Jaké komponenty jsou součástí jádra? Struktura atomového jádra Složení atomových jader stručně

Atom se skládá z kladně nabitého jádra a elektronů, které jej obklopují. Atomová jádra mají rozměry přibližně 10 -14 ... 10 -15 m (lineární rozměry atomu jsou 10 -10 m).

Atomové jádro se skládá z elementárních částic - protony a neutrony. Proton-neutronový model jádra navrhl ruský fyzik D. D. Ivanenko a následně jej vyvinul W. Heisenberg.

Proton ( R) má kladný náboj rovný náboji elektronu a klidovou hmotnost T p = 1,6726∙10 -27 kg 1836 m E, Kde m Ehmotnost elektronu. Neutron ( n) – neutrální částice s klidovou hmotností m n= 1,6749∙10 -27 kg 1839T E ,. Hmotnost protonů a neutronů se často vyjadřuje v jiné jednotce – atomových hmotnostních jednotkách (amu, jednotka hmotnosti rovna 1/12 hmotnosti atomu uhlíku
). Hmotnosti protonu a neutronu jsou přibližně jedna atomová hmotnostní jednotka. Protony a neutrony se nazývají nukleony(z lat. jádrojádro). Celkový počet nukleonů v atomovém jádře se nazývá hmotnostní číslo A).

Poloměry zárodků se zvyšují s rostoucím hmotnostním číslem v souladu se vztahem R= 1,4A 1/3 10 -13 cm.

Experimenty ukazují, že jádra nemají ostré hranice. Ve středu jádra je určitá hustota jaderné hmoty a s rostoucí vzdáleností od středu postupně klesá až k nule. Vzhledem k absenci jasně definované hranice jádra je jeho „poloměr“ definován jako vzdálenost od středu, ve které je hustota jaderné hmoty poloviční. Průměrná distribuce hustoty hmoty pro většinu jader se ukazuje být více než jen sférická. Většina jader je deformována. Často mají jádra tvar protáhlých nebo zploštělých elipsoidů

Charakterizuje se atomové jádro nabítze, Kde Zčíslo poplatku nucleus, který se rovná počtu protonů v jádře a shoduje se s pořadovým číslem chemického prvku v Mendělejevově periodické tabulce prvků.

Jádro je označeno stejným symbolem jako neutrální atom:
, Kde X- symbol chemického prvku, Zatomové číslo (počet protonů v jádře), Ahmotnostní číslo (počet nukleonů v jádře). Hmotnostní číslo A přibližně rovna hmotnosti jádra v atomových hmotnostních jednotkách.

Vzhledem k tomu, že atom je neutrální, náboj na jádře Z určuje počet elektronů v atomu. Jejich rozložení mezi stavy v atomu závisí na počtu elektronů. Jaderný náboj určuje specifika daného chemického prvku, to znamená, že určuje počet elektronů v atomu, konfiguraci jejich elektronových obalů, velikost a povahu vnitroatomového elektrického pole.

Jádra se stejnými čísly náboje Z, ale s různými hmotnostními čísly A(tj. s různým počtem neutronů N = A – Z), se nazývají izotopy a jádra se stejným A, ale jiný Z – izobary. Například vodík ( Z= l) má tři izotopy: N – protium ( Z= l, N= 0), N – deuterium ( Z= l, N= 1), N – tritium ( Z= l, N= 2), cín - deset izotopů atd. V naprosté většině případů mají izotopy stejného chemického prvku stejné chemické a téměř totožné fyzikální vlastnosti.

E, MeV

Energetické hladiny

a pozorovali přechody pro atomové jádro boru

Kvantová teorie přísně omezuje energie, které mohou mít jednotlivé části jader. Soubory protonů a neutronů v jádrech mohou být pouze v určitých diskrétních energetických stavech charakteristických pro daný izotop.

Když elektron přejde z vyššího do nižšího energetického stavu, energetický rozdíl je emitován jako foton. Energie těchto fotonů je v řádu několika elektronvoltů. U jader leží energie hladin v rozmezí přibližně od 1 do 10 MeV. Při přechodech mezi těmito hladinami jsou emitovány fotony o velmi vysokých energiích (γ kvanta). Pro ilustraci takových přechodů na Obr. 6.1 ukazuje prvních pět úrovní jaderné energie
.Svislé čáry označují pozorované přechody. Například γ-kvantum s energií 1,43 MeV je emitováno, když jádro přechází ze stavu s energií 3,58 MeV do stavu s energií 2,15 MeV.

Atomové jádro je centrální část atomu, skládající se z protonů a neutronů (společně tzv nukleony).

Jádro objevil E. Rutherford v roce 1911 při studiu přenosu α -částice prostřednictvím hmoty. Ukázalo se, že téměř celá hmotnost atomu (99,95 %) je soustředěna v jádře. Velikost atomového jádra je řádově 10 -1 3 -10 - 12 cm, což je 10 000x menší než velikost elektronového obalu.

Planetární model atomu navržený E. Rutherfordem a jeho experimentální pozorování vodíkových jader vyřazeno α -částice z jader jiných prvků (1919-1920), přivedly vědce k myšlence proton. Termín proton byl zaveden na počátku 20. let 20. století.

Proton (z řečtiny. protony- za prvé, symbol p) je stabilní elementární částice, jádro atomu vodíku.

Proton- kladně nabitá částice, jejíž absolutní náboj se rovná náboji elektronu E= 1,6.10-19Cl. Hmotnost protonu je 1836krát větší než hmotnost elektronu. Protonová klidová hmota m r= 1,6726231 · 10 -27 kg = 1,007276470 amu

Druhá částice obsažená v jádře je neutron.

Neutron (z lat. neutrální- ani jeden, ani druhý symbol n) je elementární částice, která nemá náboj, tedy neutrální.

Hmotnost neutronu je 1839krát větší než hmotnost elektronu. Hmotnost neutronu je téměř stejná (o něco větší) jako hmotnost protonu: zbytková hmotnost volného neutronu m n= 1,6749286 · 10-27 kg = 1,0008664902 am.u. a převyšuje hmotnost protonu o 2,5 násobek hmotnosti elektronu. Neutron spolu s protonem pod obecným názvem nukleon je součástí atomových jader.

Neutron byl objeven v roce 1932 studentem E. Rutherforda D. Chadwigem při bombardování berylia α -částice. Výsledné záření s vysokou penetrační schopností (překonalo bariéru z olověného plátu o tloušťce 10-20 cm) zesílilo svůj účinek při průchodu parafínovým plátem (viz obrázek). Posouzení energie těchto částic ze stop v oblačné komoře provedené párem Joliot-Curie a další pozorování umožnily vyloučit původní předpoklad, že γ -kvanta. Větší penetrační schopnost nových částic, nazývaných neutrony, byla vysvětlena jejich elektrickou neutralitou. Nabité částice totiž aktivně interagují s hmotou a rychle ztrácejí svou energii. Existenci neutronů předpověděl E. Rutherford 10 let před experimenty D. Chadwiga. Při zásahu α -částice do jader berylia dochází k následující reakci:

Zde je symbol pro neutron; jeho náboj je nulový a jeho relativní atomová hmotnost je přibližně rovna jednotce. Neutron je nestabilní částice: volný neutron v čase ~ 15 minut. se rozpadá na proton, elektron a neutrino - částici postrádající klidovou hmotnost.

Po objevu neutronu J. Chadwickem v roce 1932 D. Ivanenko a V. Heisenberg nezávisle navrhli protonový-neutronový (nukleonový) model jádra. Podle tohoto modelu se jádro skládá z protonů a neutronů. Počet protonů Z se shoduje s pořadovým číslem prvku v tabulce D.I. Mendělejeva.

Základní náboj Q určeno počtem protonů Z, zahrnutý v jádře, a je násobkem absolutní hodnoty elektronového náboje E:

Q = +Ze.

Číslo Z volal nábojové číslo jádra nebo protonové číslo.

Hmotnostní číslo jádra A je celkový počet nukleonů, tedy protonů a neutronů v něm obsažených. Počet neutronů v jádře je označen písmenem N. Hmotnostní číslo je tedy:

A = Z + N.

Nukleonům (proton a neutron) je přiřazeno hmotnostní číslo rovné jedné a elektronu hmotnostní číslo nula.

Myšlenka na složení jádra byla také usnadněna objevem izotopy.

Izotopy (z řečtiny. isos- stejný, stejný a topoa- místo) jsou odrůdy atomů stejného chemického prvku, jejichž atomová jádra mají stejný počet protonů ( Z) a různé počty neutronů ( N).

Jádra takových atomů se také nazývají izotopy. Izotopy jsou nuklidy jeden prvek. Nuklid (z lat. jádro- jádro) - libovolné atomové jádro (respektive atom) s danými čísly Z A N. Obecné označení nuklidů je……. Kde X- symbol chemického prvku, A = Z + N- hmotnostní číslo.

Izotopy zaujímají stejné místo v periodické tabulce prvků, odkud pochází jejich název. Izotopy se zpravidla výrazně liší svými jadernými vlastnostmi (například schopností vstupovat do jaderných reakcí). Chemické (a téměř ve stejné míře fyzikální) vlastnosti izotopů jsou stejné. To se vysvětluje skutečností, že chemické vlastnosti prvku jsou určeny nábojem jádra, protože právě tento náboj ovlivňuje strukturu elektronového obalu atomu.

Výjimkou jsou izotopy lehkých prvků. Izotopy vodíku 1 N — protium, 2 N— deuterium, 3 N — tritium Liší se tak hmotností, že se jejich fyzikální a chemické vlastnosti liší. Deuterium je stabilní (tj. není radioaktivní) a je obsaženo jako malá nečistota (1:4500) v běžném vodíku. Když se deuterium spojí s kyslíkem, vznikne těžká voda. Při normálním atmosférickém tlaku vře při 101,2 °C a mrzne při +3,8 °C. Tritium β -radioaktivní s poločasem rozpadu asi 12 let.

Všechny chemické prvky mají izotopy. Některé prvky mají pouze nestabilní (radioaktivní) izotopy. Pro všechny prvky byly uměle získány radioaktivní izotopy.

Izotopy uranu. Prvek uran má dva izotopy - s hmotnostními čísly 235 a 238. Izotop je pouze 1/140 běžnějšího izotopu.

Chromatin

1) heterochromatin;

2) euchromatin.

Heterochromatin

Strukturální

Volitelný

Euchromatin

a) histonové proteiny;

b) nehistonové proteiny.

Jo Histonové proteiny (histony

Jo Nehistonové proteiny

Nucleolus

Velikost - 1-5 mikronů.

Tvar je kulový.

Granulovaná složka

Fibrilární

Jaderný obal

1. Vnější jaderná membrána (m. nuclearis externa),

Vnitřní jaderná membrána

ЁFunkce:

karyoplazma

Reprodukce buněk

Jaderná aparatura

Jádro je přítomno ve všech eukaryotických buňkách, s výjimkou zralých červených krvinek a rostlinných sítových trubic. Buňky mají obvykle jedno jádro, ale někdy se vyskytují i vícejaderné buňky.

Jádro je kulovitého nebo oválného tvaru.

Některé buňky mají segmentovaná jádra. Velikosti jader jsou od 3 do 10 mikronů v průměru. Jádro je nezbytné pro život buňky. Reguluje buněčnou aktivitu. V jádře jsou uloženy dědičné informace obsažené v DNA. Tato informace se díky jádru přenáší do dceřiných buněk při buněčném dělení. Jádro určuje specificitu proteinů syntetizovaných v buňce. Jádro obsahuje mnoho proteinů nezbytných k zajištění jeho funkcí. RNA je syntetizována v jádře.

Buněčné jádro skládá se z obal, jaderná míza, jedno nebo více jadérek a chromatin.

Funkční role jaderný obal sestává z izolace genetického materiálu (chromozomy) eukaryotické buňky z cytoplazmy s jejími četnými metabolickými reakcemi, jakož i regulací bilaterálních interakcí mezi jádrem a cytoplazmou. Jaderný obal se skládá ze dvou membrán - vnější a vnitřní, mezi kterými se nachází perinukleární (perinukleární) prostor. Ten může komunikovat s tubuly cytoplazmatického retikula. Vnější membrána Jaderná membrána je v přímém kontaktu s cytoplazmou buňky a má řadu strukturních znaků, které ji umožňují připsat samotnému membránovému systému ER. Obsahuje velké množství ribozomů, stejně jako na membránách ergastoplazmy. Vnitřní membrána jaderného obalu nemá na svém povrchu ribozomy, ale je strukturálně spojena s jaderná lamina– vláknitá periferní vrstva matrice jaderného proteinu.

Jaderný obal obsahuje jaderné póry o průměru 80-90 nm, které jsou vytvořeny v důsledku četných zón fúze dvou jaderných membrán a představují jakoby zaoblené perforace celé jaderné membrány. Póry hrají důležitou roli při transportu látek do a z cytoplazmy. Komplex jaderných pórů (NPC) o průměru asi 120 nm má specifickou strukturu (skládá se z více než 1000 proteinů - nukleoporiny, jehož hmotnost je 30krát větší než ribozom), což ukazuje na složitý mechanismus regulace jaderně-cytoplazmatických pohybů látek a struktur. V procesu jaderně-cytoplazmatického transportu fungují jaderné póry jako jakési molekulární síto, pasivně propouštějící částice určité velikosti po koncentračním gradientu (ionty, sacharidy, nukleotidy, ATP, hormony, proteiny do 60 kDa). Póry nejsou trvalé útvary. V období největší jaderné aktivity se počet pórů zvyšuje. Počet pórů závisí na funkčním stavu buňky. Čím vyšší je syntetická aktivita v buňce, tím větší je jejich počet. Odhaduje se, že u nižších obratlovců v erytroblastech, kde se intenzivně tvoří a akumuluje hemoglobin, je asi 30 pórů na 1 μm2 jaderné membrány. Ve zralých erytrocytech těchto zvířat, které si ponechávají jádra, zůstává na 1 μg membrány až pět pórů, tzn. 6krát méně.

V oblasti komplexu peří tzv hustá deska - proteinová vrstva ležící pod celou vnitřní membránou jaderného obalu. Tato struktura plní především podpůrnou funkci, neboť v její přítomnosti je zachován tvar jádra i při zničení obou membrán jaderného obalu. Předpokládá se také, že pravidelné spojení s látkou husté laminy podporuje uspořádané uspořádání chromozomů v interfázovém jádře.

Jaderná šťáva (karyoplazma) nebo matice)– vnitřní obsah jádra je roztok bílkovin, nukleotidů, iontů, viskóznější než hyaloplazma. Obsahuje také fibrilární proteiny. Karyoplazma obsahuje jadérka a chromatin. Jaderná míza tvoří vnitřní prostředí jádra, a proto hraje důležitou roli při zajišťování normálního fungování genetického materiálu. Jaderná šťáva obsahuje vláknitý, nebo fibrilární, proteiny, s nímž je spojen výkon podpůrné funkce: matrice obsahuje také primární transkripční produkty genetické informace - heteronukleární RNA (hnRNA), které se zde také zpracovávají a mění se na mRNA.

Nucleolus- povinná součást jádra, nachází se v mezifázových jádrech a jsou to malá tělíska, kulovitého tvaru. Nukleoly jsou hustší než jádro. Syntéza rRNA, jiných typů RNA a tvorba podjednotek probíhá v jadérkách ribozomy. Vzhled jadérek je spojen s určitými zónami chromozomů nazývanými nukleolární organizéry. Počet jadérek je určen počtem nukleolárních organizátorů. Obsahují geny rRNA. rRNA geny obsazují určité úseky (v závislosti na typu zvířete) jednoho nebo několika chromozomů (u lidí je to 13-15 a 21-22 párů) - nukleární organizátory, v jehož oblasti se tvoří jadérka. Takové oblasti v metafázových chromozomech vypadají jako zúžení a jsou tzv sekundární zúžení. Pomocí elektronového mikroskopu se v jadérku identifikují vláknité a granulární složky. Vláknitou (fibrilární) složku představují komplexy proteinu a obřích prekurzorových molekul RNA, ze kterých se pak tvoří menší molekuly zralé rRNA. Během procesu zrání se fibrily přeměňují na ribonukleoproteinová zrna (granule), která představují granulární složku.

Chromatinové struktury ve formě shluků, rozptýlené v nukleoplazmě jsou mezifázovou formou existence chromozomy buňky.

Ribozom - je to kulatá ribonukleoproteinová částice o průměru 20-30 nm. Ribozomy jsou klasifikovány jako nemembránové buněčné organely. Ribozomy spojují aminokyselinové zbytky do polypeptidových řetězců (syntéza proteinů). Ribozomy jsou velmi malé a četné.

Skládá se z malých a velkých podjednotek, k jejichž kombinaci dochází v přítomnosti messenger RNA (mRNA). Malá podjednotka obsahuje proteinové molekuly a jednu molekulu ribozomální RNA (rRNA), druhá obsahuje proteiny a tři molekuly rRNA. Protein a rRNA se hmotnostně ve stejném množství podílejí na tvorbě ribozomů. rRNA je syntetizována v jadérku.

Jedna molekula mRNA obvykle spojuje několik ribozomů dohromady jako řetězec kuliček. Tato struktura se nazývá polysome. Polysomy jsou volně umístěny v hlavní látce cytoplazmy nebo připojeny k membránám hrubého cytoplazmatického retikula. V obou případech slouží jako místo aktivní syntézy proteinů. Srovnání poměru počtu volných a membránově připojených polysomů v embryonálních nediferencovaných a nádorových buňkách na jedné straně a ve specializovaných buňkách dospělého organismu na straně druhé vedlo k závěru, že proteiny se tvoří na hyaloplazmě. polysomy pro vlastní potřebu (pro „domácí“ použití) dané buňky, zatímco na polyzomech granulární sítě jsou syntetizovány proteiny, které jsou z buňky odstraněny a použity pro potřeby těla (například trávicí enzymy, prsa mléčné bílkoviny). Ribozomy mohou být volné v cytoplazmě nebo mohou být spojeny s endoplazmatickým retikulem a jsou součástí hrubého ER.Proteiny vytvořené na ribozomech připojených k membráně ER obvykle vstupují do cisteren ER. Proteiny syntetizované na volných ribozomech zůstávají v hyaloplazmě. Například hemoglobin je syntetizován v červených krvinkách na volných ribozomech. Ribozomy jsou také přítomny v mitochondriích, plastidech a prokaryotických buňkách.

Předchozí11121314151617181920212223242526Další

VIDĚT VÍC:

Struktura jádra a jeho chemické složení

Jádro zahrnuje chromatin, jadérko, karyoplazmu (nukleoplazmu) a jaderný obal.

V buňce, která se dělí, je ve většině případů jedno jádro, ale existují buňky, které mají dvě jádra (20 % jaterních buněk je dvoujaderných) a také vícejaderné (osteoklasty kostní tkáně).

Rozměry se pohybují od 3-4 do 40 mikronů.

Každý buněčný typ je charakterizován konstantním poměrem objemu jádra k objemu cytoplazmy. Tento poměr se nazývá Hertwingův index. V závislosti na hodnotě tohoto indexu jsou buňky rozděleny do dvou skupin:

1. jaderný - důležitější je Hertwingův index;

2. cytoplazmatický - Hertwingův index má nevýznamné hodnoty.

Tvar – může být kulovitý, tyčovitý, fazolový, prstencový, segmentový.

Lokalizace – jádro je vždy lokalizováno na konkrétním místě v buňce. Například ve cylindrických buňkách žaludku je v bazální poloze.

Jádro v buňce může být ve dvou stavech:

a) mitotické (během dělení);

b) mezifáze (mezi divizemi).

V živé buňce se interfázové jádro jeví opticky prázdné, viditelné je pouze jadérko. Struktury jádra ve formě vláken a zrn lze pozorovat pouze tehdy, když je buňka vystavena poškozujícím faktorům, kdy přechází do stavu paranekrózy (hraniční stav mezi životem a smrtí). Z tohoto stavu se buňka může vrátit do normálu nebo zemřít. Po buněčné smrti se v jádře morfologicky rozlišují následující změny:

1) karyopyknóza - zhutnění jádra;

2) karyorrhexis - rozklad jádra;

3) karyolýza - rozpuštění jádra.

Funkce: 1) ukládání a přenos genetické informace,

2) biosyntéza proteinů, 3) tvorba ribozomálních podjednotek.

Chromatin

Chromatin (z řeckého chroma - barevný nátěr) je hlavní strukturou mezifázového jádra, které se velmi dobře barví bazickými barvivy a určuje chromatinový vzor jádra pro každý typ buňky.

Díky schopnosti dobře se barvit různými barvivy a zejména bazickými se tato složka jádra nazývala „chromatin“ (Flemming 1880).

Chromatin je strukturním analogem chromozomů a v mezifázovém jádru představuje tělíska nesoucí DNA.

Morfologicky se rozlišují dva typy chromatinu:

1) heterochromatin;

2) euchromatin.

Heterochromatin(heterochromatinum) odpovídá chromozomovým oblastem částečně kondenzovaným v interfázi a je funkčně neaktivní. Tento chromatin se velmi dobře barví a je to vidět na histologických preparátech.

Heterochromatin se zase dělí na:

1) strukturální; 2) volitelné.

Strukturální heterochromatin představuje oblasti chromozomů, které jsou neustále v kondenzovaném stavu.

Volitelný heterochromatin je heterochromatin, který může dekondenzovat a stát se euchromatinem.

Euchromatin- jedná se o oblasti chromozomů dekondenzované v interfázi. Toto je funkční, funkčně aktivní chromatin. Tento chromatin není obarven a není detekován v histologických preparátech.

Během mitózy je veškerý euchromatin maximálně kondenzován a stává se součástí chromozomů. Během tohoto období chromozomy nevykonávají žádné syntetické funkce. V tomto ohledu mohou být buněčné chromozomy ve dvou strukturních a funkčních stavech:

1) aktivní (pracovní), někdy jsou částečně nebo úplně dekondenzované a za jejich účasti v jádře dochází k procesům transkripce a reduplikace;

2) neaktivní (nepracovní, metabolický klid), při maximálním zahuštění plní funkci distribuce a přenosu genetického materiálu do dceřiných buněk.

Někdy v některých případech může zůstat celý chromozom během interfáze v kondenzovaném stavu a má vzhled hladkého heterochromatinu. Například jeden z chromozomů X somatických buněk ženského těla podléhá heterochromatizaci v počátečních fázích embryogeneze (během fragmentace) a nefunguje. Tento chromatin se nazývá pohlavní chromatin nebo Barrova tělíska.

V různých buňkách má pohlavní chromatin různý vzhled:

a) u neutrofilních leukocytů - typ paličky;

b) v epiteliálních buňkách sliznice – typ polokulovité hrudky.

Stanovení pohlavního chromatinu se používá ke stanovení genetického pohlaví a také ke stanovení počtu X chromozomů v karyotypu jedince (je roven počtu těl pohlavního chromatinu + 1).

Studie elektronového mikroskopu odhalily, že preparáty izolovaného interfázového chromatinu obsahují elementární chromozomální fibrily o tloušťce 20-25 nm, které se skládají z fibril o tloušťce 10 nm.

Chemicky jsou chromatinové fibrily komplexní komplexy deoxyribonukleoproteinů, které zahrnují:

b) speciální chromozomální proteiny;

Kvantitativní poměr DNA, proteinu a RNA je 1:1,3:0,2. Podíl DNA v chromatinovém preparátu je 30-40%. Délka jednotlivých lineárních molekul DNA se nepřímo mění a může dosahovat stovek mikrometrů a dokonce i centimetrů. Celková délka molekul DNA ve všech chromozomech jedné lidské buňky je asi 170 cm, což odpovídá 6x10-12g.

Chromatinové proteiny tvoří 60-70 % jeho suché hmoty a jsou zastoupeny dvěma skupinami:

a) histonové proteiny;

b) nehistonové proteiny.

Jo Histonové proteiny (histony) - alkalické proteiny obsahující bazické aminokyseliny (hlavně lysin, arginin) jsou umístěny nerovnoměrně ve formě bloků po délce molekuly DNA. Jeden blok obsahuje 8 molekul histonů, které tvoří nukleozom. Velikost nukleozomu je asi 10 nm. Nukleozom vzniká zhutněním a supercoilingem DNA, což vede ke zkrácení délky chromozomální fibrily přibližně 5x.

Jo Nehistonové proteiny tvoří 20 % množství histonů a v interfázových jádrech tvoří uvnitř jádra strukturní síť, která se nazývá matrice jaderného proteinu. Tato matrice představuje lešení, které určuje morfologii a metabolismus jádra.

Perichromatinové fibrily mají tloušťku 3-5 nm, granule mají průměr 45 nm a interchromatinová granula mají průměr 21-25 nm.

Nucleolus

Nukleolus je nejhustší struktura jádra, která je dobře viditelná v živé nebarvené buňce a je derivátem chromozomu, jedním z jeho lokusů s nejvyšší koncentrací a aktivní syntézou RNA v interfázi, ale není samostatnou strukturou resp. organela.

Velikost - 1-5 mikronů.

Tvar je kulový.

Nukleolus má heterogenní strukturu. Ve světelném mikroskopu je patrná jeho jemně vláknitá organizace.

Elektronová mikroskopie odhalí dvě hlavní složky:

a) zrnitý; b) fibrilární.

Granulovaná složka reprezentované granulemi o průměru 15-20 nm, jedná se o zrající ribozomální podjednotky. Někdy tvoří granulární složka vláknité struktury - nukleolonemy, silné asi 0,2 mikronu. Granulovaná složka je lokalizována podél periferie.

Fibrilární součástí jsou ribonukleoproteinové řetězce prekurzorů ribozomů, které jsou soustředěny v centrální části jadérka.

Ultrastruktura jadérek závisí na aktivitě syntézy RNA: při vysoké úrovni syntézy je v jadérku detekováno velké množství granulí; když se syntéza zastaví, počet granulí se sníží a jadérka se změní na hustá fibrilární vlákna bazofilní povahy .

Jaderný obal

Jaderný obal (nuklolema) se skládá z:

Fyzika atomového jádra. Složení jádra.

Vnější jaderná membrána (m. nuclearis externa),

2. Vnitřní membrána (m. nuclearis interna), které jsou odděleny perinukleárním prostorem nebo cisternou jaderné membrány (cisterna nucleolemmae), 20-60 nm širokou.

Každá membrána má tloušťku 7-8 nm. Obecně jaderný obal připomíná dutý dvouvrstvý vak, který odděluje obsah jádra od cytoplazmy.

Vnější membrána jaderného obalu, který je v přímém kontaktu s cytoplazmou buňky, má řadu strukturních znaků, které jej umožňují přisoudit membránovému systému samotného endoplazmatického retikula. Tyto vlastnosti zahrnují: přítomnost četných polyribozomů na straně hyaloplazmy a samotná vnější jaderná membrána se může přímo transformovat na membrány granulárního endoplazmatického retikula. Povrch vnější jaderné membrány u většiny živočišných a rostlinných buněk není hladký a směrem k cytoplazmě tvoří různě velké výrůstky ve formě váčků nebo dlouhých tubulárních útvarů.

Vnitřní jaderná membrána spojené s chromozomálním materiálem jádra. Na straně karyoplazmy přiléhá k vnitřní jaderné membráně tzv. fibrilární vrstva sestávající z fibril, která však není charakteristická pro všechny buňky.

Jaderný obal není spojitý. Nejcharakterističtější strukturou jaderného obalu jsou jaderné póry. Jaderné póry vznikají splynutím dvou jaderných membrán. V tomto případě se vytvoří zaoblené průchozí otvory (perforace, anulus pori), které mají průměr asi 80-90 nm. Tyto otvory v jaderném obalu jsou vyplněny složitými globulárními a fibrilárními strukturami. Soubor membránových perforací a těchto struktur se nazývá pórový komplex (complexus pori). Pórový komplex se skládá ze tří řad granulí, osm v každé řadě, průměr granulí je 25 nm, z těchto granulí vybíhají fibrilární procesy. Granule jsou umístěny na okraji otvoru v jaderném obalu: jedna řada leží na jaderné straně, druhá na cytoplazmatické straně a třetí ve střední části póru. Fibrily vycházející z periferních granulí se mohou sbíhat do středu a vytvářet jakoby přepážku, bránici napříč pórem (diaphragma pori). Velikosti pórů dané buňky jsou obvykle stabilní. Počet jaderných pórů závisí na metabolické aktivitě buněk: čím intenzivnější jsou syntetické procesy v buňce, tím více pórů připadá na jednotku povrchu buněčného jádra.

ЁFunkce:

1. Bariéra - odděluje obsah jádra od cytoplazmy, omezuje volný transport makromolekul mezi jádrem a cytoplazmou.

2. Vytvoření intranukleárního řádu - fixace chromozomálního materiálu v trojrozměrném lumen jádra.

karyoplazma

Karyoplazma je tekutá část jádra, ve kterém jsou umístěny jaderné struktury; je analogická hyaloplazmě v cytoplazmatické části buňky.

Reprodukce buněk

Jedním z nejdůležitějších biologických jevů, který odráží obecné zákonitosti a je nedílnou podmínkou existence biologických systémů po dostatečně dlouhou dobu, je reprodukce (reprodukce) jejich buněčného složení. Reprodukce buněk se podle buněčné teorie provádí dělením původní buňky. Tato pozice je jednou z hlavních v buněčné teorii.

Jádro buňky

FUNKCE JÁDRA

Chromatin –

Chromozomy

který zahrnuje:

– histonové proteiny

– malá množství RNA;

Jaderná matrice

Skládá se ze 3 komponent:

pokrývající jadernou membránu.

Co je to jádro - v biologii: vlastnosti a funkce

Intrajaderná síť (kostra).

3. „Zbytkové“ jadérko.

Skládá se z:

– vnější jaderná membrána;

Nukleoplazma (karyoplazma)- kapalná složka jádra, ve kterém se nachází chromatin a jadérka. Obsahuje vodu a číslo

Nucleolus

Datum publikace: 2015-02-03; Přečteno: 1053 | Porušení autorských práv stránky

Jádro buňky- systém genetické determinace a regulace syntézy bílkovin.

FUNKCE JÁDRA

● ukládání a udržování dědičných informací

● implementace dědičné informace

Jádro se skládá z chromatinu, jadérka, karyoplazmy (nukleoplazmy) a jaderné membrány, která jej odděluje od cytoplazmy.

Chromatin – to jsou zóny husté hmoty v jádru, které

dobře přijímá různá barviva, zejména základní.

V nedělících se buňkách se chromatin nachází ve formě shluků a granulí, což je mezifázová forma existence chromozomů.

Chromozomy– chromatinové fibrily, což jsou komplexní komplexy deoxyribonukleoproteinů (DNP), ve složení

který zahrnuje:

– histonové proteiny

– nehistonové proteiny – tvoří 20 %, jedná se o enzymy, které plní strukturální a regulační funkce;

– malá množství RNA;

– malá množství lipidů, polysacharidů, kovových iontů.

Jaderná matrice– je rámcový intranukleární systém

důl, sjednocující základ pro chromatin, jadérko, jadernou membránu. Tato strukturální síť představuje rámec, který určuje morfologii a metabolismus jádra.

Skládá se ze 3 komponent:

1. Lamina (A, B, C) – periferní fibrilární vrstva, sub-

pokrývající jadernou membránu.

2. Intrajaderná síť (kostra).

3. „Zbytkové“ jadérko.

Jaderný obal (karyolema)- Toto je membrána, která odděluje obsah jádra od cytoplazmy buňky.

Skládá se z:

– vnější jaderná membrána;

– vnitřní jaderná membrána, mezi kterou je perinukleární prostor;

– dvoumembránový jaderný obal má komplex pórů.

Nukleoplazma (karyoplazma)– kapalná složka jádra, ve kterém se nachází chromatin a jadérka.

Jádro. Komponenty jádra

Obsahuje vodu a číslo

látky v něm rozpuštěné a suspendované: RNA, glykoproteiny,

ionty, enzymy, metabolity.

Nucleolus- nejhustší struktura jádra, tvořená specializovanými úseky - smyčkami chromozomů, které se nazývají nukleolární organizátory.

Jádro má 3 složky:

1. Fibrilární komponenta představuje primární rRNA transkripty.

2. Granulovaná složka je shluk předběžných

nástupci ribozomálních podjednotek.

3. Amorfní složka – oblasti nukleolárního organizátoru,

Datum publikace: 2015-02-03; Přečteno: 1052 | Porušení autorských práv stránky

studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0,001 s)…

Jádro je hlavní regulační složkou buňky. Jeho struktura a funkce.

Jádro je nezbytnou součástí eukaryotických buněk. Toto je hlavní regulační složka buňky. Zodpovídá za ukládání a přenos dědičných informací, řídí všechny metabolické procesy v buňce . Ne organela, ale buněčná složka.

Jádro se skládá z:

1) jaderná membrána (jaderná membrána), přes jejíž póry dochází k výměně mezi buněčným jádrem a cytoplazmou.

2) jaderná šťáva nebo karyoplazma, polotekutá, slabě zbarvená plazmatická hmota, která vyplňuje všechna buněčná jádra a obsahuje zbývající složky jádra;

3) chromozomy, které jsou viditelné v nedělícím se jádře pouze pomocí speciálních mikroskopických metod. Soubor chromozomů v buňce se nazývá ariotyp. Chromatin na obarvených buněčných preparátech je síť tenkých vláken (fibril), malých granulí nebo shluků.

4) jedno nebo více kulovitých tělísek - jadérka, která jsou specializovanou částí buněčného jádra a jsou spojena se syntézou ribonukleové kyseliny a proteinů.

dva stavy jádra:

1. interfázové jádro – má jádra. skořápka - karyolemma.

2. jádro při dělení buňky. pouze chromatin je přítomen v různých stavech.

jadérka zahrnují dvě zóny:

1. vnitřní - fibrilární - proteinové molekuly a pre-RNA

2. vnější - granulární - tvoří ribozomální podjednotky.

Jaderný obal se skládá ze dvou membrán oddělených perinukleárním prostorem. Oba jsou prostoupeny četnými póry, díky nimž je možná výměna látek mezi jádrem a cytoplazmou.

Hlavními složkami jádra jsou chromozomy, vytvořené z molekuly DNA a různých proteinů. Ve světelném mikroskopu jsou jasně viditelné pouze v období buněčného dělení (mitóza, meióza). V nedělící se buňce vypadají chromozomy jako dlouhá tenká vlákna rozmístěná po celém objemu jádra.

Hlavní funkce buněčného jádra jsou následující:

datové úložiště;
přenos informace do cytoplazmy pomocí transkripce, tj. syntézy informace nesoucí RNA;
přenos informací do dceřiných buněk při replikaci - dělení buněk a jader.
reguluje biochemické, fyziologické a morfologické procesy v buňce.

Děje se v jádře replikace- zdvojení molekul DNA, stejně jako transkripce- syntéza molekul RNA na matrici DNA. V jádře procházejí syntetizované molekuly RNA některými modifikacemi (např spojování nevýznamné, nesmyslné úseky jsou vyloučeny z molekul messenger RNA), poté jsou uvolněny do cytoplazmy . Sestavení ribozomu vyskytuje se také v jádře, ve zvláštních útvarech zvaných jadérka. Oddíl pro jádro - karyotéka - je vytvořen v důsledku expanze a fúze cisteren endoplazmatického retikula navzájem takovým způsobem, že jádro má dvojité stěny kvůli úzkým oddílům jaderného obalu, který je obklopuje. Dutina jaderného obalu se nazývá - lumen nebo perinukleární prostor. Vnitřní povrch jaderného obalu je podložen jádrem plátek- rigidní proteinová struktura tvořená laminovými proteiny, na které jsou navázány řetězce chromozomální DNA. V některých místech se vnitřní a vnější membrána jaderného obalu spojují a tvoří tzv. jaderné póry, kterými dochází k látkové výměně mezi jádrem a cytoplazmou.

12. Dvoumembránové organely (mitochondrie, plastidy). Jejich struktura a funkce.

Mitochondrie - jedná se o kulaté nebo tyčovité struktury, často se rozvětvující, o tloušťce 0,5 mikronů a obvykle až 5-10 mikrometrech dlouhé.

Mitochondriální obal se skládá ze dvou membrán, které se liší chemickým složením, souborem enzymů a funkcí. Vnitřní membrána tvoří listovité (cristae) nebo trubkovité (tubules) invaginace. Prostor ohraničený vnitřní membránou je matice organely. Pomocí elektronového mikroskopu se v něm detekují zrna o průměru 20-40 nm. Akumulují ionty vápníku a hořčíku a také polysacharidy, jako je glykogen.
Matrice obsahuje vlastní aparát pro biosyntézu bílkovin organely. Představuje ji 2-6 kopií kruhové molekuly DNA zbavené histonů (jako u prokaryot), ribozomů, souboru transferových RNA (tRNA), enzymů pro replikaci DNA, transkripci a translaci dědičné informace. Hlavní funkce Mitochondrie spočívá v enzymatické extrakci energie z určitých chemických látek (jejich oxidací) a akumulaci energie v biologicky využitelné formě (syntézou molekul adenosintrifosfátu-ATP). Obecně se tento proces nazývá oxidační fosforylace. Mezi vedlejší funkce mitochondrií patří účast na syntéze steroidních hormonů a některých aminokyselin (glutamová).

Plastidy – jedná se o semiautonomní (mohou existovat relativně nezávisle na jaderné DNA buňky) dvoumembránové organely, charakteristické pro fotosyntetické eukaryotické organismy. Existují tři hlavní typy plastidů: chloroplasty, chromoplasty a leukoplasty.Shromažďování plastidů v buňce se nazýváplastidome . Každý z těchto typů se může za určitých podmínek přeměnit jeden v jiný. Stejně jako mitochondrie obsahují plastidy své vlastní molekuly DNA. Proto jsou také schopny se množit nezávisle na buněčném dělení. Plastidy jsou charakteristické pouze pro rostlinné buňky.

Chloroplasty. Délka chloroplastů se pohybuje od 5 do 10 µm, průměr - od 2 do 4 µm. Chloroplasty jsou ohraničeny dvěma membránami. Vnější membrána je hladká, vnitřní má složitou skládanou strukturu. Nejmenší záhyb se nazývá t ylakoid. Skupina thylakoidů uspořádaných jako hromádka mincí se nazývá g rána. Granule jsou navzájem spojeny zploštělými kanály - lamely. Tylakoidní membrány obsahují fotosyntetické pigmenty a enzymy, které zajišťují syntézu ATP. Hlavním fotosyntetickým pigmentem je chlorofyl, který určuje zelenou barvu chloroplastů.

Vnitřní prostor chloroplastů je vyplněn stroma. Stroma obsahuje kruhovou „nahou“ DNA, ribozomy, enzymy Calvinova cyklu a škrobová zrna. Uvnitř každého tylakoidu je zásobník protonů a H+ se hromadí. Chloroplasty, stejně jako mitochondrie, jsou schopny autonomní reprodukce rozdělením na dva. Chloroplasty nižších rostlin se nazývají chromatofory.

Leukoplasty. Vnější membrána je hladká, vnitřní tvoří málo thylakoidů. Stroma obsahuje kruhovou „nahou“ DNA, ribozomy, enzymy pro syntézu a hydrolýzu rezervních živin. Neexistují žádné pigmenty. Buňky podzemních orgánů rostliny (kořeny, hlízy, oddenky atd.) mají zvláště mnoho leukoplastů. .). Amyloplasty-syntetizovat a akumulovat škrob elaioplasty- oleje proteinoplasty- bílkoviny. Ve stejném leukoplastu se mohou hromadit různé látky.

Chromoplasty. Vnější membrána je hladká, vnitřní membrána je buď hladká nebo tvoří jednotlivé tylakoidy. Stroma obsahuje kruhovou DNA a pigmenty - karotenoidy, což dává chromoplastům žlutou, červenou nebo oranžovou barvu. Forma akumulace pigmentu je různá: ve formě krystalů, rozpuštěných v lipidových kapičkách atd. Chromoplasty jsou považovány za konečnou fázi vývoje plastidů.

Plastidy se mohou vzájemně přeměňovat: leukoplasty - chloroplasty - chromoplasty.

Jednomembránové organely (ER, Golgiho aparát, lysozomy). Jejich struktura a funkce.

Kanalcevaja A vakuolární systém vytvořené komunikujícími nebo oddělenými tubulárními nebo zploštělými (cisternovými) dutinami, ohraničenými membránami a šířícími se po celé cytoplazmě buňky. Ve jmenovaném systému existují hrubý A hladké cytoplazmatické retikulum. Zvláštností struktury hrubé sítě je přichycení polysomů na její membrány. Z tohoto důvodu plní funkci syntézy určité kategorie proteinů, které jsou převážně odstraňovány z buňky, například vylučovány žlázovými buňkami. V oblasti hrubé sítě dochází k tvorbě proteinů a lipidů cytoplazmatických membrán a také k jejich sestavování. Cisterny hrubé sítě, hustě nacpané do vrstevnaté struktury, jsou místy nejaktivnější syntézy bílkovin a jsou tzv. ergastoplasma.

Membrány hladkého cytoplazmatického retikula jsou prosté polysomů. Funkčně je tato síť spojena s metabolismem sacharidů, tuků a dalších nebílkovinných látek, jako jsou steroidní hormony (v gonádách, kůře nadledvin). Prostřednictvím tubulů a cisteren se látky, zejména materiál vylučovaný žlázovou buňkou, pohybují z místa syntézy do zóny balení do granulí. V oblastech jaterních buněk bohatých na hladké síťové struktury se ničí a neutralizují škodlivé toxické látky a některé léky (barbituráty). Ve váčcích a tubulech hladké sítě příčně pruhovaných svalů se ukládají (ukládají) ionty vápníku, které hrají důležitou roli v procesu kontrakce.

golgiho komplex-představuje stoh plochých membránových vaků tzv tanky. Nádrže jsou od sebe zcela izolované a nejsou vzájemně propojeny. Po okrajích nádrží se větví četné trubky a bubliny. Čas od času se z EPS oddělí vakuoly (vezikuly) se syntetizovanými látkami, které se přesunou do Golgiho komplexu a spojí se s ním. Látky syntetizované v ER se stávají složitějšími a hromadí se v Golgiho komplexu. Funkce Golgiho komplexu :1- V nádržích Golgiho komplexu dochází k další chemické přeměně a komplikaci látek vstupujících do něj z EPS. Tvoří se například látky potřebné k obnově buněčné membrány (glykoproteiny, glykolipidy), polysacharidy.

2- V Golgiho komplexu se látky hromadí a dočasně „ukládají“

3- Vzniklé látky jsou „sbaleny“ do váčků (vakuol) a v této formě se pohybují po celé buňce.

4- Lysozomy (kulovité organely s trávicími enzymy) vznikají v Golgiho komplexu.

Lysozomy— malé kulovité organely, jejichž stěny jsou tvořeny jedinou membránou; obsahují lytické(degradující) enzymy. Za prvé, lysozomy oddělené od Golgiho komplexu obsahují neaktivní enzymy. Za určitých podmínek se aktivují jejich enzymy. Při splynutí lysozomu s fagocytotickou nebo pinocytotickou vakuolou vzniká trávicí vakuola, ve které dochází k intracelulárnímu trávení různých látek.

Funkce lysozomů :1- Rozkládají látky absorbované v důsledku fagocytózy a pinocytózy. Biopolymery se rozkládají na monomery, které vstupují do buňky a jsou využívány pro její potřeby.

Jádro a jeho konstrukční prvky

Lze je například použít k syntéze nových organických látek nebo je lze dále rozkládat za účelem výroby energie.

2- Zničte staré, poškozené, nadbytečné organely. K rozpadu organel může dojít i při hladovění buněk.

Vakuoly- kulovité jednomembránové organely, které jsou zásobárnami vody a látek v ní rozpuštěných. Mezi vakuoly patří: fagocytotické a pinocytotické vakuoly, trávicí vakuoly, vezikuly oddělené od EPS a Golgiho komplex. Vakuoly živočišných buněk jsou malé a početné, ale jejich objem nepřesahuje 5 % celkového objemu buňky. Jejich hlavní funkce — transport látek buňkou, propojení mezi organelami.

V rostlinné buňce tvoří vakuoly až 90 % objemu.

Ve zralé rostlinné buňce je pouze jedna vakuola, která zaujímá centrální pozici. Membrána vakuoly rostlinné buňky je tonoplast, jejím obsahem je buněčná míza. Funkce vakuol v rostlinné buňce: udržování buněčné membrány v napětí, akumulace různých látek včetně buněčného odpadu. Vakuoly dodávají vodu pro procesy fotosyntézy. Může zahrnovat:

- rezervní látky využitelné samotnou buňkou (organické kyseliny, aminokyseliny, cukry, bílkoviny). - látky, které se odstraňují z buněčného metabolismu a hromadí se ve vakuolách (fenoly, taniny, alkaloidy atd.) - fytohormony, fytoncidy,

- pigmenty (barvicí látky), které dávají buněčné míze fialovou, červenou, modrou, fialovou a někdy žlutou nebo krémovou barvu. Jsou to pigmenty buněčné mízy, které barví okvětní lístky, plody a kořeny.

14.Nemembránové organely (mikrotubuly, buněčné centrum, ribozomy). Jejich struktura a funkce.Ribozom - nemembránová buněčná organela, která provádí biosyntézu bílkovin. Skládá se ze dvou podjednotek – malé a velké. Ribozom se skládá ze 3-4 molekul rRNA, které tvoří jeho kostru, a několika desítek molekul různých proteinů. Ribozomy jsou syntetizovány v jadérku. V buňce mohou být ribozomy umístěny na povrchu granulárního ER nebo v hyaloplazmě buňky ve formě polysomů. Polysome - Jedná se o komplex mRNA a několika ribozomů, které z něj čtou informace. Funkce ribozomy- biosyntéza bílkovin. Pokud jsou ribozomy umístěny na ER, pak jimi syntetizované proteiny slouží pro potřeby celého organismu, hyaloplazmatické ribozomy syntetizují proteiny pro potřeby buňky samotné. Ribozomy v prokaryotických buňkách jsou menší než ribozomy v eukaryotech. Stejné malé ribozomy se nacházejí v mitochondriích a plastidech.

Mikrotubuly - duté válcovité buněčné struktury sestávající z neredukovatelného proteinu tubulinu. Mikrotubuly nejsou schopny kontrakce. Stěny mikrotubulu jsou tvořeny 13 vlákny proteinu tubulinu. Mikrotubuly jsou umístěny hluboko v hyaloplazmě buněk.

Cilia a bičíky - organely pohybu. Hlavní funkce - pohyb buněk nebo pohyb okolní tekutiny nebo částic podél buněk. V mnohobuněčném organismu jsou řasinky charakteristické pro epitel dýchacích cest a vejcovody a bičíky jsou charakteristické pro spermie. Cilia a bičíky se liší pouze velikostí - bičíky jsou delší. Jejich základem jsou mikrotubuly uspořádané podle systému 9(2) + 2. To znamená, že 9 dvojitých mikrotubulů (dubletů) tvoří stěnu válce, v jehož středu jsou 2 jednoduché mikrotubuly. Oporou řasinek a bičíků jsou bazální tělíska. Bazální tělísko má válcovitý tvar, tvořené 9 triplety (triplety) mikrotubulů, ve středu bazálního tělíska nejsou žádné mikrotubuly.

Cl E přesný střed — mitotické centrum, stálá struktura téměř ve všech živočišných a některých rostlinných buňkách, určuje póly dělící se buňky (viz mitóza) . Buněčné centrum se obvykle skládá ze dvou centriol - hustých granulí o velikosti 0,2-0,8 µm, umístěné v pravém úhlu k sobě. Během tvorby mitotického aparátu se centrioly divergují k pólům buněk a určují orientaci vřeténka buněčného dělení. Proto je správnější K. c. volání mitotické centrum, což odráží jeho funkční význam, zejména proto, že pouze v některých buňkách K. c. nachází v jeho středu. Během vývoje organismu se mění postavení krvinek. v buňkách a její forma. Když se buňka dělí, každá dceřiná buňka obdrží pár centriol. K procesu jejich zdvojení dochází častěji na konci předchozího buněčného dělení. Výskyt řady patologických forem buněčného dělení je spojen s abnormálním dělením K.c.

DEFINICE

Atom sestává z kladně nabitého jádra, uvnitř kterého jsou protony a neutrony a elektrony se pohybují po drahách kolem něj. Atomové jádro nachází se v centru a je v něm soustředěna téměř veškerá jeho hmota.

Množství náboje na jádře atomu určuje chemický prvek, ke kterému tento atom patří.

Existence atomového jádra byla prokázána v roce 1911 E. Rutherfordem a popsána v práci nazvané „Rozptyl α a β paprsků a struktura atomu“. Poté různí vědci předložili četné teorie struktury atomového jádra (teorie kapek (N. Bohr), teorie slupek, teorie klastrů, optická teorie atd.).

Elektronová struktura atomového jádra

Podle moderních koncepcí se atomové jádro skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů, které se společně nazývají nukleony. Jsou drženy v jádru díky silným interakcím.

Počet protonů v jádře se nazývá nábojové číslo (Z). Lze ji určit pomocí periodické tabulky D. I. Mendělejeva – rovná se pořadovému číslu chemického prvku, ke kterému atom patří.

Počet neutronů v jádře se nazývá izotopové číslo (N). Celkový počet nukleonů v jádře se nazývá hmotnostní číslo (M) a rovná se relativní atomové hmotnosti atomu chemického prvku, uvedené v periodické tabulce D. I. Mendělejeva.

Jádra se stejným počtem neutronů, ale různým počtem protonů se nazývají izotony. Pokud má jádro stejný počet protonů, ale různé neutrony - izotopy. V případě, kdy jsou hmotnostní čísla stejná, ale složení nukleonů je jiné - izobary.

Jádro atomu může být ve stabilním (základním) stavu a v excitovaném stavu.

Uvažujme strukturu jádra atomu na příkladu chemického prvku kyslíku. Kyslík má pořadové číslo 8 v periodické tabulce D.I. Mendělejeva a relativní atomovou hmotnost 16 amu. To znamená, že jádro atomu kyslíku má náboj rovný (+8). Jádro obsahuje 8 protonů a 8 neutronů (Z=8, N=8, M=16) a 8 elektronů se pohybuje po 2 oběžných drahách kolem jádra (obr. 1).

Rýže. 1. Schematické znázornění struktury atomu kyslíku.

Příklady řešení problémů

PŘÍKLAD 1

PŘÍKLAD 2

Cvičení	Charakterizujte kvantovými čísly všechny elektrony, které jsou na podúrovni 3p.
Řešení	P-podúroveň 3. úrovně obsahuje šest elektronů:

Ve 20. letech 20. století již fyzici nepochybovali o složitosti struktury atomových jader objevených Rutherfordem v roce 1911. Tato skutečnost byla naznačena velkým množstvím různých experimentů provedených do té doby, jako například:

objev fenoménu radioaktivity,
experimentální důkaz jaderného modelu atomu,
měření poměru e m pro elektron, částici α a pro částici H, což je jádro atomu vodíku,
objev umělé radioaktivity a jaderných reakcí,
měření nábojů atomových jader a mnoho dalších.

Z jakých částic se skládají jádra atomů? V dnešní době je faktem, že jádra atomů různých prvků se skládají ze dvou typů částic, a to z neutronů a protonů. Druhá z těchto částic je atom vodíku, který ztratil svůj jediný elektron. Taková částice byla zaznamenána již při pokusech J. Thomsona v roce 1907. Vědci se podařilo změřit její poměr em.

Definice 1

E. Rutherford v roce 1919 objevil atomová jádra vodíku v produktech štěpení atomových jader značného počtu prvků. Fyzik dal nalezené částici jméno proton. Navrhl, že každé atomové jádro obsahuje protony.

Schéma Rutherfordových experimentů je znázorněno na obrázku 6. 5. 1.

Obrázek 6. 5. 1. Schéma Rutherfordových experimentů na detekci protonů v produktech jaderného štěpení. K je olověná nádoba s radioaktivním zdrojem α-částic, F je kovová fólie, E je stínítko potažené sulfidem zinečnatým, M je mikroskop.

Rutherfordovo zařízení sestávalo z evakuované komory s nádobou umístěnou v ní NA, kde se zdroj nacházel α -částice Kovová fólie, označená na obrázku jako F, zablokoval okno kamery. Tloušťka fólie byla zvolena tak, aby se zabránilo průniku skrz ni α -částice Za oknem byla obrazovka potažená sulfidem zinečnatým, jak je znázorněno na obrázku 6. 5. 1 s označením E. Pomocí mikroskopu M bylo možné pozorovat světelné záblesky nebo, jak se jim také říká, scintilace v bodech, v bodech na obrazovce, kam dopadají těžké nabité částice.

Během plnění komory nízkotlakým dusíkem byly na obrazovce detekovány záblesky světla. Tento jev poukázal na skutečnost, že za experimentálních podmínek dochází k proudění neznámých částic, které mají schopnost proniknout téměř zcela blokujícím proudem. α - částice fólie F. Opakovaným oddalováním obrazovky od okna kamery dokázal E. Rutherford změřit střední volnou dráhu pozorovaných částic ve vzduchu. Získaná hodnota se ukázala být přibližně rovna 28 cm, což se shodovalo s odhadem délky dráhy H částic dříve pozorovaným J. Thomsonem.

Studiem účinků elektrických a magnetických polí na částice vyražené z jader dusíku byly získány údaje o pozitivitě jejich elementárního náboje. Bylo také prokázáno, že hmotnost takových částic je ekvivalentní hmotnosti jader atomů vodíku.

Následně byl experiment proveden s řadou dalších plynných látek. Ve všech podobných provedených experimentech bylo zjištěno, že z jejich jader α -částice vyřazují H-částice nebo protony.

Kladný náboj protonu je podle moderních měření absolutně ekvivalentní elementárnímu náboji e = 1,60217733 · 10 – 19 Kl. Jinými slovy, v modulu se rovná zápornému náboji elektronu. V dnešní době je rovnost nábojů protonu a elektronu ověřena s přesností 10 – 22. Taková shoda nábojů dvou částic, které se od sebe výrazně liší, způsobuje upřímné zmatení a dodnes zůstává jednou ze základních záhad moderní fyziky.

Definice 2

Na základě moderních měření můžeme konstatovat, že hmotnost protonu je m p = 1,67262 10 – 27 kg V jaderné fyzice se hmotnost náležející částicím často vyjadřuje v atomových hmotnostních jednotkách (am.m.u.), rovnající se hmotnosti atomu uhlíku s mše číslo 12:

1a. e.m. = 1,66057 · 10 - 27 kg.

V souladu s tím mp = 1,007276 a. jíst.

Poměrně často je vyjádření hmotnosti částice nejvhodnější při použití ekvivalentních energetických hodnot podle následujícího vzorce: E = m c 2. Vzhledem k tomu, že 1 e V = 1,60218 · 10 – 19 J, v energetických jednotkách je hmotnost protonu rovna 938,272331 Me V.

V důsledku toho Rutherfordův experiment, který objevil fenomén štěpení jader dusíku a dalších prvků periodické tabulky za podmínek dopadů rychlých částic α, také ukázal, že atomová jádra obsahují protony.

V důsledku objevu protonů začali někteří fyzici předpokládat, že nové částice nejsou jen součástí jader atomů, ale jsou jeho jedinými možnými prvky. Avšak vzhledem k tomu, že poměr náboje jádra k jeho hmotnosti nezůstává pro různá jádra konstantní, jak by tomu bylo v případě, kdyby jádra obsahovala pouze protony, byl tento předpoklad uznán jako neudržitelný. U těžších jader se tento poměr ukazuje menší než u lehkých, z čehož vyplývá, že při přechodu na těžší jádra roste hmotnost jádra rychleji než náboj.

V roce 1920 předložil E. Rutherford hypotézu o přítomnosti určitého kompaktního pevně vázaného páru sestávajícího z elektronu a protonu v jádrech. Podle vědců byl tento svazek elektricky neutrální formací jako částice s hmotností téměř ekvivalentní hmotnosti protonu. Také přišel s názvem pro tuto hypotetickou částici; Rutherford ji chtěl nazvat neutron. Bohužel daná myšlenka, i přes svou krásu, byla mylná. Bylo zjištěno, že elektron nemůže být součástí jádra. Kvantově mechanické výpočty založené na vztahu neurčitosti ukazují, že elektron lokalizovaný v jádře, tj. v oblasti velikosti R ≈ 10 – 13 cm, musí mít neuvěřitelnou kinetickou energii, která je o mnoho řádů větší než vazebná energie jader na částice.

Myšlenka existence nějaké těžké neutrálně nabité částice v jádře byla pro Rutherforda mimořádně atraktivní. Vědec se okamžitě obrátil na skupinu svých studentů vedenou J. Chadwickem s návrhem, aby ji hledali. Po 12 letech, v roce 1932, Chadwick provedl experimentální studii záření produkovaného při ozařování beryllia částicemi alfa. Při tom zjistil, že toto záření je proudem neutrálních částic o hmotnosti téměř ekvivalentní hmotnosti protonu. Tak byl objeven neutron. Na obrázku 6. 5. Obrázek 2 znázorňuje zjednodušené schéma nastavení pro detekci neutronů.

Obrázek 6. 5. 2. Schéma zařízení pro detekci neutronů.

V procesu bombardování berylia alfa částicemi emitovanými radioaktivním poloniem se objevuje silné pronikavé záření, schopné projít bariérou v podobě 10 - 20 centimetrové vrstvy olova. Toto záření objevili téměř ve stejnou dobu jako Chadwick manželé, dcera Marie a Pierra Curieových, Irene a Frederic Joliot-Curieovi, ale navrhli, že se jedná o vysokoenergetické γ-paprsky. Všimli si, že pokud je do dráhy záření berylia instalována parafínová deska, ionizační schopnost tohoto záření se prudce zvyšuje. Pár prokázal, že záření berylia vyřazuje z parafínu velké množství protonů přítomných v dané látce obsahující vodík. Pomocí střední volné dráhy protonů ve vzduchu vědci odhadli energii γ kvant, která mají schopnost udělit požadovanou rychlost protonům za podmínek kolize. Energetická hodnota získaná jako výsledek hodnocení se ukázala jako obrovská - asi 50 MeV.

V roce 1932 provedl J. Chadwick celou sérii experimentů zaměřených na komplexní studium vlastností záření, které vzniká při ozařování berylia částicemi α. Chadwick ve svých experimentech používal různé metody pro studium ionizujícího záření.

Definice 3

Na obrázku 6. 5. 2 znázorněno Geigerův počítač, zařízení používané k detekci nabitých částic.

Toto zařízení se skládá ze skleněné trubice potažené na vnitřní straně kovovou vrstvou (katodou) a tenkého závitu probíhajícího podél osy trubice (anoda). Trubice je naplněna inertním plynem, obvykle argonem, při nízkém tlaku. Když se nabitá částice pohybuje plynem, způsobuje ionizaci molekul.

Definice 4

Volné elektrony vznikající ionizací jsou urychlovány elektrickým polem mezi anodou a katodou na energie, při kterých začíná jev impaktní ionizace. Objeví se lavina iontů a přes čítač projde krátký pulz vybíjecího proudu.

Definice 5

Dalším nástrojem mimořádného významu pro výzkum částic je mlžná komora, ve kterém rychle nabitá částice zanechává stopu nebo, jak se tomu také říká, stopu.

Dráhu částice lze vyfotografovat nebo přímo pozorovat. Základem působení Wilsonovy komory, vytvořené v roce 1912, je fenomén kondenzace přesycené páry na iontech, které se tvoří v pracovním objemu komory po dráze nabité částice. Pomocí oblačné komory je možné pozorovat zakřivení trajektorie nabité částice v elektrických a magnetických polích.

Důkaz 1

J. Chadwick ve svých experimentech pozoroval v oblačné komoře stopy jader dusíku, která se srazila s zářením berylia. Na základě těchto experimentů vědec odhadl energii γ-kvanta schopného přenést rychlost pozorovanou v experimentu na jádra dusíku. Výsledná hodnota byla 100 – 150 Me V. γ kvanta emitovaná beryliem nemohla mít tak obrovskou energii. Na základě této skutečnosti Chadwick dospěl k závěru, že když je beryllium vystaveno částicím α, nejsou emitována bezhmotná kvanta γ, ale spíše těžké částice. Tyto částice měly značnou penetrační sílu a neionizovaly přímo plyn v Geigerově počítači, proto byly elektricky neutrální. Tak byla prokázána existence neutronu, částice, kterou Rutherford předpověděl více než 10 let před Chadwickovými experimenty.

Definice 6

Neutron představuje elementární částici. Bylo by chybou reprezentovat jej jako kompaktní proton-elektronový pár, jak Rutherford původně předpokládal.

Na základě výsledků moderních měření můžeme říci, že hmotnost neutronu m n = 1,67493 · 10 – 27 kg = 1,008665 a. jíst.

V energetických jednotkách je hmotnost neutronu ekvivalentní 939,56563 MeV Hmotnost neutronu je přibližně o dva elektrony větší než hmotnost protonu.

Bezprostředně po objevu neutronu předložil ruský vědec D. D. Ivanenko spolu s německým fyzikem W. Heisenbergem hypotézu o proton-neutronové struktuře atomových jader, která byla následným výzkumem plně potvrzena.

Definice 7

Protony a neutrony se běžně nazývají nukleony.

Pro charakterizaci atomových jader je zavedena řada zápisů.

Definice 8

Počet protonů, které tvoří atomové jádro, se označuje symbolem Z a nazývá se číslo poplatku nebo atomové číslo(toto je pořadové číslo v periodické tabulce Mendělejeva).

Náboj jádra je roven Z e, kde e je elementární náboj. Počet neutronů je označen symbolem N.

Definice 9

Celkový počet nukleonů (tj. protonů a neutronů) se nazývá hmotnostní číslo jádra A:

Definice izotopu

Jádra chemických prvků jsou označena symbolem X Z A, kde X je chemický symbol prvku. Například,
H 1 1 – vodík, He 2 4 – helium, C 6 12 – uhlík, O 8 16 – kyslík, U 92 238 – uran.

Definice 10

Počet neutronů v jádrech téhož chemického prvku může být různý. Taková jádra se nazývají izotopy.

Většina chemických prvků má několik izotopů. Například vodík má tři z nich: H 1 1 - obyčejný vodík, H 1 2 - deuterium a H 1 3 - tritium. Uhlík má 6 izotopů, kyslík 3.

Chemické prvky v přírodních podmínkách představují nejčastěji směs izotopů. Existence izotopů určuje hodnotu atomové hmotnosti přírodního prvku v periodické tabulce Mendělejeva. Takže například relativní atomová hmotnost přírodního uhlíku je 12,011.

Pokud si všimnete chyby v textu, zvýrazněte ji a stiskněte Ctrl+Enter