Які частки становлять ядро ​​атома. Будова атома: ядро, нейтрон, протон, електрон

Як зазначалося, атом складається з трьох видів елементарних частинок: протонів, нейтронів і електронів. Атомне ядро ​​– центральна частина атома, що з протонів і нейтронів. Протони та нейтрони мають загальну назву нуклон, в ядрі вони можуть перетворюватися один на одного. Ядро найпростішого атома – атома водню – складається з однієї елементарної частки – протону.

Діаметр ядра атома дорівнює приблизно 10-13 - 10-12 см і становить 0,0001 діаметра атома. Однак, практично вся маса атома (99,95 - 99,98%) зосереджена в ядрі. Якби вдалося отримати 1 см 3 чистої ядерної речовини, маса її становила б 100 – 200 млн.т. Маса ядра атома у кілька тисяч разів перевищує масу всіх електронів, що входять до складу атома.

Протон- Елементарна частка, ядро ​​атома водню. Маса протона дорівнює 1,6721х10 -27 кг, вона в 1836 разів більша за масу електрона. Електричний заряд позитивний і дорівнює 1,66 х10-19 Кл. Кулон - одиниця електричного заряду, що дорівнює кількості електрики, що проходить через поперечний переріз провідника за час 1с при незмінній силі струму 1А (ампер).

Кожен атом будь-якого елемента містить у ядрі кілька протонів. Це постійне для даного елемента і визначає його фізичні та хімічні властивості. Тобто від кількості протонів залежить, з яким хімічним елементом ми маємо справу. Наприклад, якщо в ядрі один протон це водень, якщо 26 протонів це залізо. Число протонів в атомному ядрі визначає заряд ядра (зарядове число Z) та порядковий номер елемента в періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва (атомний номер елемента).

Нейтрон- Електрично нейтральна частка з масою 1,6749 х10 -27 кг, в 1839 разів більше маси електрона. Нейрон у вільному стані – нестабільна частка, він самостійно перетворюється на протон з випромінюванням електрона та антинейтрино. Період напіврозпаду нейтронів (час, протягом якого розпадається половина первісної кількості нейтронів) дорівнює приблизно 12 хв. Однак у зв'язаному стані всередині стабільних атомних ядер він стабільний. Загальне число нуклонів (протонів та нейтронів) в ядрі називають масовим числом (атомною масою – А). Число нейтронів, що входять до складу ядра, дорівнює різниці між масовим і зарядовим числами: N = A - Z.

Електрон- Елементарна частка, носій найменшої маси - 0,91095х10 -27 г і найменшого електричного заряду - 1,6021х10 -19 Кл. Це негативно заряджена частка. Число електронів у атомі дорівнює числу протонів у ядрі, тобто. атом електрично нейтральний.

Позитрон- Елементарна частка з позитивним електричним зарядом, античастка по відношенню до електрона. Маса електрона та позитрону рівні, а електричні заряди рівні за абсолютною величиною, але протилежні за знаком.

Різні типи ядер називають нуклідами. Нуклід – вид атомів із даними числами протонів і нейтронів. У природі існують атоми одного і того ж елемента з різною атомною масою (масовим числом): 1735Cl, 1737Cl і т.д. Ядра цих атомів містять однакову кількість протонів, але різне число нейтронів. Різновиди атомів одного і того ж елемента, що мають однаковий заряд ядер, але різне масове число називаються ізотопами . Маючи однакову кількість протонів, але відрізняючись числом нейтронів, ізотопи мають однакову будову електронних оболонок, тобто. дуже близькі хімічні властивості і займають те саме місце в періодичній системі хімічних елементів.

Ізотопи позначають символом відповідного хімічного елемента з розташованим зверху ліворуч індексом А – масовим числом, іноді ліворуч унизу наводиться також число протонів (Z). Наприклад, радіоактивні ізотопи фосфору позначають 32 Р, 33 Р або 15 32 Р і 15 33 Р відповідно. При позначенні ізотопу без вказівки символу елемента наводиться масове число після позначення елемента, наприклад, фосфор – 32, фосфор – 33.

Більшість хімічних елементів має кілька ізотопів. Крім ізотопу водню 1 Н-протию, відомий важкий водень 2 Н-дейтерій та надважкий водень 3 Н-тритій. У урану 11 ізотопів, у природних сполуках їх три (уран 238, уран 235, уран 233). У них по 92 протони і відповідно 146,143 та 141 нейтрон.

В даний час відомо понад 1900 ізотопів 108 хімічних елементів. З них до природних відносяться всі стабільні (їх приблизно 280) та природні ізотопи, що входять до складу радіоактивних сімейств (їх 46). Інші відносяться до штучних, вони отримані штучним шляхом внаслідок різних ядерних реакцій.

Термін «ізотопи» слід застосовувати тільки в тих випадках, коли йдеться про атоми одного і того ж елемента, наприклад, ізотопи вуглецю 12 С і 14 С. Якщо маються на увазі атоми різних хімічних елементів, рекомендується використовувати термін «нукліди», наприклад радіонукліди 90 Sr, 131 J, 137 Cs.

.
У деяких поодиноких випадках можуть утворюватися короткоживучі екзотичні атоми, у яких замість нуклону ядром служать інші частинки.

Кількість протонів в ядрі називається його зарядовим числом Z (\displaystyle Z)- Це число дорівнює порядковому номеру елемента, до якого відноситься атом, в таблиці (Періодичної системи) елементів Менделєєва. Кількість протонів в ядрі визначає структуру електронної оболонки нейтрального атома і, таким чином, хімічні властивості відповідного елемента. Кількість нейтронів у ядрі називається його ізотопічним числом N (\displaystyle N). Ядра з однаковим числом протонів та різним числом нейтронів називаються ізотопами. Ядра з однаковим числом нейтронів, але різним числом протонів - називаються ізотонами. Терміни ізотоп та ізотон використовуються також стосовно атомів, що містять зазначені ядра, а також для характеристики нехімічних різновидів одного хімічного елемента. Повна кількість нуклонів в ядрі називається його масовим числом A (\displaystyle A) (A = N + Z (\displaystyle A = N + Z)) і приблизно дорівнює середній масі атома, зазначеної в таблиці Менделєєва. Нукліди з однаковим масовим числом, але різним протоннейтронним складом прийнято називати ізобарами.

Як і будь-яка квантова система, ядра можуть перебувати в метастабільному збудженому стані, причому в окремих випадках час життя такого стану обчислюється роками. Такі збуджені стани ядер називаються ядерними ізомерами.

Енциклопедичний YouTube

1 / 5

✪ Будова атомного ядра. Ядерні сили

✪ Ядерні сили Енергія зв'язку частинок в ядрі Розподіл ядер урану Ланцюгова реакція

✪ Ядерні реакції

✪ Ядерна фізика - Будова ядра атома v1

✪ ЯК ВЛАШЕНА АТОМНА БОМБА "Товстун"

Субтитри

Історія

Розсіяння заряджених частинок може бути пояснено, якщо припустити такий атом, який складається з центрального електричного заряду, зосередженого в точці і оточеного сферичним однорідним розподілом протилежної електрики рівної величини. При такому пристрої атома - і -частки, коли вони проходять на близькій відстані від центру атома, відчувають великі відхилення, хоча ймовірність такого відхилення мала.

Таким чином Резерфорд відкрив атомне ядро, з цього моменту і веде початок ядерна фізика, що вивчає будову та властивості атомних ядер.

Після виявлення стабільних ізотопів елементів, ядру найлегшого атома було відведено роль структурної частки всіх ядер. З 1920 року ядро ​​атома водню має офіційний термін - протон. У 1921 році Ліза-Мейтнер запропонувала першу, протон-електронну, модель будови атомного ядра, згідно з якою вона складається з протонів, електронів та альфа-часток:96. Однак у 1929 року відбулася «азотна катастрофа» - В.Гайтлер і Г.Герцберг встановили , що ядро ​​атома азоту підпорядковується статистиціБозе-Эйнштейна , а чи не статистиціФерми 7-дир. Таким чином, ця модель вступила в суперечність з експериментальними результатами вимірювань спинів та магнітних моментів ядер. У 1932 році Джеймсом Чедвіком була відкрита нова електрично нейтральна частка, названа нейтроном. Того ж року Іваненко та, незалежно, Гейзенберг висунули гіпотезу про протон-нейтронну структуру ядра. Надалі, з розвитком ядерної фізики та її додатків, цю гіпотезу було повністю підтверджено .

Теорії будови атомного ядра

У розвитку фізики висувалися різні гіпотези будови атомного ядра; Проте кожна з них здатна описати лише обмежену сукупність ядерних властивостей. Деякі моделі можуть взаємовиключати одна одну.

Найбільш відомими є такі:

• Крапельна, модель, ядра - запропонована в 1936 році Нільсом Бором.
• Оболонкова модель ядра - запропонована у 30-х роках XX століття.
• Узагальнена модель Бора – Моттельсона
• Кластерна модель ядра
• Модель нуклонних асоціацій
• Надплинна модель ядра
• Статистична модель ядра

Ядерно-фізичні характеристики

Вперше заряди атомних ядер визначив Генрі-Мозлі в 1913-му році. Свої експериментальні спостереження вчений інтерпретував залежністю довжини хвилі рентгенівського випромінювання від деякої константи Z (\displaystyle Z), що змінюється на одиницю від елемента до елемента і дорівнює одиниці водню:

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

A (\displaystyle a)і b (\displaystyle b)- Постійні.

З чого Мозлі зробив висновок, що знайдена в його дослідах константа атома, що визначає довжину хвилі характеристичного рентгенівського випромінювання і збігається з порядковим номером елемента, може бути лише зарядом атомного ядра, що стало відомо під назвою закон Мозлі .

Маса

Через різницю в числі нейтронів A − Z (\displaystyle A-Z)ізотопи елемента мають різну масу M (A, Z) (\displaystyle M(A,Z))що є важливою характеристикою ядра. У ядерній фізиці масу ядер прийнято вимірювати в атомних, одиницях маси. а. е. м.), за одну а. е. м. приймають 1/12 частина маси нукліду 12 C . Слід зазначити, що стандартна маса, яка зазвичай наводиться для нукліду – це маса нейтрального атома. Для визначення маси ядра потрібно від маси атома відняти суму мас всіх електронів (точніше значення вийде, якщо врахувати ще й енергію зв'язку електронів з ядром).

Крім того, в ядерній фізиці часто використовується енергетичний, еквівалент маси. Відповідно до співвідношення Ейнштейна, кожному значенню маси M (\displaystyle M)відповідає повна енергія:

E = M c 2 (\displaystyle E = Mc^(2)), де c (\displaystyle c)- швидкість світла у вакуумі.

Співвідношення між а. е. м. та її енергетичним еквівалентом у джоулях:

E 1 = 1 , 660539 ⋅ 10 − 27 ⋅ (2 , 997925 ⋅ 10 8) 2 = 1 , 492418 ⋅ 10 − 10 (\displaystyle E_(1)=1,6605 2,997925 \ cdot 10 ^ (8)) ^ (2) = 1,492418 \ cdot 10 ^ (-10)), E 1 = 931, 494 (\displaystyle E_(1)=931,494).

Радіус

Аналіз розпаду важких ядер уточнив оцінку Резерфорда та зв'язав радіус ядра з масовим числом простим співвідношенням:

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

де – константа.

Так як радіус ядра не є чисто геометричною характеристикою і пов'язаний насамперед з радіусом дії ядерних сил, то значення r 0 (\displaystyle r_(0))залежить від процесу, під час аналізу якого отримано значення R (\displaystyle R), усереднене значення r 0 = 1 , 23 ⋅ 10 − 15 (\displaystyle r_(0)=1,23\cdot 10^(-15))м, таким чином радіус ядра в метрах:

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

Моменти ядра

Як і його нуклони, ядро ​​має власні моменти.

Спін

Оскільки нуклони мають власний механічний момент, або спин, рівний 1/2 (\displaystyle 1/2), то ядра повинні мати механічні моменти. Крім того, нуклони беруть участь в ядрі в орбітальному русі, який також характеризується певним моментом кількості руху кожного нуклону. Орбітальні моменти набувають лише цілих чисел ℏ (\displaystyle \hbar )(Постійна Дірака). Всі механічні моменти нуклонів, як спини, так і орбітальні, підсумовуються алгебраїчно і складають спин ядра.

Незважаючи на те, що число нуклонів в ядрі може бути дуже велике, спини ядер зазвичай невеликі і становлять не більше кількох ℏ (\displaystyle \hbar )що пояснюється особливістю взаємодії однойменних нуклонів. Усі парні протони і нейтрони взаємодіють тільки так, що їхні спини взаємно компенсуються, тобто пари завжди взаємодіють із антипаралельними спинами. Сумарний орбітальний момент пари завжди дорівнює нулю. У результаті ядра, що складаються з парного числа протонів і парного числа нейтронів, немає механічного моменту. Відмінні від нуля спини існують тільки в ядер, що мають у своєму складі непарні нуклони, спин такого нуклону підсумовується з його орбітальним моментом і має якесь напівціле значення: 1/2, 3/2, 5/2. Ядра непарно-непарного складу мають цілі спини: 1, 2, 3 і т. д. .

Магнітний момент

Вимірювання спинів стали можливими завдяки наявності безпосередньо пов'язаних з ними магнітних моментів. Вони вимірюються в магнетонах і різні ядер рівні від -2 до +5 ядерних магнетонів. Через відносно велику масу нуклонів магнітні моменти ядер дуже малі порівняно з магнітними моментами електронів , тому їх вимір набагато складніший. Як і спини, магнітні моменти вимірюються спектроскопічними методами, найбільш точним є метод ядерного магнітного резонансу.

Магнітний момент парно-парних пар, як і спин, дорівнює нулю. Магнітні моменти ядер з непарними нуклонами утворюються власними моментами цих нуклонів і моментом, що з орбітальним рухом непарного протона .

Електричний квадрупольний момент

Атомні ядра, спин яких більше або дорівнює одиниці, мають відмінні від нуля квадрупольні моменти, що говорить про їх не точно сферичну форму. Квадрупольний момент має знак плюс, якщо ядро ​​витягнуте вздовж осі спина (веретеноподібне тіло), і знак мінус, якщо ядро ​​розтягнуте в площині, перпендикулярна до осі спина (чечевицеподібне тіло). Відомі ядра з позитивними та негативними квадрупольними моментами. Відсутність сферичної симетрії у електричного поля, створюваного ядром з ненульовим квадрупольним моментом, призводить до утворення додаткових енергетичних рівнів атомних електронів і появи в спектрах атомів ліній надтонкої структури, відстані між якими залежать від квадруполь.

Енергія зв'язку

Стійкість ядер

З факту зменшення середньої енергії зв'язку для нуклідів з масовими числами більше або менше 50-60 випливає, що для ядер з малими A (\displaystyle A)енергетично вигідний процес злиття - термоядерний синтез, що призводить до збільшення масового числа, а для ядер з великими A (\displaystyle A)- процес  розподілу. В даний час обидва ці процеси, що призводять до виділення енергії, здійснені, причому останній лежить в основі сучасної ядерної енергетики, а перший знаходиться в стадії розробки.

Детальні дослідження показали, що стійкість ядер також суттєво залежить від параметра N/Z (\displaystyle N/Z)- Відношення чисел нейтронів і протонів. В середньому для найбільш стабільних ядер N / Z ≈ 1 + 0.015 A 2 / 3 (\displaystyle N/Z\approx 1+0.015A^(2/3))тому ядра легких нуклідів найбільш стійкі при N ≈ Z (\displaystyle N\approx Z), а зі зростанням масового числа все більш помітним стає електростатичне відштовхування між протонами, і область стійкості зсувається убік N > Z (\displaystyle N>Z)(див. пояснювальний малюнок).

Якщо розглянути таблицю стабільних нуклідів, що зустрічаються в природі, можна звернути увагу на їх розподіл за парними та непарними значеннями Z (\displaystyle Z)і N (\displaystyle N). Усі ядра з непарними значеннями цих величин є ядрами легких нуклідів 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))). Серед ізобар з непарними A, як правило, стабільний лише один. У разі парних A (\displaystyle A)часто зустрічаються по два, три і більш стабільні ізобари, отже, найбільш стабільні парно-парні, найменш - непарно-непарні. Це явища свідчить про те, що як нейтрони, так і протони виявляють тенденцію групуватися парами з антипаралельними спинами, що призводить до порушення плавності вищеописаної залежності енергії зв'язку від A (\displaystyle A) .

Таким чином, парність числа протонів або нейтронів створює деякий запас стійкості, який призводить до можливості існування кількох стабільних нуклідів, що відрізняються відповідно за кількістю нейтронів для ізотопів і протонів для ізотонів. Також парність числа нейтронів у складі важких ядер визначає їх здатність ділитися під впливом нейтронів.

Ядерні сили

Ядерні сили - це сили, що утримують нуклони в ядрі, що є великими силами тяжіння, що діють лише на малих відстанях. Вони мають властивості насичення, у зв'язку з чим ядерним силам приписується обмінний характер (за допомогою пі-мезонів). Ядерні сили залежить від спина, не залежить від електричного заряду і є центральними силами .

Рівні ядра

На відміну від вільних частинок, для яких енергія може приймати будь-які значення (так званий безперервний спектр), пов'язані частинки (тобто частинки, кінетична енергія яких менша за абсолютне значення потенційної), згідно з квантовою механікою, можуть перебувати в станах тільки з певними дискретними значеннями енергій , Так званий дискретний спектр. Так як ядро ​​- система пов'язаних нуклонів, воно має дискретний спектр енергій. Зазвичай воно знаходиться в найнижчому енергетичному стані, що називається основним. Якщо передати ядру енергію, воно перейде в збуджений стан.

Розташування енергетичних рівнів ядра у першому наближенні:

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

D (\displaystyle D)- Середня відстань між рівнями,

E ∗ (\displaystyle E^(*))- енергія збудження ядра,

A (\displaystyle a)і b (\displaystyle b)- Коефіцієнти, постійні для даного ядра:

A (\displaystyle a)- середня відстань між першими збудженими рівнями (для легких ядер приблизно 1 МеВ, для важких – 0,1 МеВ)

Задовго до появи достовірних даних про внутрішній устрій всього сущого грецькі мислителі уявляли собі матерію у вигляді найдрібніших вогняних частинок, які перебували у постійному русі. Ймовірно, це бачення світового устрою речей було виведено з суто логічних висновків. Незважаючи на деяку наївність та абсолютну бездоказовість цього твердження, воно виявилося вірним. Хоча підтвердити сміливу здогад вчені змогли лише через двадцять три століття.

Будова атомів

Наприкінці ХІХ століття було досліджено властивості розрядної трубки, якою пропущений струм. Спостереження показали, що при цьому випромінюється два потоки частинок:

Негативні частинки катодних променів було названо електронами. Надалі частинки з тим самим ставленням заряду до маси були виявлені в багатьох процесах. Електрони здавалися універсальними складовими різних атомів, які досить легко відокремлювалися при бомбардуванні іонів і атомів.

Частинки, що несуть позитивний заряд, представлялися уламками атомів після втрати ними одного або кількох електронів. Насправді позитивні промені були групи атомів, позбавлених негативних частинок, і внаслідок цього мають позитивний заряд.

Модель Томпсона

На підставі дослідів було з'ясовано, що позитивні та негативні частинки становили суть атома, були його складовими. Англійський вчений Дж. Томсон запропонував свою теорію. На його думку, будова атома та атомного ядра являли собою певну масу, в якій негативні заряди були втиснуті в позитивно заряджену кулю, як родзинки в кекс. Компенсація зарядів робила «кекс» електрично нейтральним.

Модель Резерфорда

Молодий американський вчений Резерфорд, аналізуючи треки, що залишилися після альфа-частинок, дійшов висновку, що модель Томпсона недосконала. Деякі альфа-частинки відхилялися на невеликі кути - 5-10 o . У поодиноких випадках альфа-частинки відхилялися великі кути в 60-80 o , а виняткових випадках кути були дуже великими - 120-150 o . Модель атома Томпсона не могла пояснити такої різниці.

Резерфорд пропонує нову модель, що пояснює будову атома та атомного ядра. Фізика процесів стверджує, що атом повинен бути порожній на 99%, з крихітним ядром і електронами, що обертаються навколо нього, що рухаються по орбітах.

Відхилення при ударах пояснює тим, що частинки атома мають власні електричні заряди. Під впливом бомбардують заряджених частинок атомні елементи поводяться як прості заряджені тіла в макросвіті: частинки з однаковими зарядами відштовхуються одна від одної, а з протилежними - притягуються.

Стан атомів

На початку минулого століття, коли були запущені перші прискорювачі елементарних частинок, всі теорії, що пояснювали будову атомного ядра і самого атома, чекали на експериментальну перевірку. На той час були вже досконало вивчені взаємодії альфа- та бета-променів з атомами. Аж до 1917 року вважалося, що атоми чи стабільні, чи радіоактивні. Стабільні атоми не можна розщепити, розпад радіоактивних ядер неможливо контролювати. Але Резерфорду вдалося спростувати цю думку.

Перший протон

У 1911 році Е. Резерфорд висунув ідею про те, що всі ядра складаються з однакових елементів, основою яких є атом водню. На цю ідею вченого наштовхнув важливий висновок попередніх вивчень будови речовини: маси всіх хімічних елементів діляться на масу водню. Нове припущення відкривало небачені можливості, що дозволяють по-новому бачити будову атомного ядра. Ядерні реакції мали підтвердити чи спростувати нову гіпотезу.

Досліди проводились у 1919 році з атомами азоту. Бомбардуючи їх альфа-частинками, Резерфорд добився дивовижного результату.

Атом N поглинув альфа-частку, перетворився після цього на атом кисню Про 17 і випустив ядро ​​водню. Це стало першим штучним перетворенням атома одного елемента на інший. Подібний досвід вселяв надію, що будова атомного ядра, фізика існуючих процесів дозволяють здійснювати й інші ядерні перетворення.

Вчений використав у своїх дослідах метод сцинтиляції – спалаху. За частотою спалахів він робив висновки про те, яким є склад і будова атомного ядра, про характеристики народжених частинок, про їхню атомну масу і порядковий номер. Невідома частка названа Резерфордом протоном. Вона мала всі характеристики атома водню, позбавленого єдиного електрона - одиночний позитивний заряд і відповідну масу. Таким чином було доведено, що протон і ядро ​​водню є одними й тими самими частинками.

У 1930 році, коли були побудовані та запущені перші великі прискорювачі, модель атома Резерфорда вдалося перевірити та довести: кожен атом водню складається з одинокого електрона, положення якого неможливо визначити, та пухкого атома з самотнім позитивним протоном усередині. Оскільки при бомбардуванні з атома можуть влітати протони, електрони та альфа-частинки, вчені думали, що вони є складовими будь-якого ядра атома. Але подібна модель атома ядра здавалася нестійкою - електрони були надто великі для того, щоб уміщатися в ядрі, крім цього, існували серйозні труднощі, пов'язані з порушенням закону кількості руху та збереження енергії. Ці два закони, як суворі бухгалтери, говорили про те, що кількість руху та маса під час бомбардування зникають у невідомому напрямку. Оскільки ці закони були загальноприйнятими, слід було знайти пояснення для такого витоку.

Нейтрони

Вчені всього світу ставили експерименти, створені задля відкриття нових складових ядер атомів. У 1930-х роках німецькі фізики Беккер та Боте бомбардували атоми берилію альфа-частинками. При цьому було зареєстровано невідоме випромінювання, яке було вирішено назвати променями G. Детальні дослідження розповіли про деякі особливості нових променів: вони могли поширюватися строго по прямій, не взаємодіяли з електричними і магнітними полями, мали високу проникаючу здатність. Пізніше частинки, що утворюють цей вид випромінювання, були знайдені при взаємодії альфа-часток з іншими елементами - бором, хромом та іншими.

Гіпотеза Чедвіка

Тоді Джеймс Чедвік, колега та учень Резерфорда, у журналі «Нейчур» дав коротке повідомлення, яке пізніше стало загальновідомим. Чедвік звернув увагу на той факт, що суперечності в законах збереження легко вирішуються, якщо припустити, що нове випромінювання є потоком нейтральних частинок, кожна з яких має масу приблизно рівну масі протона. Розглядаючи це, фізики істотно доповнили гіпотезу, що пояснює будову атомного ядра. Коротко суть доповнень зводилася до нової частки та її ролі у будові атома.

Властивості нейтрону

Виявлену частинку було дано ім'я «нейтрон». Нововідкриті частинки не утворювали навколо себе електромагнітні поля, легко проходили через речовину, не втрачаючи при цьому енергії. При рідкісних зіткненнях з легкими ядрами атомів нейтрон може вибити з атома ядро, втрачаючи при цьому значну частину своєї енергії. Будова атомного ядра передбачала наявність різної кількості нейтронів у кожній речовині. Атоми з однаковим зарядом ядра, але з різною кількістю нейтронів одержали назву ізотопів.

Нейтрони послужили чудовою заміною альфа-частинкам. Нині саме їх використовують у тому, щоб вивчити будову атомного ядра. Коротко їхнє значення для науки описати неможливо, але саме завдяки бомбардуванню нейтронами атомних ядер фізики змогли отримати ізотопи практично всіх відомих елементів.

Склад ядра атома

В даний час будова атомного ядра є сукупністю протонів і нейтронів, скріплених між собою ядерними силами. Наприклад, ядро ​​гелію є грудочкою з двох нейтронів і двох протонів. Легкі елементи мають практично рівну кількість протонів і нейтронів, у важких елементів кількість нейтронів значно більша.

Така картина будови ядра підтверджується експериментами на сучасних великих прискорювачах із швидкими протонами. Електричні сили відштовхування протонів врівноважуються ядреними силами, які діють лише у самому ядрі. Хоча природа ядерних сил ще остаточно не вивчена, їх існування є практично доведеним і цілком пояснює будову атомного ядра.

Зв'язок маси та енергії

У 1932 камера Вільсона зобразила дивовижний фотознімок, що доводить існування позитивних заряджених частинок, з масою електрона.

До цього позитивні електрони були теоретично передбачені П. Діраком. Реальний позитивний електрон виявили також у космічному випромінюванні. Нову частинку назвали позитроном. При зіткненні зі своїм двійником – електроном, відбувається анігіляція – взаємне знищення двох частинок. При цьому звільняється певна кількість енергії.

Таким чином, теорія, розроблена для макросвіту, повністю підходила для опису поведінки найдрібніших елементів речовини.

Атомне ядро- Це центральна частина атома, що складається з протонів і нейтронів (які разом називаються нуклонами).

Ядро було відкрито Е. Резерфордом у 1911 р. при дослідженні проходження α -Частинок через речовину. Виявилося, що майже вся маса атома (99,95%) зосереджена у ядрі. Розмір атомного ядра має порядок величини 10 -1 3 -10 - 12 см, що у 10 000 разів менше розміру електронної оболонки.

Запропонована Е. Резерфордом планетарна модель атома та експериментальне спостереження ним ядер водню, вибитих α -частинками з ядер інших елементів (1919-1920 рр.), Привели вченого до уявлення про протоні. Термін протон було введено на початку 20-х рр. XX ст.

Протон (від грец. protons- Перший, символ p) - Стабільна елементарна частка, ядро ​​атома водню.

Протон- Позитивно заряджена частка, заряд якої за абсолютною величиною дорівнює заряду електрона e= 1,6 · 10 -1 9 Кл. Маса протона в 1836 разів більша за масу електрона. Маса спокою протону m р= 1,6726231 · 10 -27 кг = 1,007276470 а.о.м.

Другою частинкою, що входить до складу ядра, є нейтрон.

Нейтрон (від лат. neuter- ні той, ви інший, символ n) - це еле-ментарна частка, яка не має заряду, тобто нейтральна.

Маса нейтрону у 1839 разів перевищує масу електрона. Маса нейтрону майже дорівнює (трохи більше) масі протона: маса спокою вільного нейтрону m n= 1,6749286 · 10 -27 кг = 1,0008664902 а.о.м. і перевищує масу протона па 2,5 маси електрона. Нейтрон, наряду з протоном під загальною назвою нуклонвходить до складу атомних ядер.

Нейтрон було відкрито 1932 р. учнем Еге. Резерфорда Д. Чедвігом під час бомбардування берилію α -частинками. Випромінювання, що виникає при цьому, з великою проникаючою здатністю (долало перешкоду зі свинцевої пластини товщиною 10-20 см) посилювало свою дію при проходженні через парафінову пластину (див. малюнок). Оцінка енергії цих частинок по треках у камері Вільсона, зроблена подружжям Жоліо-Кюрі, і додаткові спостереження дозволили виключити початкове припущення, що це γ -Кванти. Велика проникаюча здатність нових частинок, названих нейтронами, пояснювалася їх електронейтральністю. Адже заряджені частинки активно взаємодіють із речовиною та швидко втрачають свою енергію. Існування нейтронів було передбачено Е. Резерфордом за 10 років до дослідів Д. Чедвіга. При попаданні α -Частинок в ядра берилію відбувається наступна реакція:

Тут символ нейтрона; заряд його дорівнює нулю, а відносна атомна маса приблизно дорівнює одиниці. Нейтрон - нестабільна частка: вільний нейтрон за час ~ 15 хв. розпадається на протон, електрон та нейтрино - частинку, позбавлену маси спокою.

Після відкриття Дж. Чедвіком нейтрона у 1932 р. Д. Іваненко та В. Гейзенберг незалежно один від одного запропонували протонно-нейтронну (нуклонну) модель ядра. Відповідно до цієї моделі, ядро ​​складається з протонів і нейтронів. Число протонів Zзбігається з порядковим номером елемента в таблиці Д. І. Менделєєва.

Заряд ядра Qвизначається числом протонів Z, що входять до складу ядра, і кратний абсолютну величину заряду електрона e:

Q = + Ze.

Число Zназивається зарядовим числом ядраабо атомним номером.

Масовим числом ядра Аназивається загальна кількість нуклонів, тобто протонів і нейтронів, що містяться в ньому. Число нейтронів у ядрі позначається буквою N. Таким чином, масове число дорівнює:

А = Z+N.

Нуклонам (протону і нейтрону) приписується масове число, що дорівнює одиниці, електрону - нульове значення.

Подання про склад ядра сприяло також відкриття ізотопів.

Ізотопи (від грец. isos- рівний, однаковий і topoa- місце) - це різновиди атомів одного і того ж хімічного елемента, атомні ядра яких мають однакову кількість протонів ( Z) та різна кількість нейтронів ( N).

Ізотопами називаються також ядра таких атомів. Ізотопи є нуклідамиодного елемента. Нуклід (від лат. Nucleus- ядро) - будь-яке атомне ядро ​​(відповідно атом) із заданими числами Zі N. Загальне позначення нуклідів має вигляд ……. де X- Символ хімічного елемента, A = Z + N- Масове число.

Ізотопи займають одне і те ж місце в Періодичній системі елементів, звідки і відбулася їхня назва. За своїми ядерними властивостями (наприклад, за здатністю вступати в ядерні реакції) ізотопи зазвичай істотно відрізняються. Хімічні (b майже так само фізичні) властивості ізотопів однакові. Це тим, що хімічні властивості елемента визначаються зарядом ядра, оскільки він впливає структуру електронної оболонки атома.

Винятком є ​​ізотопи легенів. Ізотопи водню 1 Н — протий, 2 Н— дейтерій, 3 Н — тритійнастільки сильно відрізняються за масою, що і їх фізичні та хімічні властивості різні. Дейтерій стабільний (тобто не радіоактивний) і входить як невелика домішка (1: 4500) у звичайний водень. При поєднанні дейтерію з киснем утворюється важка вода. Вона за нормального атмосферного тиску кипить при 101,2 °З замерзає при +3,8 ºС. Тритій β -Радіоактивний з періодом напіврозпаду близько 12 років.

Усі хімічні елементи мають ізотопи. Деякі елементи мають лише нестабільні (радіоактивні) ізотопи. Для всіх елементів штучно отримані радіоактивні ізотопи.

Ізотопи урану.У елемента урану є два ізотопи - з масовими числами 235 і 238. Ізотоп становить всього 1/140 частина від більш поширеного.

Хроматин

1) гетерохроматин;

2) еухроматін.

Гетерохроматин

Структурний

Факультативний

Еухроматін

а) гістоновими білками;

б) негістоновими білками.

Ё Гістонові білки (гістони

Ё Негістонові білки

Ядрішко

Розмір - 1-5 мкм.

ЕФорма - сферична.

Гранулярний компонент

Фібрилярний

Ядерна оболонка

1. Зовнішня ядерна мембрана (m. nuclearis externa),

Внутрішня ядерна мембрана

ЕФункції:

Каріоплазма

Репродукція клітин

Ядерний апарат

Ядро є у всіх еукаріотичних клітинах, за винятком зрілих еритроцитів і ситоподібних трубок рослин. Клітини зазвичай мають одне ядро, але іноді зустрічаються багатоядерні клітини.

Ядро буває кулястої чи овальної форми.

У деяких клітинах трапляються сегментовані ядра. Розміри ядер - від 3 до 10 мкм у діаметрі. Ядро необхідне життя клітини. Воно регулює активність клітини. У ядрі зберігається спадкова інформація, що міститься в ДНК. Ця інформація завдяки ядру при розподілі клітини передається дочірнім клітинам. Ядро визначає специфічність білків, що синтезуються в клітині. У ядрі міститься безліч білків, необхідні забезпечення його функцій. У ядрі синтезується РНК.

Клітинне ядроскладається з оболонки, ядерного соку, одного або декількох ядерців та хроматину.

Функціональна роль ядерної оболонкиполягає в відокремленні генетичного матеріалу (хромосом)еукаріотичної клітини від цитоплазми з властивими їй численними метаболічними реакціями, а також регулювання двосторонніх взаємодій ядра і цитоплазми. Ядерна оболонка складається з двох мембран – зовнішньої та внутрішньої, між якими розташовується навколоядерний (перинуклеарний) простором. Останнє може повідомлятися з канальцями цитоплазматичної мережі. Зовнішня мембранаядерна оболонка безпосередньо контактує з цитоплазмою клітини, має ряд структурних особливостей, що дозволяють віднести її до власне мембранної системи ЕПР. На ній знаходиться велика кількість рибосом, як і на мембранах ергастоплазми. Внутрішня мембрана ядерної оболонки рибосом на своїй поверхні не має, але структурно пов'язана з ядерною ламіною- Фіброзним периферичним шаром ядерного білкового матриксу.

У ядерній оболонці є ядерні поридіаметром 80-90 нм, які утворюються за рахунок численних зон злиття двох ядерних мембран і є як би округлими, наскрізними перфораціями всієї ядерної оболонки. Пори відіграють важливу роль у перенесенні речовин у цитоплазму та з неї. Ядерний поровий комплекс (ЯПК)з діаметром близько 120 нм має певну будову (складається з понад 1000 білків – нуклеопоринів, маса яких у 30 разів більша, ніж рибосома), що вказує на складний механізм регуляції ядерно-цитоплазматичних переміщень речовин та структур. У процесі ядерно-цитоплазматичного транспорту ядерні пори функціонують як деяке молекулярне сито, пропускаючи частинки певного розміру пасивно, за градієнтом концентрації (іони, вуглеводи, нуклеотиди, АТФ, гормони, білки до 60 кДа). Пори є постійними утвореннями. Число пір збільшується в період найбільшої ядерної активності. Кількість пір залежить від функціонального стану клітини. Що синтетична активність у клітині, то більше вписувалося їх число. Підраховано, що у нижчих хребетних тварин в еритробластах, де інтенсивно утворюється та накопичується гемоглобін, на 1 мкм2 ядерної оболонки припадає близько 30 пір. У зрілих еритроцитах названих тварин, які зберігають ядра, на 1 мкг оболонки залишається до п'яти, тобто. у 6 разів менше.

В області перового комплексу починається так звана щільна платівка - білковий шар, що підстилає протягом усього внутрішню мембрану ядерної оболонки. Ця структура виконує передусім опорну функцію, оскільки за її наявності форма ядра зберігається у разі руйнації обох мембран ядерної оболонки. Припускають також, що закономірний зв'язок з речовиною щільної платівки сприяє упорядкованому розташуванню хромосом в інтерфазному ядрі.

Ядерний сік (каріоплазмаабо матрикс)- Внутрішній вміст ядра, являє собою розчин білків, нуклеотидів, іонів, більш в'язкий, ніж гіалоплазма. У ньому також присутні фібрилярні білки. У каріоплазмі знаходяться ядерця та хроматин. Ядерний сік утворює внутрішнє середовище ядра, у зв'язку з чим він відіграє у забезпеченні нормального функціонування генетичного матеріалу. У складі ядерного соку присутні нитчасті,або фібрилярні, білки,з якими пов'язане виконання опорної функції: у матриксі знаходяться також первинні продукти транскрипції генетичної інформації - гетероядерні РНК (гяРНК), які тут же піддаються процесингу, перетворюючись на мРНК.

Ядрішко– обов'язковий компонент ядра, що виявляються в інтерфазних ядрах і являють собою дрібні тільця, кулястої форми. Ядерця мають більшу щільність, ніж ядро. У ядерцях відбувається синтез рРНК, інших видів РНК та утворення субодиниць. рибосом. Виникнення ядерців пов'язане з певними зонами хромосом, які називаються ядерцевими організаторами. Число ядерців визначається числом ядерцевих організаторів. Вони містяться гени рРНК. Гени рРНК займають певні ділянки (залежно від виду тварини) однієї або кількох хромосом (у людини 13-15 та 21-22 пари) - ядерцеві організатори, у сфері яких і утворюються ядерця. Такі ділянки у метафазних хромосомах виглядають як звуження та називаються вторинними перетяжками. За допомогою електронного мікроскопа в ядерці виявляють нитчастий та зернистий компоненти. Нитчастий (фібрилярний) компонент представлений комплексами білка та гігантських молекул РНК-попередниць, з яких потім утворюються дрібніші молекули зрілих рРНК. У процесі дозрівання фібрили перетворюються на рибонуклеопротеїнові зерна (гранули), якими представлений зернистий компонент.

Хроматинові структури у вигляді глибок,розсіяних у нуклеоплазмі, є інтерфазною формою існування хромосомклітини.

Рибосома - це округла рибонуклеопротеїнова частка діаметром 20-30 нм. Рибосоми відносять до немембранних органелів клітини. На рибосомах здійснюється з'єднання амінокислотних залишків поліпептидні ланцюжки (синтез білка). Рибосоми дуже малі та численні.

Вона складається з малої та великої субодиниць, об'єднання яких відбувається у присутності матричної (інформаційної) РНК (мРНК). У малу субодиницю входять молекули білка та одна молекула рибосомальної РНК (рРНК), у другу – білки та три молекули рРНК. Білок і рРНК по масі в рівних кількостях беруть участь у освіті рибосом. рРНК синтезується в ядерці.

Одна молекула мРНК зазвичай поєднує кілька рибосом на кшталт нитки намиста. Таку структуру називають полісомою.Полісоми вільно розташовуються в основному речовині цитоплазми або прикріплені до мембран шорсткої цитоплазматичної мережі. В обох випадках вони є місцем активного синтезу білка. Порівняння співвідношення кількості вільних і прикріплених до мембран полісом в ембріональних недиференційованих та пухлинних клітинах, з одного боку, і в спеціалізованих клітинах дорослого організму – з іншого, привело до висновку, що на полісомах гіалоплазми утворюються білки для власних потреб (для домашнього користування) цієї клітини, тоді як на полісомах гранулярної мережі синтезуються білки, що виводяться з клітини та використовуються на потреби організму (наприклад, травні ферменти, білки грудного молока). Рибосоми можуть вільно перебувати в цитоплазмі або бути пов'язаними з ендоплазматичною мережею, входячи до складу шорсткої ЕПС Білки, що утворилися на рибосомах, з'єднаних з мембраною ЕПС, зазвичай надходять у цистерни ЕПС. Білки, які синтезуються на вільних рибосомах, залишаються в гіалоплазмі. Наприклад, на вільних рибосомах синтезується гемоглобін в еритроцитах. У мітохондріях, пластидах і клітинах прокаріотів також присутні рибосоми.

Попередня11121314151617181920212223242526Наступна

ПОДИВИТИСЯ ЩЕ:

Структура ядра та його хімічний склад

До складу ядра входить хроматин, ядерце, каріоплазма (нуклеоплазма), ядерна оболонка.

У клітині, яка ділиться, у більшості випадків є одне ядро, але зустрічаються клітини, які мають два ядра (20% клітин печінки двоядерні), а також багатоядерні (остеокласти кісткової тканини).

Розміри - коливаються від 3-4 до 40 мкм.

Кожен тип клітини характеризується постійним співвідношенням обсягу ядра до цитоплазми. Таке співвідношення зветься індексу Гертвінга. Залежно від значення цього індексу клітини поділяються на дві групи:

1. ядерні - індекс Гертвінга має більше значення;

2. Цитоплазматичні - індекс Гертвінга має незначні значення.

ЕФорма - може бути сферичної, паличкоподібної, бобоподібної, кільцеподібної, сегментованої.

ЕЛокалізація - ядро ​​завжди локалізується в певному місці клітини. Наприклад, у циліндричних клітинах шлунка воно знаходиться у базальному положенні.

Ядро в клітині може перебувати у двох станах:

а) мітотичний (під час поділу);

б) інтерфазному (між розподілами).

У живій клітині інтерфазне ядро ​​має вигляд оптично порожнього, виявляється лише ядерце. Структури ядра у вигляді ниток, зерен можна спостерігати тільки при дії на клітину факторів, що ушкоджують, коли вона переходить у стан паранекрозу (прикордонний стан між життям і смертю). З цього стану клітина може повернутися до нормального життя або загинути. Після загибелі клітини морфологічно, в ядрі розрізняють такі зміни:

1) каріопікноз - ущільнення ядра;

2) каріорексіс - розкладання ядра;

3) каріолізис – розчинення ядра.

Функції: 1) зберігання та передача генетичної інформації,

2) біосинтез білка; 3) утворення субодиниць рибосом.

Хроматин

Хроматин (від грецьк. сhroma - колір фарба) - це основна структура інтерфазного ядра, яка дуже добре фарбується основними барвниками та обумовлює для кожного типу клітин хроматиновий малюнок ядра.

Завдяки здатності добре офарблюватися різними барвниками і особливо основними цей компонент ядра і отримав назву "хроматин" (Флеммінг 1880).

Хроматин є структурним аналогом хромосом і в інтерфазному ядрі є несучими ДНК тільця.

Морфологічно розрізняють два види хроматину:

1) гетерохроматин;

2) еухроматін.

Гетерохроматин(Heterochromatinum) відповідає частково конденсованим в інтерфазі ділянкам хромосом і є функціонально неактивним. Цей хроматин дуже добре забарвлюється, і саме його можна бачити на гістологічних препаратах.

Гетерохроматин у свою чергу поділяється на:

1) структурний; 2) факультативний.

Структурнийгетерохроматин представляє ділянки хромосом, які постійно перебувають у конденсованому стані.

Факультативнийгетерохроматин - це гетерохроматин, здатний деконденсуватися і перетворюватися на еухроматин.

Еухроматін- Це деконденсовані в інтерфазі ділянки хромосом. Це робочий функціонально активний хроматин. Цей хроматин не забарвлюється та не виявляється на гістологічних препаратах.

Під час мітозу весь еухроматин максимально конденсується та входить до складу хромосом. У цей час хромосоми не виконують жодних синтетичних функцій. У зв'язку з цим хромосоми клітин можуть перебувати у двох структурно-функціональних станах:

1) активному (робочому), іноді вони частково або повністю деконденсовані і за їх участю в ядрі відбуваються процеси транскрипції та редуплікації;

2) неактивний (неробочий, метаболічний спокій), коли вони максимально конденсовані виконують функцію розподілу та перенесення генетичного матеріалу в дочірні клітини.

Іноді в окремих випадках ціла хромосома в період інтерфази може залишатися в конденсованому стані, при цьому вона має вигляд гладкого гетерохроматину. Наприклад, одна з Х-хромосом соматичних клітин жіночого організму підлягає гетерохроматизації на початкових стадіях ембріогенезу (під час дроблення) та не функціонує. Цей хроматин називається статевим хроматином або тільцями Барра.

У різних клітинах статевий хроматин має різний вигляд:

а) у нейтрофільних лейкоцитах - вид барабанної палички;

б) в епітеліальних клітинах слизової оболонки - вид напівсферичної глибки.

Визначення статевого хроматину використовується для встановлення генетичної статі, а також визначення кількості Х-хромосом в каріотипі індивіда (воно дорівнює кількості тілець статевого хроматину +1).

При електронно-мікроскопічних дослідженнях встановлено, що препарати виділеного інтерфазного хроматину містять елементарні хромосомні фібрили товщиною 20-25 нм, які складаються з фібрил товщиною 10 нм.

У хімічному відношенні фібрили хроматину є складними комплексами дезоксирибонуклеопротеїдів, до складу яких входять:

б) спеціальні хромосомні білки;

Кількісне співвідношення ДНК, білка та РНК становить 1:1,3:0,2. Перед ДНК в препараті хроматину припадає 30-40%. Довжина індивідуальних лінійних молекул ДНК коливається в непрямих межах і може сягати сотень мікрометрів і навіть сантиметрів. Сумарна довжина молекул ДНК у всіх хромосомах однієї клітини людини становить близько 170 см, що відповідає 6х10-12г.

Білки хроматину становлять 60-70% від його сухої маси та представлені двома групами:

а) гістоновими білками;

б) негістоновими білками.

Ё Гістонові білки (гістони) - лужні білки, що містять основні амінокислоти (головним чином лізин, аргінін) розташовуються нерівномірно у вигляді блоків за довжиною молекули ДНК. Один блок містить 8 молекул гістонів, які утворюють нуклеосому. Розмір нуклеосоми близько 10 нм. Нуклеосома утворюється шляхом компактизації та надспіралізації ДНК, що призводить до скорочення довжини хромосомної фібрили приблизно в 5 разів.

Ё Негістонові білкистановлять 20% від кількості гістонів і в інтерфазних ядрах утворюють усередині ядра структурну мережу, яка зветься ядерним білковим матриксом. Цей матрикс є основою, яка визначає морфологію та метаболізм ядра.

Перихроматинові фібрили мають товщину 3-5 нм, гранули мають діаметр 45нм та інтерхроматинові гранули мають діаметр 21-25 нм.

Ядрішко

Ядрішко (nucleolus) - найщільніша структура ядра, яка добре видно в живій незабарвленій клітині і є похідним хромосоми, одним з її локусів з найбільш високою концентрацією та активним синтезом РНК в інтерфазі, але не є самостійною структурою чи органелою.

Розмір - 1-5 мкм.

ЕФорма - сферична.

Ядрішко має неоднорідну структуру. У світловому мікроскопі видно його тонковолокнисту організацію.

Електронна мікроскопія дозволяє виявити два основні компоненти:

а) гранулярний; б) фібрилярний.

Гранулярний компонентпредставлений гранулами з діаметром 15-20 нм, це дозрівають субодиниці рибосом. Іноді гранулярний компонент утворює нитчасті структури – нуклеолонеми, завтовшки близько 0,2 мкм. Локалізується гранулярний компонент периферії.

Фібрилярнийкомпонент є рибонуклеопротеїдні тяжі попередників рибосом, які зосереджені в центральній частині ядерця.

Ультраструктура ядерець залежить від активності синтезу РНК: при високому рівні синтезу в ядерці виявляється велика кількість гранул, при припиненні синтезу кількість гранул знижується і ядерця перетворюються на щільні фібрилярні тяжі базофільної природи.

Ядерна оболонка

Ядерна оболонка (nuclolemma) складається з:

Фізика атомного ядра. склад ядра.

Зовнішня ядерна мембрана (m. nuclearis externa),

2.Внутрішньої мембрани (m. nuclearis interna), які розділені перинуклеарним простором або цистерної ядерної оболонки (cisterna nucleolemmae), завширшки 20-60 нм.

Кожна мембрана має товщину 7-8нм. Загалом ядерна оболонка нагадує порожнистий двошаровий мішок, який відокремлює вміст ядра від цитоплазми.

Зовнішня мембрана ядерної оболонки, яка безпосередньо контактує з цитоплазмою клітини, має цілу низку структурних особливостей, які дозволяють віднести її до власне мембранної системи ендоплазматичної мережі. До таких особливостей відноситься: наявність на ній з боку гіалоплазми численних полірибосом, а сама зовнішня ядерна мембрана може прямо переходити до мембран гранулярної ендоплазматичної мережі. Поверхня зовнішньої ядерної мембрани у більшості тварин і рослинних клітин не є гладкою і утворює різні розміри вирости у бік цитоплазми у вигляді пухирців або довгих трубчастих утворень.

Внутрішня ядерна мембранапов'язана з хромосомним матеріалом ядра. З боку каріоплазми до внутрішньої ядерної мембрани прилягає так званий шар фібриляра, що складається з фібрил, але він характерний не для всіх клітин.

Ядерна оболонка не є суцільною. Найбільш характерними структурами ядерної оболонки є ядерні пори. Ядерні пори утворюються внаслідок злиття двох ядерних мембран. При цьому формуються округлі наскрізні отвори (перфорації, annulus pori), які мають діаметр близько 80-90 нм. Ці отвори ядерної оболонки заповнені складноорганізованими глобулярними та фібрилярними структурами. Сукупність мембранних перфорацій та цих структур одержала назву комплексу пори (complexus pori). Комплекс пори складається з трьох рядів гранул по вісім штук у кожному ряду, діаметр гранул 25 нм, від цих гранул відходять фібрилярні відростки. Гранули розташовуються на межі отвору в ядерній оболонці: один ряд лежить з боку ядра, другий з боку цитоплазми, третій у центральній частині пори. Фібрили, що відходять від периферичних гранул, можуть сходитися в центрі і створювати, як перегородку, діафрагму поперек пори (diaphragma pori). Розміри часу у цієї клітини зазвичай стабільні. Кількість ядерних пір залежить від метаболічної активності клітин: чим інтенсивніше синтетичні процеси в клітині, тим більше часу на одиницю поверхні клітинного ядра.

ЕФункції:

1. Бар'єрна - відокремлює вміст ядра від цитоплазми, обмежує вільний транспорт макромолекул між ядром та цитоплазмою.

2. Створення внутрішньоядерного порядку - фіксація хромосомного матеріалу тривимірному просвіті ядра.

Каріоплазма

Каріоплазма – це рідка частина ядра, в якій розташовуються ядерні структури, вона є аналогом гіалоплазми у цитоплазматичній частині клітини.

Репродукція клітин

Одним із найбільш важливих біологічних явищ, що відображає загальні закономірності і є невід'ємною умовою існування біологічних систем протягом досить тривалого періоду часу є репродукція (відтворення) їхнього клітинного складу. Розмноження клітин, згідно з клітинною теорією, здійснюється шляхом поділу вихідної. Це становище є одним із основних у клітинній теорії.

Ядро (nucleus) клітини

ФУНКЦІЇ ЯДРУ

Хроматин –

Хромосоми

яких входять:

– гістонові білки

- Невеликі кількості РНК;

Ядерний матрикс

Складається з 3 компонентів:

стиляє ядерну оболонку.

Що таке ядро ​​- це в біології: властивості та функції

Внутрішньодерна мережа (кістя).

3. «Залишкове» ядерце.

Вона складається з:

- Зовнішньої ядерної мембрани;

Нуклеоплазма (каріоплазма)- Рідкий компонент ядра, в якому розташовуються хроматин і ядерця. Містить воду та ряд

Ядрішко

Дата публікації: 2015-02-03; Прочитано: 1053 | Порушення авторського права сторінки

Ядро (nucleus) клітини- система генетичної детермінації та регуляції білкового синтезу.

ФУНКЦІЇ ЯДРУ

● зберігання та підтримання спадкової інформації

● реалізація спадкової інформації

Ядро складається з хроматину, ядерця, каріоплазми (нуклеоплазми) та ядерної оболонки, що відокремлює його від цитоплазми.

Хроматин –це зони щільної речовини в ядрі, яке хо-

рошо сприймає різні барвники, особливо основні.

У клітинах, що не діляться, хроматин виявляється у вигляді глибок і гранул, що є інтерфазною формою існування хромосом.

Хромосоми– фібрили хроматину, що є складними комплексами дезоксирибонуклеопротеїдів (ДНП), до складу

яких входять:

– гістонові білки

– негістонові білки – становлять 20%, це ферменти, виконують структурну та регуляторну функції;

- Невеликі кількості РНК;

- Невеликі кількості ліпідів, полісахаридів, іонів металу.

Ядерний матрикс– є каркасною внутрішньоядерною системою.

мій, що поєднує основою для хроматину, ядерця, ядерної оболонки. Ця структурна мережа є основою, що визначає морфологію і метаболізм ядра.

Складається з 3 компонентів:

1. Ламіну (A, B, C) – периферичний фібрилярний шар, під-

стиляє ядерну оболонку.

2. Внутрішньодеревна мережа (кістя).

3. «Залишкове» ядерце.

Ядерна оболонка (каріолема)- Це оболонка, що відокремлює вміст ядра від цитоплазми клітини.

Вона складається з:

- Зовнішньої ядерної мембрани;

– внутрішньої ядерної мембрани, між якими знаходиться перинуклеарний простір;

– двомембранна ядерна оболонка має поровий комплекс.

Нуклеоплазма (каріоплазма)- Рідкий компонент ядра, в якому розташовуються хроматин і ядерця.

Ядро. Компоненти ядра

Містить воду та ряд

розчинених та зважених у ній речовин: РНК, глікопротеїнів,

іонів, ферментів, метаболітів.

Ядрішко- Найщільніша структура ядра, утворено спеціалізованими ділянками - петлями хромосом, які називаються ядерцевими організаторами.

Виділяють 3 компоненти ядерця:

1. Фібрилярний компонент є первинними транскриптами р-РНК.

2. Гранулярний компонент являє собою скупчення перед-

шанувальників субодиниць рибосом.

3. Аморфний компонент – ділянки ядерцевого організатора,

Дата публікації: 2015-02-03; Прочитано: 1052 | Порушення авторського права сторінки

studopedia.org - Студопедія. Орг - 2014-2018 рік. (0.001 с) ...

Ядро як основний регуляторний компонент клітки. Його будова та функції.

Ядро - обов'язкова частина клітин еукаріотів. Це основний регуляторний компонент клітини. Воно відповідає за зберігання та передачу спадкової інформації, керує всіма обмінними процесами у клітині . Чи не органоїд, а компонент клітини.

Ядро складається з:

1) ядерну оболонку (ядерну мембрану), через пори якої здійснюється обмін між ядром клітини та цитоплазмою.

2) ядерний сік, або каріоплазму,- напіврідку, слабо фарбується плазматичну масу, що заповнює всі ядра клітини і містить у собі інші компоненти ядра;

3) хромосоми, які у ядрі, що не поділяється, видно тільки за допомогою спеціальних методів мікроскопії. Сукупність хромосом клітини називається до аріотипом.Хроматин на пофарбованих препаратах клітини є мережею тонких тяжів (фібрил), дрібних гранул або глибок.

4) одне або кілька сферичних тілець - ядерців, що є спеціалізованою частиною ядра клітини та пов'язані з синтезом рибонуклеїнової кислоти та білків.

два стани ядра:

1. інтерфазне ядро ​​має ядер. оболонку-каріолему.

2. ядро ​​при поділах клітини. є тільки хроматин у різному стані.

ядерця включають дві зони:

1. внутрішня-фібрилярна-молекул білка і пре РНК

2. зовнішня-гранулярна-формують субодиниці рибосом.

Оболонка ядра і двох мембран, розділених перинуклеарным простором. Обидві вони пронизані численними порами, завдяки яким можливий обмін речовин між ядром і цитоплазмою.

Основні компоненти ядра - хромосоми, утворені з молекули ДНК та різних білків. У світловому мікроскопі вони добре помітні лише під час клітинного поділу (мітозу, мейозу). У клітині, що не ділиться, хромосоми мають вигляд довгих тонких ниток, розподілених по всьому об'єму ядра.

Основні функції клітинного ядра такі:

1. зберігання інформації;
2. передача інформації в цитоплазму за допомогою транскрипції, тобто синтезу переносної інформації та-РНК;
3. передача інформації дочірнім клітинам при реплікації - розподілі клітин та ядер.
4. регулює біохімічні, фізіологічні та морфологічні процеси у клітині.

У ядрі відбувається реплікація- подвоєння молекул ДНК, а також транскрипція– синтез молекул РНК на матриці ДНК. У ядрі ж синтезовані молекули РНК зазнають деяких модифікацій (наприклад, у процесі сплайсингз молекул матричної РНК виключаються незначні, безглузді ділянки), після чого виходять у цитоплазму . Складання рибосомтакож відбувається в ядрі, у спеціальних утвореннях, які називаються ядерцями. Компартмент для ядра - каріотека - утворений за рахунок розширення і злиття один з одним цистерн ендоплазматичної мережі таким чином, що у ядра утворилися подвійні стінки за рахунок вузьких компартментів ядерної оболонки, що оточують його. Порожнина ядерної оболонки називається люменомабо перинуклеарним простором. Внутрішня поверхня ядерної оболонки підстилається ядерною ламіною- Жорсткою білковою структурою, утвореною білками-ламінами, до якої прикріплені нитки хромосомної ДНК. У деяких місцях внутрішня та зовнішня мембрани ядерної оболонки зливаються та утворюють так звані ядерні пори, через які відбувається матеріальний обмін між ядром та цитоплазмою.

12. Двомембранні органоїди (мітохондрії, пластиди). Їх будова та функції.

Мітохондрії - це структури округлої або паличкоподібної, часто розгалуженої форми товщиною 0,5 мкм і довжиною зазвичай до 5-10 мкм.

Оболонка мітохондрій складається з двох мембран, що розрізняються за хімічним складом, набором ферментів та функцій. Внутрішня мембранаутворює вп'ячування листоподібної (кристи) або трубчастої (тубули) форми. Простір, обмежений внутрішньою мембраною, становить матрикс органели. У ньому за допомогою електронного мікроскопа виявляються зерна діаметром 20-40 нм. Вони накопичують іони кальцію та магнію, а також полісахариди, наприклад, глікоген.
У матриксі розміщено свій апарат біосинтезу білка органели. Він представлений 2-6 копіями кільцевої та позбавленої гістонів (як у прокаріотів) молекули ДНК, рибосомами, набором транспортних РНК (тРНК), ферментами редуплікації ДНК, транскрипції та трансляції спадкової інформації. Головна функціямітохондрій полягає в ферментативному вилученні з певних хімічних речовин енергії (шляхом їх окислення) і накопиченні енергії в формі, що біологічно використовується (шляхом синтезу молекул аденозинтрифосфату -АТФ). Загалом цей процес називається окисним фосфорилюванням. Серед побічних функцій мітохондрій можна назвати участь у синтезі стероїдних гормонів та деяких амінокислот (глутамінова).

Пластиди – це напівавтономні (можуть існувати відносно автономно від ядерної ДНК клітини) двомембранні органоїди, характерні для еукаріотних фотосинтезуючих організмів. Розрізняють три основні типи пластид: хлоропласти, хромопласти та лейкопласти.Сукупність пластид у клітці називаютьпластидомом . Кожен їх цих типів за певних умов може переходити один до одного. Як і мітохондрії, пластиди містять власні молекули ДНК. Тому вони також здатні розмножуватися незалежно від поділу клітини. Пластиди характерні лише рослинних клітин.

Хлоропласти.Довжина хлоропластів коливається не більше від 5 до 10 мкм, діаметр - від 2 до 4 мкм. Хлоропласти обмежені двома мембранами. Зовнішня мембрана гладка, внутрішня має складну складчасту структуру. Найменша складка називається т ілакоїдом. Група тилакоїдів, покладених на зразок стопки монет, називається г раною. Грани зв'язуються один з одним сплощеними каналами - ламелами.У мембрани тилакоїдів вбудовані фотосинтетичні пігменти та ферменти, що забезпечують синтез АТФ. Головним фотосинтетичним пігментом є хлорофіл, який обумовлює зелений колір хлоропластів.

Внутрішній простір хлоропластів заповнений крутий. У стромі є кільцева гола ДНК, рибосоми, ферменти циклу Кальвіна, зерна крохмалю. Усередині кожного тилакоїда знаходиться протонний резервуар, відбувається накопичення Н+. Хлоропласти, також як мітохондрії, здатні до автономного розмноження шляхом поділу надвоє. Хлоропласти нижчих рослин називають хроматофор.

Лейкопласти. Зовнішня мембрана гладка, внутрішня утворює нечисленні тілакоїди. У стромі є кільцева «гола» ДНК, рибосоми, ферменти синтезу та гідролізу запасних поживних речовин. Пігментів відсутні. Особливо багато лейкопластів мають клітини підземних органів рослини (коріння, бульби, кореневища та ін.) .). Амілопласти-синтезують та накопичують крохмаль , елайопласти- олії , протеїнопласти- Білки. В тому самому лейкопласті можуть накопичуватися різні речовини.

Хромопласти.Зовнішня мембрана гладка, внутрішня або гладка, або утворює одиничні тилакоїди. У стромі є кільцева ДНК та пігменти - каротиноїди, що надають хромопластам жовте, червоне або помаранчеве забарвлення. Форма накопичення пігментів різна: у вигляді кристалів, розчинених у ліпідних краплях та ін. Хромопласти вважаються кінцевою стадією розвитку пластид.

Пластиди можуть взаємно перетворюватися один на одного: лейкопласти – хлоропласти – хромопласти.

Одномембранні органоїди (ЕПС, апарат Гольджі, лізосоми). Їх будова та функції.

Канальцеваі вакуолярна системиутворені сполученими або окремими трубчастими або сплощеними (цистерна) порожнинами, обмеженими мембранами і клітини, що розповсюджуються по всій цитоплазмі. У названій системі виділяють шорсткуі гладку цитоплазматичну мережу. Особливість будови шорсткої мережі полягає у прикріпленні до її мембран полісом. В силу цього вона виконує функцію синтезу певної категорії білків, переважно видаляються з клітини, наприклад секретуються клітинами залоз. В області шорсткої мережі відбувається утворення білків та ліпідів цитоплазматичних мембран, а також їх складання. Щільно упаковані в шарувату структуру цистерни шорсткої мережі є ділянками найбільш активного синтезу білка і називаються ергастоплазмою.

Мембрани гладкої цитоплазматичної мережі позбавлені полісу. Функціонально ця мережа пов'язана з обміном вуглеводів, жирів та інших речовин небілкової природи, наприклад, стероїдних гормонів (у статевих залозах, кірковому шарі надниркових залоз). По канальцях і цистернах відбувається переміщення речовин, зокрема секретованого залізистою клітиною матеріалу, від місця синтезу в зону упаковки гранули. У ділянках печінкових клітин, багатих структурами гладкої мережі, руйнуються та знешкоджуються шкідливі токсичні речовини, деякі ліки (барбітурати). У бульбашках і канальцях гладкої мережі поперечно-смугастої мускулатури зберігаються (депонуються) іони кальцію, що відіграють важливу роль у процесі скорочення.

Комплекс Гольджі-є стопкою плоских мембранних мішечків, які називаються цистернами. Цистерни повністю ізольовані одна від одної та не з'єднуються між собою. По краях від цистерн відгалужуються численні трубочки та бульбашки. Від ЕПС іноді відшнуровуються вакуолі (бульбашки) з синтезованими речовинами, які переміщуються до комплексу Гольджі і з'єднуються з ним. Речовини, синтезовані в ЕПС, ускладнюються та накопичуються у комплексі Гольджі. Функції комплексу Гольджі :1- У цистернах комплексу Гольджі відбувається подальше хімічне перетворення та ускладнення речовин, що надійшли до нього з ЕПС. Наприклад, формуються речовини, необхідні оновлення мембрани клітини (глікопротеїди, гліколіпіди), полісахариди.

2- У комплексі Гольджі відбувається накопичення речовин та їх тимчасове «зберігання»

3- Утворені речовини "упаковуються" у бульбашки (у вакуолі) і в такому вигляді переміщаються по клітині.

4- У комплексі Гольджі утворюються лізосоми (сферичні органоїди з ферментами, що розщеплюють).

Лізосоми- дрібні сферичні органоїди, стінки яких утворені одинарною мембраною; містять літичні(Розщеплюючі) ферменти. Спочатку лізосоми, що відшнурувалися від комплексу Гольджі, містять неактивні ферменти. За певних умов їх ферменти активізуються. При злитті лізосоми з фагоцитозною або піноцитозною вакуолю утворюється травна вакуоля, в якій відбувається внутрішньоклітинне перетравлення різних речовин.

Функції лізосом :1- Здійснюють розщеплення речовин, поглинених внаслідок фагоцитозу та піноцитозу. Біополімери розщеплюються до мономерів, які надходять у клітину та використовуються на її потреби.

Ядро та його структурні компоненти

Наприклад, вони можуть бути використані для синтезу нових органічних речовин або можуть бути піддані подальшому розщепленню для отримання енергії.

2- руйнують старі, пошкоджені, надлишкові органоїди. Розщеплення органоїдів може відбуватися під час голодування клітини.

Вакуолі- сферичні одномембранні органоїди, що являють собою резервуари води та розчинених у ній речовин. До вакуолів відносяться: фагоцитозні та піноцитозні вакуолі, травні вакуолі, бульбашки, що відшнуровуються від ЕПС та комплексу Гольджі Вакуолі тваринної клітини - дрібні, численні, але їх обсяг не перевищує 5% всього обсягу клітини. Їхня основна функція транспорт речовин по клітині, здійснення взаємозв'язку між органоїдами.

У клітині рослин частку вакуолей доводиться до 90% обсягу.

У зрілій рослинній клітині вакуоля одна займає центральне положення. Мембрана вакуолі рослинної клітини – тонопласт, її вміст – клітинний сік. Функції вакуолей у рослинній клітині: підтримка клітинної оболонки у напрузі, накопичення різних речовин, у тому числі відходів життєдіяльності клітини. Вакуолі постачають воду для процесів фотосинтезу. Можуть входити:

- Запасні речовини, які можуть використовуватися самою клітиною (органічні кислоти, амінокислоти, цукру, білки). - речовини, що виводяться з обміну речовин клітини та накопичуються у вакуолі (феноли, дубильні речовини, алкалоїди та ін.) - фітогормони, фітонциди,

- пігменти (фарбуючі речовини), які надають клітинному соку пурпуровий, червоний, синій, фіолетовий колір, а іноді жовтий або кремовий. Саме пігменти клітинного соку забарвлюють пелюстки квіток, плоди, коренеплоди.

14. Нембранні органоїди (мікротрубочки, клітинний центр, рибосоми). Їх будова та функції.Рибосома - Немембранний органоїд клітини, що здійснює біосинтез білка. Складається з двох субодиниць — малої та великої. Рибосома складається з 3-4 молекул р-РНК, що утворюють її каркас, та кількох десятків молекул різних білків. Рибосоми синтезуються в ядерці. У клітині рибосоми можуть розташовуватись на поверхні гранулярної ЕПС або в гіалоплазмі клітини у вигляді полісом. Полісома -це комплекс і-РНК та кількох рибосом, які зчитують з неї інформацію. Функція рибосом- Біосинтез білка. Якщо рибосоми розташовуються на ЕПС, то білки, що синтезуються ними, використовуються на потреби всього організму, рибосоми гіалоплазми синтезують білки на потреби самої клітини. Рибосоми прокаріотів дрібніші, ніж рибосоми еукаріотів. Такі ж дрібні рибосоми знаходяться в мітохондріях та пластидах.

Мікротрубочки - Порожнисті циліндричні структури клітини, що складаються з нескоротного білка тубуліна. Мікротрубочки не здатні до скорочення. Стіни мікротрубочки утворені 13 нитками білка тубуліна. Мікротрубочки розташовуються у товщі гіалоплазми клітин.

Вії та джгутики - Органоїди руху. Головна функція - пересування клітин або переміщення вздовж клітин навколишньої рідини або частинок. У багатоклітинному організмі вії характерні для епітелію дихальних шляхів, маткових труб, а джгутики для сперматозоїдів. Вії та джгутики відрізняються тільки розмірами — джгутики довші. В їх основі - мікротрубочки, розташовані за системою 9(2) + 2. Це означає, що 9 подвійних мікротрубочок (дуплетів) утворюють стінку циліндра, в центрі якого розташовуються 2 одиночні мікротрубочки. Опорою вій і джгутиків є базальні тільця. Базальне тільце має циліндричну форму, утворено 9 трійками (триплетами) мікротрубочок, у центрі базального тільця мікротрубочок немає.

Кл еточний центр — Мітотичний центр, постійна структура майже всіх тварин і деяких рослинних клітин, визначає полюси клітини, що ділиться (див. Мітоз) . Клітинний центр зазвичай складається з двох центріолей – щільних гранул розміром 0,2-0,8 мкм,розташованих під прямим кутом один до одного. При утворенні мітотичного апарату центріолі розходяться до полюсів клітини, визначаючи орієнтування веретена поділу клітини. Тому правильніше К. ц. називати мітотичним центром, відображаючи цим його функціональне значення, тим більше, що лише в деяких клітинах К. ц. розташований у її центрі. У результаті розвитку організму змінюються як становище До. ц. у клітинах, і форма його. При розподілі клітини кожна з дочірніх клітин отримує кілька центріолей. Процес їхнього подвоєння відбувається частіше наприкінці попереднього клітинного поділу. Виникнення низки патологічних форм поділу клітини пов'язані з ненормальним розподілом До. ц.