи - бор, хром и др.

Хипотезата на Чадуик

Тогава Джеймс Чадуик, колега и ученик на Ръдърфорд, направи кратък доклад в списание Nature, който по-късно стана известен. Чадуик обърна внимание на факта, че противоречията в законите за запазване се разрешават лесно, ако приемем, че новото лъчение е поток от неутрални частици, всяка от които има маса, приблизително равна на масата на протона. Имайки предвид това предположение, физиците значително допълниха хипотезата, обясняваща структурата на атомното ядро. Накратко, същността на добавките се свеждаше до нова частица и нейната роля в структурата на атома.

Свойства на неутрона

Откритата частица е наречена "неутрон". Новооткритите частици не образуват електромагнитни полета около себе си и лесно преминават през материята, без да губят енергия. При редки сблъсъци с леки ядра на атоми, неутронът е в състояние да избие ядрото от атома, губейки значителна част от енергията си. Структурата на атомното ядро ​​предполага наличието на различен брой неутрони във всяко вещество. Атомите с еднакъв ядрен заряд, но различен брой неутрони се наричат ​​изотопи.

Неутроните са послужили като отличен заместител на алфа частиците. В момента те се използват за изследване на структурата на атомното ядро. Накратко, тяхното значение за науката не може да бъде описано, но благодарение на бомбардирането на атомните ядра от неутрони, физиците успяха да получат изотопи на почти всички известни елементи.

Съставът на ядрото на атома

Понастоящем структурата на атомното ядро ​​е колекция от протони и неутрони, държани заедно от ядрени сили. Например ядрото на хелий е съвкупност от два неутрона и два протона. Леките елементи имат почти равен брой протони и неутрони, докато тежките елементи имат много по-голям брой неутрони.

Тази картина на структурата на ядрото се потвърждава от експерименти на съвременни големи ускорители с бързи протони. Електрическите сили на отблъскване на протоните се балансират от силни сили, които действат само в самото ядро. Въпреки че природата на ядрените сили все още не е напълно разбрана, тяхното съществуване е практически доказано и напълно обяснява структурата на атомното ядро.

Връзка между маса и енергия

През 1932 г. облачна камера заснема удивителна снимка, доказваща съществуването на положително заредени частици с масата на електрон.

Преди това положителните електрони бяха теоретично предсказани от П. Дирак. В космическата радиация е открит и истински положителен електрон. Новата частица беше наречена позитрон. При сблъсък с неговия близнак - електрон, възниква анихилация - взаимното унищожаване на две частици. Това освобождава определено количество енергия.

Така разработената теория за макрокосмоса беше напълно подходяща за описание на поведението на най-малките елементи на материята.

атомно ядрое централната част на атома, съставена от протони и неутрони (общо наричани нуклони).

Ядрото е открито от Е. Ръдърфорд през 1911 г., докато изучава пасажа α -частици чрез материя. Оказа се, че почти цялата маса на атома (99,95%) е концентрирана в ядрото. Размерът на атомното ядро ​​е от порядъка на 10 -1 3 -10 - 12 cm, което е 10 000 пъти по-малко от размера на електронната обвивка.

Планетарният модел на атома, предложен от Е. Ръдърфорд и неговото експериментално наблюдение на водородни ядра, нокаутирани α -частици от ядрата на други елементи (1919-1920), довели учения до идеята за протон. Терминът протон е въведен в началото на 20-те години на ХХ век.

Протон (от гръцки. протони- първо, характер стр) е стабилна елементарна частица, ядрото на водороден атом.

Протон- положително заредена частица, чийто заряд е равен по абсолютна стойност на заряда на електрона д\u003d 1,6 10 -1 9 Cl. Масата на протона е 1836 пъти масата на електрона. Маса на покой на протон m p= 1,6726231 10 -27 kg = 1,007276470 amu

Втората частица в ядрото е неутрон.

Неутрон (от лат. среден род- нито едното, нито другото, символ н) е елементарна частица, която няма заряд, т.е. неутрална.

Масата на неутрона е 1839 пъти масата на електрона. Масата на неутрона е почти равна на (малко по-голяма от) тази на протона: масата на покой на свободен неутрон m n= 1,6749286 10 -27 kg = 1,0008664902 amu и надвишава масата на протона с 2,5 маси на електрона. Неутронът, заедно с протона под общото име нуклоне част от атомното ядро.

Неутронът е открит през 1932 г. от Д. Чадвиг, ученик на Е. Ръдърфорд, по време на бомбардировката на берилий α - частици. Полученото лъчение с висока проникваща способност (преодолява препятствие от оловна пластина с дебелина 10–20 cm) засилва ефекта си при преминаване през парафиновата пластина (виж фигурата). Оценките на Жолио-Кюри за енергията на тези частици от следите в облачната камера и допълнителните наблюдения направиха възможно да се елиминира първоначалното предположение, че това γ - кванти. Голямата проникваща способност на новите частици, наречени неутрони, се обяснява с тяхната електрическа неутралност. В крайна сметка заредените частици активно взаимодействат с материята и бързо губят енергията си. Съществуването на неутрони е предсказано от Е. Ръдърфорд 10 години преди експериментите на Д. Чадвиг. При удар α -частици в ядрата на берилий протича следната реакция:

Ето символа на неутрона; неговият заряд е равен на нула, а относителната атомна маса е приблизително равна на единица. Неутронът е нестабилна частица: свободен неутрон за време от ~ 15 минути. се разпада на протон, електрон и неутрино - частица, лишена от маса на покой.

След откриването на неутрона от J. Chadwick през 1932 г., D. Ivanenko и W. Heisenberg независимо предложиха протонно-неутронен (нуклонен) модел на ядрото. Според този модел ядрото се състои от протони и неутрони. Брой протони Зсъвпада с поредния номер на елемента в таблицата на Д. И. Менделеев.

Основен заряд Qопределя се от броя на протоните З, които са част от ядрото, и е кратно на абсолютната стойност на заряда на електрона д:

Q = + Ze.

Номер ЗНаречен номер на ядрен зарядили атомно число.

Масово число на ядрото НОнарича се общият брой нуклони, т.е. протони и неутрони, съдържащи се в него. Броят на неутроните в едно ядро ​​се обозначава с буквата н. Така че масовото число е:

A = Z + N.

На нуклоните (протон и неутрон) се приписва масово число, равно на единица, а на електрона се приписва нулева стойност.

Идеята за състава на ядрото също беше улеснена от откритието изотопи.

Изотопи (от гръцки. isosравни, еднакви и топоа- място) - това са разновидности на атоми от един и същ химичен елемент, чиито атомни ядра имат еднакъв брой протони ( З) и различен брой неутрони ( н).

Ядрата на такива атоми се наричат ​​още изотопи. Изотопи са нуклидиедин елемент. Нуклид (от лат. ядро- ядро) - всяко атомно ядро ​​(съответно атом) с дадени номера Зи н. Общото обозначение на нуклидите е ……. където х- символ на химичен елемент, A=Z+N- масово число.

Изотопите заемат същото място в периодичната таблица на елементите, откъдето идва и името им. По правило изотопите се различават значително по своите ядрени свойства (например способността им да влизат в ядрени реакции). Химичните (и почти еднакво физичните) свойства на изотопите са еднакви. Това се обяснява с факта, че химичните свойства на даден елемент се определят от заряда на ядрото, тъй като именно този заряд влияе върху структурата на електронната обвивка на атома.

Изключение правят изотопите на леките елементи. Изотопи на водорода 1 з — протиум, 2 з— деутерий, 3 з — тритийте се различават толкова много по маса, че техните физични и химични свойства са различни. Деутерият е стабилен (т.е. не е радиоактивен) и е включен като малък примес (1: 4500) в обикновения водород. Деутерият се свързва с кислорода, за да образува тежка вода. Кипи при нормално атмосферно налягане при 101,2°C и замръзва при +3,8°C. Тритий β е радиоактивен с период на полуразпад около 12 години.

Всички химични елементи имат изотопи. Някои елементи имат само нестабилни (радиоактивни) изотопи. За всички елементи радиоактивните изотопи са получени изкуствено.

Изотопи на урана.Елементът уран има два изотопа - с масови числа 235 и 238. Изотопът е само 1/140 от по-разпространения.

Хроматин

1) хетерохроматин;

2) еухроматин.

Хетерохроматин

Структурни

Не е задължително

Еухроматин

а) хистонови протеини;

б) нехистонови протеини.

Йо Хистонови протеини (хистони

Йо Нехистонови протеини

ядро

ЁРазмер - 1-5 микрона.

Формата е сферична.

Гранулиран компонент

Фибриларен

ядрена обвивка

1. Външна ядрена мембрана (m. Nuclearis externa),

вътрешна ядрена мембрана

Характеристика:

Кариоплазма

клетъчно възпроизвеждане

ядрен апарат

Ядрото присъства във всички еукариотни клетки, с изключение на зрелите еритроцити и растителните ситовидни тръби. Клетките обикновено имат едно ядро, но понякога се срещат многоядрени клетки.

Ядрото е сферично или овално.

Някои клетки имат сегментирани ядра. Размерът на ядрата е от 3 до 10 микрона в диаметър. Ядрото е от съществено значение за живота на клетката. Регулира активността на клетките. Ядрото съхранява наследствената информация, съдържаща се в ДНК. Тази информация, благодарение на ядрото, се предава на дъщерните клетки по време на клетъчното делене. Ядрото определя специфичността на протеините, синтезирани в клетката. Ядрото съдържа много протеини, необходими за неговите функции. РНК се синтезира в ядрото.

клетъчно ядровключва мембрана, ядрен сок, едно или повече нуклеоли и хроматин.

Функционална роля ядрена обвивкае изолирането на генетичен материал (хромозома)еукариотната клетка от цитоплазмата с нейните многобройни метаболитни реакции, както и регулирането на двустранните взаимодействия на ядрото и цитоплазмата. Ядрената обвивка се състои от две мембрани – външна и вътрешна, между които се намира перинуклеарно (перинуклеарно) пространство. Последният може да комуникира с тубулите на цитоплазмения ретикулум. външна мембранаЯдрената обвивка директно контактува с цитоплазмата на клетката, има редица структурни характеристики, които позволяват да се припише на правилната ER мембранна система. Съдържа голям брой рибозоми, както и върху мембраните на ергастоплазмата. Вътрешната мембрана на ядрената обвивка няма рибозоми на повърхността си, но е структурно свързана с ядрена ламина- влакнест периферен слой на матрицата на ядрения протеин.

Ядрената обвивка съдържа ядрени порис диаметър 80-90 nm, които се образуват поради множество зони на сливане на две ядрени мембрани и са, така да се каже, заоблени, през перфорации на цялата ядрена мембрана. Порите играят важна роля в транспорта на вещества в и извън цитоплазмата. Комплекс от ядрени пори (NPC)с диаметър около 120 nm има определена структура (състои се от повече от 1000 протеина - нуклеопорини, чиято маса е 30 пъти по-голяма от рибозомата), което показва сложен механизъм за регулиране на ядрено-цитоплазмените движения на вещества и структури. В процеса на ядрено-цитоплазмения транспорт ядрените пори функционират като вид молекулно сито, преминаващо пасивно частици с определен размер по концентрационен градиент (йони, въглехидрати, нуклеотиди, АТФ, хормони, протеини до 60 kDa). Порите не са постоянни образувания. Броят на порите се увеличава в периода на най-голяма ядрена активност. Броят на порите зависи от функционалното състояние на клетката. Колкото по-висока е синтетичната активност в клетката, толкова по-голям е техният брой. Изчислено е, че при нисшите гръбначни животни в еритробластите, където интензивно се образува и натрупва хемоглобин, има около 30 пори на 1 μm2 от ядрената обвивка. В зрелите еритроцити на тези животни, които запазват ядра, остават до пет пори на 1 μg от мембраната, т.е. 6 пъти по-малко.

В района на перовия комплекс, т.нар плътна плоча - протеинов слой, който е под цялата дължина на вътрешната мембрана на ядрената обвивка. Тази структура изпълнява предимно поддържаща функция, тъй като в нейното присъствие формата на ядрото се запазва, дори ако и двете мембрани на ядрената обвивка са унищожени. Предполага се също, че редовната връзка с веществото на плътната плоча допринася за подреденото подреждане на хромозомите в интерфазното ядро.

Ядрен сок (кариоплазмаили матрица)- вътрешното съдържание на ядрото е разтвор на протеини, нуклеотиди, йони, по-вискозен от хиалоплазмата. Съдържа и фибриларни протеини. Кариоплазмата съдържа нуклеоли и хроматин. Ядреният сок образува вътрешната среда на ядрото и следователно играе важна роля за осигуряване на нормалното функциониране на генетичния материал. Съставът на ядрения сок съдържа нишковиден,или фибрила, протеини,с които е свързано изпълнението на поддържащата функция: матрицата съдържа и първичните продукти на транскрипция на генетична информация - хетеронуклеарна РНК (hnRNA), които се обработват тук, превръщайки се в иРНК.

ядро- задължителен компонент на ядрото, намират се в интерфазните ядра и са малки телца със сферична форма. Нуклеолите са по-плътни от ядрото. В нуклеолите се извършва синтеза на рРНК, други видове РНК и образуването на субединици. рибозома. Появата на нуклеоли е свързана с определени зони от хромозоми, наречени нуклеоларни организатори. Броят на нуклеолите се определя от броя на нуклеоларните организатори. Те съдържат rRNA гени. rRNA гените заемат определени области (в зависимост от вида на животното) на една или повече хромозоми (при хората 13-15 и 21-22 двойки) - нуклеоларни организатори, в които се образуват нуклеолите. Такива области в метафазните хромозоми изглеждат като стеснения и се наричат вторични стеснения. С помощта на електронен микроскоп се разкриват нишковидни и гранулирани компоненти в ядрото. Нишковидният (фибриларен) компонент е представен от комплекси от протеинови и гигантски прекурсорни молекули на РНК, от които след това се образуват по-малки молекули на зряла рРНК. В процеса на узряване фибрилите се трансформират в рибонуклеопротеинови зърна (гранули), които представляват гранулирания компонент.

Хроматинови структури под формата на бучки,разпръснати в нуклеоплазмата са интерфазна форма на съществуване хромозомиклетки.

Рибозома - представлява закръглена рибонуклеопротеинова частица с диаметър 20-30 nm. Рибозомите са немембранни клетъчни органели. Рибозомите комбинират аминокиселинни остатъци в полипептидни вериги (протеинов синтез). Рибозомите са много малки и многобройни.

Състои се от малки и големи субединици, чиято комбинация се осъществява в присъствието на информационна (информационна) РНК (иРНК). Малката субединица включва протеинови молекули и една молекула рибозомна РНК (rRNA), докато втората съдържа протеини и три rRNA молекули. Протеинът и рРНК по маса в равни количества участват в образуването на рибозоми. рРНК се синтезира в нуклеола.

Една иРНК молекула обикновено съчетава няколко рибозоми като низ от мъниста. Такава структура се нарича полизома.Полизомите са свободно разположени в основното вещество на цитоплазмата или са прикрепени към мембраните на грапавия цитоплазмен ретикулум. И в двата случая те служат като място за активен протеинов синтез. Сравнението на съотношението на броя на свободните и свързаните с мембраната полизоми в ембрионалните недиференцирани и туморни клетки, от една страна, и в специализираните клетки на възрастен организъм, от друга страна, доведе до заключението, че протеините се образуват върху хиалоплазмата. полизоми за собствените си нужди (за "домашна" употреба) на тази клетка, докато върху полизомите на гранулираната мрежа се синтезират протеини, които се отстраняват от клетката и се използват за нуждите на тялото (например храносмилателни ензими, кърма протеини). Рибозомите могат да бъдат свободно разположени в цитоплазмата или да бъдат свързани с ендоплазмения ретикулум, като са част от грубия ER.Протеините, образувани върху рибозоми, свързани с мембраната на ER, обикновено влизат в резервоарите на ER. Протеините, синтезирани върху свободни рибозоми, остават в хиалоплазмата. Например, хемоглобинът се синтезира върху свободни рибозоми в еритроцитите. Рибозомите също присъстват в митохондриите, пластидите и прокариотните клетки.

Предишна11121314151617181920212223242526Следваща

ВИЖ ПОВЕЧЕ:

Структурата на ядрото и неговия химичен състав

Ядрото се състои от хроматин, ядро, кариоплазма (нуклеоплазма) и ядрена обвивка.

В клетка, която се дели, в повечето случаи има едно ядро, но има клетки, които имат две ядра (20% от чернодробните клетки са двуядрени), както и многоядрени (остеокласти на костната тъкан).

ЁРазмери - варират от 3-4 до 40 микрона.

Всеки тип клетка се характеризира с постоянно съотношение на обема на ядрото към обема на цитоплазмата. Това съотношение се нарича индекс на Hertwing. В зависимост от стойността на този индекс клетките се разделят на две групи:

1. ядрени - по-голямо значение има индексът на Hertwing;

2. цитоплазмен - индексът на Hertwing е с незначителни стойности.

Йоформа - може да бъде сферична, пръчковидна, бобовидна, пръстеновидна, сегментирана.

Йолокализация – ядрото винаги е локализирано на определено място в клетката. Например в цилиндричните клетки на стомаха той е в базално положение.

Ядрото в клетката може да бъде в две състояния:

а) митотичен (по време на делене);

б) интерфаза (между деленията).

В жива клетка интерфазното ядро ​​изглежда като оптически празно, намира се само ядрото. Структурите на ядрото под формата на нишки, зърна могат да се наблюдават само когато увреждащите фактори действат върху клетката, когато тя преминава в състояние на паранекроза (гранично състояние между живота и смъртта). От това състояние клетката може да се върне към нормален живот или да умре. След клетъчната смърт морфологично се разграничават следните промени в ядрото:

1) кариопикноза - уплътняване на ядрото;

2) кариорексис - разграждане на ядрото;

3) кариолиза - разтваряне на ядрото.

Функции: 1) съхранение и предаване на генетична информация,

2) биосинтеза на протеини, 3) образуване на рибозомни субединици.

Хроматин

Хроматинът (от гръцки chroma - цветна боя) е основната структура на интерфазното ядро, което се оцветява много добре с основни багрила и определя хроматиновия модел на ядрото за всеки тип клетка.

Поради способността да се оцветява добре с различни багрила и особено с основните, този компонент на ядрото е наречен "хроматин" (Flemming 1880).

Хроматинът е структурен аналог на хромозомите и в интерфазното ядро ​​е носещата ДНК на тялото.

Морфологично се разграничават два вида хроматин:

1) хетерохроматин;

2) еухроматин.

Хетерохроматин(heterochromatinum) съответства на части от хромозоми, частично кондензирани в интерфазата и е функционално неактивен. Този хроматин се оцветява много добре и именно този хроматин може да се види на хистологичните препарати.

Хетерохроматинът от своя страна се разделя на:

1) структурни; 2) по избор.

Структурнихетерохроматинът е сегментите от хромозоми, които са постоянно в кондензирано състояние.

Не е задължителнохетерохроматинът е хетерохроматин, способен да декондензира и да се превърне в еухроматин.

Еухроматин- това са участъци от хромозоми, декондензирани в интерфазата. Това е работещ, функционално активен хроматин. Този хроматин не се оцветява и не се открива в хистологичните препарати.

По време на митозата целият еухроматин е максимално кондензиран и става част от хромозомите. През този период хромозомите не изпълняват никакви синтетични функции. В това отношение клетъчните хромозоми могат да бъдат в две структурни и функционални състояния:

1) активни (работещи), понякога те са частично или напълно декондензирани и с участието им в ядрото протичат процесите на транскрипция и редупликация;

2) неактивни (неработещи, метаболитна почивка), когато са максимално кондензирани, те изпълняват функцията на разпространение и прехвърляне на генетичен материал към дъщерните клетки.

Понякога в някои случаи цялата хромозома по време на интерфазата може да остане в кондензирано състояние, докато изглежда като гладък хетерохроматин. Например, една от Х-хромозомите на соматичните клетки на женското тяло е подложена на хетерохроматизация в началните етапи на ембриогенезата (по време на разцепването) и не функционира. Този хроматин се нарича полов хроматин или телца на Бар.

В различните клетки половият хроматин има различен вид:

а) в неутрофилни левкоцити - вид тъпан;

б) в епителните клетки на лигавицата - поява на полусферична бучка.

Определянето на половия хроматин се използва за определяне на генетичния пол, както и за определяне на броя на Х-хромозомите в кариотипа на индивида (той е равен на броя на телата на половия хроматин + 1).

Електронномикроскопските изследвания показват, че препаратите от изолиран интерфазен хроматин съдържат елементарни хромозомни фибрили с дебелина 20-25 nm, които се състоят от фибрили с дебелина 10 nm.

Химически хроматиновите фибрили са сложни комплекси от дезоксирибонуклеопротеини, които включват:

б) специални хромозомни протеини;

Количественото съотношение на ДНК, протеин и РНК е 1:1,3:0,2. Делът на ДНК в хроматиновия препарат е 30-40%. Дължината на отделните линейни ДНК молекули варира в косвени граници и може да достигне стотици микрометри и дори сантиметри. Общата дължина на ДНК молекулите във всички хромозоми на една човешка клетка е около 170 cm, което съответства на 6x10-12g.

Хроматиновите протеини съставляват 60-70% от сухата му маса и са представени от две групи:

а) хистонови протеини;

б) нехистонови протеини.

Йо Хистонови протеини (хистони) - алкалните протеини, съдържащи основни аминокиселини (главно лизин, аргинин), са неравномерно подредени в блокове по дължината на ДНК молекулата. Един блок съдържа 8 хистонови молекули, които образуват нуклеозомата. Размерът на нуклеозомата е около 10 nm. Нуклеозомата се образува чрез уплътняване и свръхнавиване на ДНК, което води до скъсяване на дължината на хромозомния фибрил около 5 пъти.

Йо Нехистонови протеинисъставляват 20% от броя на хистоните и в интерфазните ядра образуват структурна мрежа вътре в ядрото, която се нарича ядрена протеинова матрица. Тази матрица представлява рамката, която определя морфологията и метаболизма на ядрото.

Перихроматиновите фибрили са с дебелина 3-5 nm, гранулите са с диаметър 45 nm, а интерхроматиновите гранули са с диаметър 21-25 nm.

ядро

Ядрото (nucleolus) е най-плътната структура на ядрото, което е ясно видимо в жива неоцветена клетка и е производно на хромозомата, един от нейните локуси с най-висока концентрация и активен синтез на РНК в интерфазата, но не е независима структура или органела.

ЁРазмер - 1-5 микрона.

Формата е сферична.

Ядрото има разнородна структура. В светлинен микроскоп се вижда фино-влакнестата му организация.

Електронната микроскопия разкрива два основни компонента:

а) гранулиран; б) фибриларен.

Гранулиран компонентпредставени от гранули с диаметър 15-20 nm, това са зреещи субединици на рибозоми. Понякога гранулираният компонент образува нишковидни структури - нуклеолонеми, с дебелина около 0,2 µm. Гранулираният компонент е локализиран по периферията.

Фибриларенкомпонентът е рибонуклеопротеинови вериги от прекурсори на рибозоми, които са концентрирани в централната част на ядрото.

Ултраструктурата на нуклеолите зависи от активността на синтеза на РНК: при високо ниво на синтез се откриват голям брой гранули в нуклеола, когато синтезът е спрян, броят на гранулите намалява и нуклеолите се превръщат в плътни фибриларни нишки на базофилна природа.

ядрена обвивка

Ядрената обвивка (нуклолема) се състои от:

Физика на атомното ядро. Основен състав.

Външната ядрена мембрана (m. Nuclearis externa),

2. Вътрешната мембрана (m. Nuclearis interna), които са разделени от перинуклеарното пространство или ядрената обвивка на цистерната (cisterna nucleolemmae), широка 20-60 nm.

Всяка мембрана е с дебелина 7-8nm. Като цяло ядрената мембрана прилича на куха двуслойна торба, която отделя съдържанието на ядрото от цитоплазмата.

Външна мембрана на ядрената обвивка, който е в пряк контакт с цитоплазмата на клетката, има редица структурни характеристики, които позволяват да се припише на правилната мембранна система на ендоплазмения ретикулум. Тези характеристики включват: наличието на множество полирибозоми върху него от страната на хиалоплазмата, а самата външна ядрена мембрана може директно да премине в мембраните на гранулирания ендоплазмен ретикулум. Повърхността на външната ядрена мембрана в повечето животински и растителни клетки не е гладка и образува израстъци с различни размери към цитоплазмата под формата на везикули или дълги тръбести образувания.

вътрешна ядрена мембранасвързани с хромозомния материал на ядрото. От страна на кариоплазмата, така нареченият фибриларен слой, състоящ се от фибрили, е в съседство с вътрешната ядрена мембрана, но не е характерен за всички клетки.

Ядрената обвивка не е непрекъсната. Най-характерните структури на ядрената обвивка са ядрените пори. Ядрените пори се образуват от сливането на две ядрени мембрани. В този случай се образуват заоблени проходни отвори (перфорации, annulus pori), които имат диаметър около 80-90 nm. Тези дупки в ядрената мембрана са пълни със сложни глобуларни и фибриларни структури. Комбинацията от перфорации на мембраната и тези структури се нарича комплекс от пори (complexus pori). Комплексът от пори се състои от три реда гранули, осем във всеки ред, диаметърът на гранулите е 25 nm; фибриларните процеси се простират от тези гранули. Гранулите са разположени на границата на дупката в ядрената обвивка: един ред лежи отстрани на ядрото, вторият - от страната на цитоплазмата, третият в централната част на порите. Фибрилите, простиращи се от периферните гранули, могат да се събират в центъра и да създават, така да се каже, преграда, диафрагма през порите (diaphragma pori). Размерите на порите на тази клетка обикновено са стабилни. Броят на ядрените пори зависи от метаболитната активност на клетките: колкото по-интензивни са синтетичните процеси в клетката, толкова повече пори са на единица повърхност на клетъчното ядро.

Характеристика:

1. Бариера - отделя съдържанието на ядрото от цитоплазмата, ограничава свободния транспорт на макромолекулите между ядрото и цитоплазмата.

2. Създаване на интрануклеарен ред - фиксиране на хромозомен материал в триизмерния лумен на ядрото.

Кариоплазма

Кариоплазмата е течната част на ядрото, в която са разположени ядрени структури, тя е аналог на хиалоплазмата в цитоплазмената част на клетката.

клетъчно възпроизвеждане

Едно от най-важните биологични явления, което отразява общи закономерности и е съществено условие за съществуването на биологични системи за достатъчно дълъг период от време, е възпроизвеждането (възпроизвеждането) на техния клетъчен състав. Възпроизвеждането на клетки, според клетъчната теория, се извършва чрез разделяне на оригинала. Тази позиция е една от основните в клетъчната теория.

Ядрото (ядрото) на клетката

ОСНОВНИ ФУНКЦИИ

хроматин -

Хромозоми

които включват:

- хистонови протеини

– малки количества РНК;

ядрена матрица

Състои се от 3 компонента:

полагане на ядрената обвивка.

Какво е ядро ​​- това е в биологията: свойства и функции

Вътрешноядрена мрежа (скелет).

3. "Остатъчно" ядро.

Състои се от:

- външна ядрена мембрана;

Нуклеоплазма (кариоплазма)- течният компонент на ядрото, в който се намират хроматин и нуклеоли. Съдържа вода и число

ядро

Дата на публикуване: 2015-02-03; Прочетено: 1053 | Нарушаване на авторските права на страницата

Ядрото (ядрото) на клетката- система за генетична детерминация и регулиране на протеиновия синтез.

ОСНОВНИ ФУНКЦИИ

● съхраняване и поддържане на наследствена информация

● внедряване на наследствена информация

Ядрото се състои от хроматин, ядро, кариоплазма (нуклеоплазма) и ядрена обвивка, която го отделя от цитоплазмата.

хроматин -това са зони от плътна материя в ядрото, които

Рошо възприема различни багрила, особено основни.

В неделящите се клетки хроматинът се намира под формата на бучки и гранули, което е интерфазна форма на съществуване на хромозоми.

Хромозоми- хроматинови фибрили, които са сложни комплекси от дезоксирибонуклеопротеини (DNP), в състава

които включват:

- хистонови протеини

- нехистонови протеини - съставляват 20%, това са ензими, изпълняват структурни и регулаторни функции;

– малки количества РНК;

- малки количества липиди, полизахариди, метални йони.

ядрена матрица– е рамкова вътрешноядрена система

мина, обединяващият гръбнак за хроматин, ядро, ядрена обвивка. Тази структурна мрежа е основата, която определя морфологията и метаболизма на ядрото.

Състои се от 3 компонента:

1. Lamina (A, B, C) - периферен фибриларен слой, под-

полагане на ядрената обвивка.

2. Вътрешноядрена мрежа (скелет).

3. "Остатъчно" ядро.

Ядрена обвивка (кариолема)е мембрана, която отделя съдържанието на ядрото от цитоплазмата на клетката.

Състои се от:

- външна ядрена мембрана;

- вътрешната ядрена мембрана, между която е перинуклеарното пространство;

- двумембранната ядрена обвивка има комплекс от пори.

Нуклеоплазма (кариоплазма)- течният компонент на ядрото, в който се намират хроматин и нуклеоли.

Ядро. Компоненти на ядрото

Съдържа вода и число

вещества, разтворени и суспендирани в него: РНК, гликопротеини,

йони, ензими, метаболити.

ядро- най-плътната структура на ядрото, образувана от специализирани области - бримки от хромозоми, които се наричат ​​нуклеоларни организатори.

Има 3 компонента на ядрото:

1. Фибриларният компонент е първичните rRNA транскрипти.

2. Гранулираният компонент е натрупване на пре-

рибозомни субединици.

3. Аморфен компонент - области на нуклеоларния организатор,

Дата на публикуване: 2015-02-03; Прочетено: 1052 | Нарушаване на авторските права на страницата

studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 г. (0.001 s) ...

Ядрото е основният регулаторен компонент на клетката. Неговата структура и функции.

Ядрото е съществена част от еукариотните клетки. Това е основният регулаторен компонент на клетката. Той отговаря за съхранението и предаването на наследствената информация, контролира всички метаболитни процеси в клетката. . Не органоид, а компонент на клетка.

Ядрото се състои от:

1) ядрената обвивка (ядрена мембрана), през порите на която се извършва обменът между клетъчното ядро ​​и цитоплазмата.

2) ядрен сок или кариоплазма е полутечна, слабо оцветена плазмена маса, която запълва всички ядра на клетката и съдържа останалите компоненти на ядрото;

3) хромозоми, които се виждат в неделящото се ядро ​​само с помощта на специални методи за микроскопия. Наборът от хромозоми в клетката се нарича ариотип.Хроматинът върху оцветените клетъчни препарати е мрежа от тънки нишки (фибрили), малки гранули или бучки.

4) едно или повече сферични тела - нуклеоли, които са специализирана част от клетъчното ядро ​​и са свързани със синтеза на рибонуклеинова киселина и протеини.

две състояния на ядрото:

1. интерфазно ядро ​​– има ядра. обвивка - кариолемма.

2. ядро ​​при клетъчни деления. само хроматинът присъства в различно състояние.

Ядрото включва две зони:

1. вътрешни фибриларни протеинови молекули и пре-РНК

2. външни - гранулирани - образуват субединици на рибозомите.

Ядрената обвивка се състои от две мембрани, разделени от перинуклеарно пространство. И двете са пронизани с множество пори, благодарение на които е възможна обмяната на вещества между ядрото и цитоплазмата.

Основните компоненти на ядрото са хромозоми, образувани от ДНК молекула и различни протеини. В светлинен микроскоп те са ясно различими само в периода на клетъчно делене (митоза, мейоза). В неделяща се клетка хромозомите изглеждат като дълги тънки нишки, разпределени в целия обем на ядрото.

Основните функции на клетъчното ядро ​​са следните:

1. хранилище за данни;
2. прехвърляне на информация към цитоплазмата с помощта на транскрипция, т.е. синтез на i-RNA, носеща информация;
3. трансфер на информация към дъщерните клетки по време на репликация - делене на клетки и ядра.
4. регулира биохимичните, физиологичните и морфологичните процеси в клетката.

се извършва в ядрото репликация- дублиране на ДНК молекули, както и транскрипция- синтез на РНК молекули върху ДНК матрица. В ядрото синтезираните РНК молекули претърпяват някои модификации (напр. снажданенезначителни, безсмислени региони са изключени от молекулите на информационната РНК), след което те навлизат в цитоплазмата . Сглобяване на рибозомасъщо се среща в ядрото, в специални образувания, наречени нуклеоли. Отделението за ядрото - кариотеката - се образува чрез разширяване и сливане един с друг на резервоарите на ендоплазмения ретикулум по такъв начин, че ядрото има двойни стени поради тесните отделения на ядрената мембрана, която го заобикаля. Кухината на ядрената обвивка се нарича луменили перинуклеарно пространство. Вътрешната повърхност на ядрената обвивка е подложена от ядрото ламина- твърда протеинова структура, образувана от ламинови протеини, към които са прикрепени нишки от хромозомна ДНК. На някои места вътрешната и външната мембрана на ядрената обвивка се сливат и образуват така наречените ядрени пори, през които се извършва обмен на вещества между ядрото и цитоплазмата.

12. Двумембранни органели (митохондрии, пластиди). Тяхното устройство и функции.

Митохондриите - това са заоблени или пръчковидни структури, често разклонени, с дебелина 0,5 µm и обикновено до 5-10 µm дължина.

Обвивката на митохондриите се състои от две мембрани, които се различават по химичен състав, набор от ензими и функции. Вътрешна мембранаобразува инвагинации с листовидни (кристи) или тръбести (тубули) форма. Пространството, ограничено от вътрешната мембрана, е матрица органели. С помощта на електронен микроскоп в него се откриват зърна с диаметър 20-40 nm. Те натрупват калциеви и магнезиеви йони, както и полизахариди, като гликоген.
Матрицата съдържа свой собствен апарат за биосинтеза на белтъчни органели. Тя е представена от 2-6 копия на кръгова и свободна от хистони (както при прокариотите) ДНК молекула, рибозоми, набор от транспортна РНК (тРНК), ензими за репликация на ДНК, транскрипция и транслация на наследствена информация. Главна функциямитохондриите се състои в ензимно извличане на енергия от определени химикали (чрез тяхното окисление) и натрупване на енергия в биологично използваема форма (чрез синтеза на аденозин трифосфат -ATP молекули). Най-общо този процес се нарича окислително фосфорилиране. Сред страничните функции на митохондриите може да се нарече участие в синтеза на стероидни хормони и някои аминокиселини (глутамин).

пластиди - това са полуавтономни (те могат да съществуват относително автономно от ядрената ДНК на клетката) двумембранни органели, характерни за фотосинтезиращите еукариотни организми. Има три основни типа пластиди: хлоропласти, хромопласти и левкопласти.Съвкупността от пластиди в клетката се наричапластидом . Всеки от тези видове при определени условия може да преминава един в друг. Подобно на митохондриите, пластидите съдържат свои собствени ДНК молекули. Следователно те също могат да се възпроизвеждат независимо от клетъчното делене. Пластидите се намират само в растителните клетки.

Хлоропласти.Дължината на хлоропластите варира от 5 до 10 микрона, диаметърът е от 2 до 4 микрона. Хлоропластите са ограничени от две мембрани. Външната мембрана е гладка, вътрешната има сложна нагъната структура. Най-малката гънка се нарича t илакоид. Група от тилакоиди, подредени като купчина монети, се нарича g рана. Гранулите са свързани помежду си чрез сплескани канали - ламели.Тилакоидните мембрани съдържат фотосинтетични пигменти и ензими, които осигуряват синтеза на АТФ. Основният фотосинтетичен пигмент е хлорофилът, който определя зеления цвят на хлоропластите.

Вътрешното пространство на хлоропластите е запълнено строма. Стромата съдържа кръгова гола ДНК, рибозоми, ензими от цикъла на Калвин и нишестени зърна. Във всеки тилакоид има протонен резервоар, има натрупване на Н +. Хлоропластите, подобно на митохондриите, са способни на автономно възпроизвеждане чрез разделяне на две. Хлоропластите на нисшите растения се наричат хроматофори.

Левкопласти. Външната мембрана е гладка, вътрешната образува малки тилакоиди. Стромата съдържа кръгова "гола" ДНК, рибозоми, ензими за синтеза и хидролиза на резервни хранителни вещества. Няма пигменти. Особено много левкопласти имат клетки от подземните органи на растението (корени, грудки, коренища и др.). .). Амилопласти- синтезират и съхраняват нишесте , елаиопласт- масла , протеинопласти- протеини. В един и същи левкопласт могат да се натрупват различни вещества.

Хромопласти.Външната мембрана е гладка, вътрешната или също гладка, или образува единични тилакоиди. Стромата съдържа кръгова ДНК и пигменти. - каротеноиди, придавайки на хромопластите жълт, червен или оранжев цвят. Формата на натрупване на пигменти е различна: под формата на кристали, разтворени в липидни капки и др. Хромопластите се считат за крайния етап в развитието на пластидите.

Пластидите могат взаимно да се трансформират един в друг: левкопласти - хлоропласти - хромопласти.

Едномембранни органели (ER, апарат на Голджи, лизозоми). Тяхното устройство и функции.

тръбени вакуолна системаобразувани от комуникиращи или отделни тръбести или сплескани (цистерни) кухини, ограничени от мембрани и разпространяващи се в цитоплазмата на клетката. В тази система има груби гладък цитоплазмен ретикулум. Характеристика на структурата на грубата мрежа е прикрепването на полизоми към нейните мембрани. Поради това той изпълнява функцията да синтезира определена категория протеини, които се отстраняват главно от клетката, например секретирани от клетките на жлезите. В областта на грубата мрежа се образуват протеини и липиди на цитоплазмените мембрани, както и тяхното сглобяване. Плътно опаковани в слоеста структура, цистерните с груба мрежа са местата на най-активния протеинов синтез и се наричат ергастоплазма.

Мембраните на гладкия цитоплазмен ретикулум са лишени от полизоми. Функционално тази мрежа е свързана с метаболизма на въглехидрати, мазнини и други непротеинови вещества, като стероидни хормони (в половите жлези, надбъбречната кора). Чрез тубулите и цистерните веществата се движат, по-специално, материала, секретиран от жлезистата клетка, от мястото на синтеза до областта на опаковане в гранули. В области на чернодробни клетки, богати на гладки мрежести структури, вредните токсични вещества и някои лекарства (барбитурати) се унищожават и обезвреждат. Във везикулите и тубулите на гладката мрежа от набраздени мускули се съхраняват (депозират) калциеви йони, които играят важна роля в процеса на свиване.

Комплекс Голджи-е купчина от плоски мембранни торбички, т.нар цистерни. Резервоарите са напълно изолирани един от друг и не са свързани помежду си. От цистерните по ръбовете се разклоняват множество тубули и везикули. От време на време от EPS се отделят вакуоли (везикули) със синтезирани вещества, които се придвижват към комплекса на Голджи и се свързват с него. Веществата, синтезирани в EPS, стават по-сложни и се натрупват в комплекса на Голджи. Функции на комплекса Голджи :1- В резервоарите на комплекса Голджи има по-нататъшна химическа трансформация и усложняване на веществата, които са влезли в него от EPS. Например, образуват се вещества, необходими за обновяване на клетъчната мембрана (гликопротеини, гликолипиди), полизахариди.

2- В комплекса на Голджи има натрупване на вещества и тяхното временно "складиране"

3- Образуваните вещества се „опаковат” във везикули (във вакуоли) и в тази форма се движат през клетката.

4- В комплекса на Голджи се образуват лизозоми (сферични органели с разграждащи ензими).

Лизозоми- малки сферични органели, чиито стени са образувани от единична мембрана; съдържат литичен(разцепващи) ензими. Първоначално лизозомите, изградени от комплекса на Голджи, съдържат неактивни ензими. При определени условия техните ензими се активират. Когато лизозома се слее с фагоцитна или пиноцитна вакуола, се образува храносмилателна вакуола, в която различни вещества се усвояват вътреклетъчно.

Функции на лизозомите :1- Извършете разделянето на вещества, абсорбирани в резултат на фагоцитоза и пиноцитоза. Биополимерите се разграждат на мономери, които влизат в клетката и се използват за нейните нужди.

Ядрото и неговите структурни компоненти

Например, те могат да бъдат използвани за синтезиране на нови органични вещества или могат да бъдат допълнително разградени за енергия.

2- Унищожаване на стари, повредени, излишни органели. Разделянето на органелите може да се случи и при гладуване на клетката.

Вакуоли- сферични едномембранни органели, които са резервоари за вода и вещества, разтворени в нея. Вакуолите включват: фагоцитни и пиноцитни вакуоли, храносмилателни вакуоли, везикули, изградени от EPS и комплекса на Голджи. Вакуолите на животинските клетки са малки и многобройни, но обемът им не надвишава 5% от общия обем на клетката. Основната им функция - транспорт на вещества през клетката, осъществяване на връзката между органелите.

В растителната клетка вакуолите представляват до 90% от обема.

В зряла растителна клетка има само една вакуола, тя заема централно положение. Вакуолната мембрана на растителната клетка е тонопластът, съдържанието му е клетъчен сок. Функции на вакуолите в растителна клетка: поддържане на напрежението на клетъчната мембрана, натрупване на различни вещества, включително отпадъчни продукти на клетката. Вакуолите доставят вода за фотосинтеза. Може да включва:

- резервни вещества, които могат да се използват от самата клетка (органични киселини, аминокиселини, захари, протеини). - вещества, които се отделят от метаболизма на клетката и се натрупват във вакуолата (феноли, танини, алкалоиди и др.) - фитохормони, фитонциди,

- пигменти (оцветяващи вещества), които придават на клетъчния сок лилав, червен, син, виолетов цвят, а понякога и жълт или кремав. Това са пигментите на клетъчния сок, които оцветяват цветни венчелистчета, плодове, кореноплодни култури.

14. Немембранни органели (микротубули, клетъчен център, рибозоми). Тяхното устройство и функции.Рибозома - немембранна органела на клетката, която извършва синтеза на протеини. Състои се от две субединици - малка и голяма. Рибозомата се състои от 3-4 рРНК молекули, които образуват нейната рамка, и няколко десетки молекули от различни протеини. Рибозомите се синтезират в ядрото. В една клетка рибозомите могат да бъдат разположени на повърхността на гранулирания ER или в хиалоплазмата на клетката под формата на полизоми. полизома -това е комплекс от i-RNA и няколко рибозоми, които четат информация от нея. функция рибозома- биосинтеза на протеини. Ако рибозомите са разположени на ER, тогава синтезираните от тях протеини се използват за нуждите на целия организъм, хиалоплазмените рибозоми синтезират протеини за нуждите на самата клетка. Рибозомите на прокариотните клетки са по-малки от тези на еукариотите. Същите малки рибозоми се намират в митохондриите и пластидите.

микротубули - кухи цилиндрични структури на клетката, състоящи се от нередуцируемия протеин тубулин. Микротубулите са неспособни да се свиват. Стените на микротубула се образуват от 13 нишки на протеина тубулин. Микротубулите са разположени в дебелината на хиалоплазмата на клетките.

Реснички и флагели - органели на движението. Главна функция - движение на клетки или движение покрай клетките на течността или частиците, които ги заобикалят. В многоклетъчния организъм ресничките са характерни за епитела на дихателните пътища, фалопиевите тръби, а флагелите са характерни за сперматозоидите. Ресничките и флагелите се различават само по размер - камшичетата са по-дълги. Те се основават на микротубули, подредени в система 9(2) + 2. Това означава, че 9 двойни микротубули (дублети) образуват цилиндрична стена, в центъра на която има 2 единични микротубули. Ресничките и флагелите се поддържат от базалните тела. Базалното тяло има цилиндрична форма, образувано от 9 триплета (тройки) микротубули; в центъра на базалното тяло няма микротубули.

кл дточен център — митотичен център, постоянна структура в почти всички животински и някои растителни клетки, определя полюсите на делящата се клетка (виж Митоза) . Клетъчният център обикновено се състои от две центриоли - плътни гранули с размер 0,2-0,8 микрон,разположени под прав ъгъл една спрямо друга. По време на образуването на митотичния апарат центриолите се отклоняват към полюсите на клетката, определяйки ориентацията на вретеното на клетъчното делене. Затова по-правилно е К. в. повикване митотичен център, което отразява функционалното му значение, особено след като само в някои клетки K. c. разположен в центъра му. В хода на развитието на организма те се променят като позицията на K. c. в клетките, такава е и формата му. Когато една клетка се дели, всяка от дъщерните клетки получава чифт центриоли. Процесът на тяхното дублиране се случва по-често в края на предишното клетъчно делене. Появата на редица патологични форми на клетъчно делене е свързана с анормално делене К. c.