Quais componentes estão incluídos no kernel. A estrutura do núcleo atômico A composição dos núcleos atômicos brevemente

Um átomo consiste em um núcleo carregado positivamente e elétrons ao seu redor. Os núcleos atômicos têm dimensões de aproximadamente 10 -14 ... 10 -15 m (as dimensões lineares de um átomo são 10 -10 m).

O núcleo atômico é formado por partículas elementares prótons e nêutrons. O modelo próton-nêutron do núcleo foi proposto pelo físico russo D. D. Ivanenko e posteriormente desenvolvido por V. Heisenberg.

Próton ( R) tem uma carga positiva igual à de um elétron e uma massa de repouso T p = 1,6726∙10 -27 kg 1836 m e, Onde m eé a massa do elétron. nêutron ( n)-partícula neutra com massa de repouso m n= 1,6749∙10 -27 kg 1839T e ,. A massa de prótons e nêutrons é frequentemente expressa em outras unidades - em unidades de massa atômica (u.m.u., uma unidade de massa igual a 1/12 da massa de um átomo de carbono
). As massas do próton e do nêutron são aproximadamente iguais a uma unidade de massa atômica. Prótons e nêutrons são chamados nucleons(do lat. núcleo-núcleo). O número total de núcleons em um núcleo atômico é chamado de número de massa A).

Os raios dos núcleos aumentam com o aumento do número de massa de acordo com a relação R= 1,4A 1/3 10 -13 cm.

Experimentos mostram que os núcleos não têm limites nítidos. Existe uma certa densidade de matéria nuclear no centro do núcleo, e gradualmente diminui para zero com o aumento da distância do centro. Devido à falta de um limite bem definido do núcleo, seu "raio" é definido como a distância do centro em que a densidade da matéria nuclear é reduzida à metade. A distribuição média da densidade de matéria para a maioria dos núcleos não é apenas esférica. A maioria dos núcleos está deformada. Freqüentemente, os núcleos têm a forma de elipsoides alongados ou achatados.

O núcleo atômico é caracterizado cobrarZ e, Onde Znúmero de cobrança núcleo, igual ao número de prótons no núcleo e coincidindo com o número de série do elemento químico no sistema periódico de elementos de Mendeleev.

O núcleo é denotado pelo mesmo símbolo que o átomo neutro:
, Onde x- símbolo de um elemento químico, Z número atômico (número de prótons no núcleo), A- número de massa (número de nucleons no núcleo). Número de massa A aproximadamente igual à massa do núcleo em unidades de massa atômica.

Como o átomo é neutro, a carga do núcleo Z determina o número de elétrons em um átomo. O número de elétrons depende da distribuição de estados no átomo. A carga nuclear determina as especificidades de um determinado elemento químico, ou seja, determina o número de elétrons em um átomo, a configuração de suas camadas eletrônicas, a magnitude e a natureza do campo elétrico intraatômico.

Núcleos com os mesmos números de carga Z, mas com diferentes números de massa A(ou seja, com diferentes números de nêutrons N=A-Z) são chamados de isótopos, e núcleos com o mesmo A, Mas diferente Z- isóbaros. Por exemplo, hidrogênio ( Z= l) tem três isótopos: H- prótio ( Z=l, N= 0), H- deutério ( Z=l, N= 1), H- trítio ( Z=l, N\u003d 2), estanho - dez isótopos, etc. Na grande maioria dos casos, os isótopos do mesmo elemento químico têm as mesmas propriedades químicas e quase as mesmas propriedades físicas.

E, MeV

Níveis de energia

e transições observadas para o núcleo do átomo de boro

A teoria quântica limita estritamente os valores de energia que as partes constituintes dos núcleos podem ter. Conjuntos de prótons e nêutrons em núcleos só podem estar em certos estados de energia discretos característicos de um determinado isótopo.

Quando um elétron muda de um estado de energia mais alto para um mais baixo, a diferença de energia é emitida na forma de um fóton. A energia desses fótons é da ordem de vários elétron-volts. Para núcleos, as energias de nível estão na faixa de aproximadamente 1 a 10 MeV. Durante as transições entre esses níveis, são emitidos fótons de energias muito altas (γ-quanta). Para ilustrar tais transições na Fig. 6.1 mostra os primeiros cinco níveis de energia do núcleo
.As linhas verticais indicam as transições observadas. Por exemplo, um γ-quântico com uma energia de 1,43 MeV é emitido durante a transição do núcleo de um estado com uma energia de 3,58 MeV para um estado com uma energia de 2,15 MeV.

núcleo atômicoé a parte central do átomo, composta por prótons e nêutrons (coletivamente chamados nucleons).

O núcleo foi descoberto por E. Rutherford em 1911 enquanto estudava a passagem α -partículas através da matéria. Descobriu-se que quase toda a massa de um átomo (99,95%) está concentrada no núcleo. O tamanho do núcleo atômico é da ordem de 10 -1 3 -10 - 12 cm, que é 10.000 vezes menor que o tamanho da camada eletrônica.

O modelo planetário do átomo proposto por E. Rutherford e sua observação experimental de núcleos de hidrogênio eliminados α -partículas de núcleos de outros elementos (1919-1920), levaram o cientista à ideia de próton. O termo próton foi introduzido no início dos anos 20 do século XX.

Próton (do grego. prótons- primeiro, personagem p) é uma partícula elementar estável, o núcleo de um átomo de hidrogênio.

próton- uma partícula carregada positivamente, cuja carga é igual em valor absoluto à carga de um elétron e\u003d 1,6 10 -1 9 Cl. A massa de um próton é 1836 vezes a massa de um elétron. Massa de repouso de um próton m p= 1,6726231 10 -27 kg = 1,007276470 amu

A segunda partícula no núcleo é nêutron.

Nêutron (de lat. neutro- nem um nem outro, um símbolo n) é uma partícula elementar sem carga, ou seja, neutra.

A massa do nêutron é 1839 vezes a massa do elétron. A massa de um nêutron é quase igual (ligeiramente maior que) à de um próton: a massa restante de um nêutron livre m n= 1,6749286 10 -27 kg = 1,0008664902 amu e excede a massa do próton em 2,5 massas do elétron. Nêutron, juntamente com o próton sob o nome comum nucleon faz parte do núcleo atômico.

O nêutron foi descoberto em 1932 por D. Chadwig, aluno de E. Rutherford, durante o bombardeio de berílio α -partículas. A radiação resultante com alto poder de penetração (superou um obstáculo feito de uma placa de chumbo de 10 a 20 cm de espessura) intensificou seu efeito ao passar pela placa de parafina (ver figura). As estimativas Joliot-Curie da energia dessas partículas dos rastros na câmara de nuvens e observações adicionais tornaram possível eliminar a suposição inicial de que isso γ - quanta. O grande poder de penetração de novas partículas, chamadas nêutrons, foi explicado por sua neutralidade elétrica. Afinal, as partículas carregadas interagem ativamente com a matéria e perdem rapidamente sua energia. A existência de nêutrons foi prevista por E. Rutherford 10 anos antes dos experimentos de D. Chadwig. Ao acertar α -partículas nos núcleos de berílio, ocorre a seguinte reação:

Aqui está o símbolo do nêutron; sua carga é igual a zero e a massa atômica relativa é aproximadamente igual a um. Um nêutron é uma partícula instável: um nêutron livre em um tempo de ~ 15 min. decai em um próton, um elétron e um neutrino - uma partícula desprovida de massa de repouso.

Após a descoberta do nêutron por J. Chadwick em 1932, D. Ivanenko e W. Heisenberg propuseram independentemente modelo próton-nêutron (nucleon) do núcleo. De acordo com este modelo, o núcleo consiste em prótons e nêutrons. Número de prótons Z coincide com o número de série do elemento na tabela de D. I. Mendeleev.

Carga principal Q determinado pelo número de prótons Z, que fazem parte do núcleo, e é um múltiplo do valor absoluto da carga do elétron e:

Q = + Ze.

Número Z chamado número de carga nuclear ou número atômico.

Número de massa do núcleo A chamado o número total de núcleons, ou seja, prótons e nêutrons contidos nele. O número de nêutrons em um núcleo é representado pela letra N. Então o número de massa é:

A = Z + N.

Os núcleons (prótons e nêutrons) recebem um número de massa igual a um, e o elétron recebe um valor zero.

A ideia da composição do núcleo também foi facilitada pela descoberta isótopos.

Isótopos (do grego. isos igual, igual e topoa- lugar) - são variedades de átomos do mesmo elemento químico, cujos núcleos atômicos possuem o mesmo número de prótons ( Z) e um número diferente de nêutrons ( N).

Os núcleos desses átomos também são chamados de isótopos. Os isótopos são nuclídeos um elemento. Nuclídeo (de lat. núcleo- núcleo) - qualquer núcleo atômico (respectivamente, um átomo) com números dados Z E N. A designação geral de nuclídeos é ……. Onde x- símbolo de um elemento químico, A=Z+N- Número de massa.

Os isótopos ocupam o mesmo lugar na Tabela Periódica dos Elementos, daí o seu nome. Como regra, os isótopos diferem significativamente em suas propriedades nucleares (por exemplo, em sua capacidade de entrar em reações nucleares). As propriedades químicas (e quase igualmente físicas) dos isótopos são as mesmas. Isso se explica pelo fato de que as propriedades químicas de um elemento são determinadas pela carga do núcleo, pois é essa carga que afeta a estrutura da camada eletrônica do átomo.

A exceção são os isótopos de elementos leves. Isótopos de hidrogênio 1 H — prótio, 2 H— deutério, 3 H — trítio eles diferem tanto em massa que suas propriedades físicas e químicas são diferentes. O deutério é estável (ou seja, não radioativo) e está incluído como uma pequena impureza (1: 4500) no hidrogênio comum. O deutério se combina com o oxigênio para formar água pesada. Ele ferve à pressão atmosférica normal a 101,2°C e congela a +3,8°C. Trítio β é radioativo com uma meia-vida de cerca de 12 anos.

Todos os elementos químicos possuem isótopos. Alguns elementos possuem apenas isótopos instáveis ​​(radioativos). Para todos os elementos, os isótopos radioativos foram obtidos artificialmente.

Isótopos de urânio. O elemento urânio tem dois isótopos - com números de massa 235 e 238. O isótopo é apenas 1/140 do mais comum.

Cromatina

1) heterocromatina;

2) eucromatina.

heterocromatina

Estrutural

Opcional

eucromatina

a) proteínas histonas;

b) proteínas não histônicas.

você proteínas histonas (histonas

você Proteínas não histônicas

nucléolo

ЁTamanho - 1-5 mícrons.

A forma é esférica.

componente granular

fibrilar

envelope nuclear

1. Membrana nuclear externa (m. nuclearis externa),

membrana nuclear interna

Características:

carioplasma

reprodução celular

aparato nuclear

O núcleo está presente em todas as células eucarióticas, com exceção dos eritrócitos maduros e dos tubos crivados das plantas. As células geralmente têm um único núcleo, mas às vezes são encontradas células multinucleadas.

O núcleo é esférico ou oval.

Algumas células têm núcleos segmentados. O tamanho dos núcleos é de 3 a 10 mícrons de diâmetro. O núcleo é essencial para a vida da célula. Regula a atividade celular. O núcleo armazena informações hereditárias contidas no DNA. Esta informação, graças ao núcleo, é transmitida às células filhas durante a divisão celular. O núcleo determina a especificidade das proteínas sintetizadas na célula. O núcleo contém muitas proteínas necessárias para suas funções. O RNA é sintetizado no núcleo.

Núcleo celular compreende membrana, seiva nuclear, um ou mais nucléolos e cromatina.

papel funcional envelope nuclearé o isolamento do material genético (cromossoma) célula eucariótica do citoplasma com suas inúmeras reações metabólicas, bem como a regulação das interações bilaterais do núcleo e do citoplasma. O envelope nuclear consiste em duas membranas - externa e interna, entre as quais está localizado espaço perinuclear (perinuclear). Este último pode se comunicar com os túbulos do retículo citoplasmático. membrana externa O envelope nuclear, em contato direto com o citoplasma da célula, possui uma série de características estruturais que permitem atribuí-lo ao próprio sistema de membrana do RE. Contém um grande número de ribossomos, bem como nas membranas do ergastoplasma. A membrana interna do envoltório nuclear não possui ribossomos em sua superfície, mas está estruturalmente associada a lâmina nuclear- camada periférica fibrosa da matriz protéica nuclear.

O envoltório nuclear contém poros nucleares com um diâmetro de 80-90 nm, que são formados devido a inúmeras zonas de fusão de duas membranas nucleares e são, por assim dizer, arredondados, através de perfurações de toda a membrana nuclear. Os poros desempenham um papel importante no transporte de substâncias para dentro e para fora do citoplasma. Complexo de Poros Nucleares (NPC) com um diâmetro de cerca de 120 nm tem uma certa estrutura (consiste em mais de 1000 proteínas - nucleoporinas, cuja massa é 30 vezes maior que a do ribossomo), o que indica um complexo mecanismo de regulação dos movimentos núcleo-citoplasmáticos de substâncias e estruturas. No processo de transporte citoplasmático nuclear, os poros nucleares funcionam como uma espécie de peneira molecular, passando passivamente partículas de um determinado tamanho ao longo de um gradiente de concentração (íons, carboidratos, nucleotídeos, ATP, hormônios, proteínas até 60 kDa). Os poros não são formações permanentes. O número de poros aumenta durante o período de maior atividade nuclear. O número de poros depende do estado funcional da célula. Quanto maior a atividade sintética na célula, maior o seu número. Foi calculado que em vertebrados inferiores em eritroblastos, onde a hemoglobina é intensamente formada e acumulada, existem cerca de 30 poros por 1 μm2 da membrana nuclear. Nos eritrócitos maduros desses animais que retêm núcleos, permanecem até cinco poros por 1 μg de membrana, ou seja, 6 vezes menos.

Na região do complexo de penas, o chamado placa densa - uma camada de proteína que está subjacente a todo o comprimento da membrana interna da membrana nuclear. Essa estrutura desempenha principalmente uma função de suporte, pois em sua presença a forma do núcleo é preservada, mesmo que ambas as membranas do envelope nuclear sejam destruídas. Supõe-se também que a conexão regular com a substância da placa densa contribui para o arranjo ordenado dos cromossomos no núcleo interfásico.

Seiva nuclear (carioplasma ou matriz)- o conteúdo interno do núcleo, é uma solução de proteínas, nucleotídeos, íons, mais viscoso que o hialoplasma. Também contém proteínas fibrilares. O carioplasma contém nucléolos e cromatina. O suco nuclear forma o ambiente interno do núcleo e, portanto, desempenha um papel importante para garantir o funcionamento normal do material genético. A composição do suco nuclear contém filamentoso, ou fibrilares, proteínas, ao qual está associado o desempenho da função de suporte: a matriz também contém os produtos primários da transcrição da informação genética - RNA heteronuclear (hnRNA), que aqui são processados, transformando-se em mRNA.

nucléolo- um componente obrigatório do núcleo, são encontrados em núcleos interfásicos e são corpos pequenos, de forma esférica. Os nucléolos são mais densos que o núcleo. Nos nucléolos ocorre a síntese de rRNA, outros tipos de RNA e a formação de subunidades. ribossomo. O surgimento dos nucléolos está associado a certas zonas dos cromossomos chamadas de organizadores nucleolares. O número de nucléolos é determinado pelo número de organizadores nucleolares. Eles contêm genes de rRNA. Os genes rRNA ocupam certas áreas (dependendo do tipo de animal) de um ou mais cromossomos (em humanos, 13-15 e 21-22 pares) - organizadores nucleolares, onde se formam os nucléolos. Essas regiões nos cromossomos metafásicos parecem constrições e são chamadas de constrições secundárias. Usando um microscópio eletrônico, componentes filamentosos e granulares são revelados no nucléolo. O componente filamentoso (fibrilar) é representado por complexos de proteínas e moléculas gigantes precursoras de RNA, a partir das quais são formadas moléculas menores de rRNA maduro. No processo de maturação, as fibrilas são transformadas em grãos de ribonucleoproteínas (grânulos), que representam o componente granular.

Estruturas da cromatina na forma de grumos, espalhados no nucleoplasma são uma forma interfásica de existência cromossomos células.

ribossomo - é uma partícula de ribonucleoproteína arredondada com um diâmetro de 20-30 nm. Os ribossomos são organelas celulares não membranares. Os ribossomos combinam resíduos de aminoácidos em cadeias polipeptídicas (síntese de proteínas). Os ribossomos são muito pequenos e numerosos.

Consiste em subunidades pequenas e grandes, cuja combinação ocorre na presença de RNA mensageiro (mensageiro) (mRNA). A subunidade pequena inclui moléculas de proteína e uma molécula de RNA ribossômico (rRNA), enquanto a segunda contém proteínas e três moléculas de rRNA. Proteína e rRNA em massa em quantidades iguais participam da formação de ribossomos. O rRNA é sintetizado no nucléolo.

Uma molécula de mRNA geralmente combina vários ribossomos como um colar de contas. Tal estrutura é chamada polissomo. Os polissomos estão livremente localizados na substância fundamental do citoplasma ou ligados às membranas do retículo citoplasmático rugoso. Em ambos os casos, eles servem como um local para a síntese de proteínas ativas. A comparação da razão entre o número de polissomos livres e ligados à membrana em células embrionárias indiferenciadas e tumorais, por um lado, e em células especializadas de um organismo adulto, por outro lado, levou à conclusão de que as proteínas são formadas em células hialoplasmáticas polissomos para suas próprias necessidades (para uso "doméstico") desta célula, enquanto nos polissomos da rede granular são sintetizadas proteínas que são retiradas da célula e utilizadas para as necessidades do corpo (por exemplo, enzimas digestivas, leite materno proteínas). Os ribossomos podem estar livremente localizados no citoplasma ou associados ao retículo endoplasmático, fazendo parte do RE rugoso.As proteínas formadas nos ribossomos conectados à membrana do RE geralmente entram nos tanques do RE. As proteínas sintetizadas nos ribossomos livres permanecem no hialoplasma. Por exemplo, a hemoglobina é sintetizada nos ribossomos livres nos eritrócitos. Os ribossomos também estão presentes nas mitocôndrias, plastídios e células procarióticas.

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A estrutura do núcleo e sua composição química

O núcleo consiste em cromatina, nucléolo, carioplasma (nucleoplasma) e envelope nuclear.

Em uma célula que se divide, na maioria dos casos há um núcleo, mas existem células que possuem dois núcleos (20% das células do fígado são binucleares), além de multinucleares (osteoclastos do tecido ósseo).

ЁTamanhos - variam de 3-4 a 40 mícrons.

Cada tipo de célula é caracterizado por uma relação constante entre o volume do núcleo e o volume do citoplasma. Essa relação é chamada de índice de Hertwing. Dependendo do valor desse índice, as células são divididas em dois grupos:

1. nuclear - o índice de Hertwing é de maior importância;

2. citoplasmático - o índice de Hertwing tem valores insignificantes.

Yoform - pode ser esférico, em forma de haste, em forma de feijão, anular, segmentado.

Yolocalization - o núcleo está sempre localizado em um determinado local da célula. Por exemplo, nas células cilíndricas do estômago, está em posição basal.

O núcleo de uma célula pode estar em dois estados:

a) mitótico (durante a divisão);

b) interfase (entre divisões).

Em uma célula viva, o núcleo interfásico parece opticamente vazio; apenas o nucléolo é encontrado. As estruturas do núcleo em forma de fios, grãos só podem ser observadas quando fatores danosos atuam sobre a célula, quando ela entra em estado de paranecrose (estado limítrofe entre a vida e a morte). A partir desse estado, a célula pode retornar à vida normal ou morrer. Após a morte celular, morfologicamente, distinguem-se as seguintes alterações no núcleo:

1) cariopicnose - compactação do núcleo;

2) cariorrexe - decomposição do núcleo;

3) cariólise - dissolução do núcleo.

Funções: 1) armazenamento e transmissão de informação genética,

2) biossíntese de proteínas, 3) formação de subunidades ribossomais.

Cromatina

A cromatina (do grego croma - tinta colorida) é a principal estrutura do núcleo interfásico, que se cora muito bem com corantes básicos e determina o padrão de cromatina do núcleo para cada tipo de célula.

Devido à capacidade de corar bem com vários corantes, e principalmente com os principais, esse componente do núcleo foi chamado de "cromatina" (Flemming 1880).

A cromatina é um análogo estrutural dos cromossomos e no núcleo interfásico é o DNA transportador do corpo.

Morfologicamente, distinguem-se dois tipos de cromatina:

1) heterocromatina;

2) eucromatina.

heterocromatina(heterocromatina) corresponde a partes dos cromossomos parcialmente condensadas na interfase e é funcionalmente inativa. Essa cromatina cora muito bem e é essa cromatina que pode ser vista nas preparações histológicas.

A heterocromatina, por sua vez, é dividida em:

1) estrutural; 2) opcional.

Estrutural heterocromatina são os segmentos de cromossomos que estão constantemente em um estado condensado.

Opcional A heterocromatina é a heterocromatina capaz de se descondensar e se transformar em eucromatina.

eucromatina- são regiões de cromossomos descondensados ​​na interfase. Esta é uma cromatina funcional e funcionalmente ativa. Esta cromatina não é corada e não é detectada em preparações histológicas.

Durante a mitose, toda a eucromatina é condensada ao máximo e torna-se parte dos cromossomos. Durante este período, os cromossomos não realizam nenhuma função sintética. A este respeito, os cromossomos celulares podem estar em dois estados estruturais e funcionais:

1) ativos (trabalhadores), às vezes são parcialmente ou totalmente descondensados ​​e com sua participação no núcleo ocorrem os processos de transcrição e reduplicação;

2) inativos (sem trabalho, descanso metabólico), quando são condensados ​​ao máximo, desempenham a função de distribuição e transferência de material genético para células filhas.

Às vezes, em alguns casos, todo o cromossomo durante a interfase pode permanecer em um estado condensado, enquanto parece uma heterocromatina lisa. Por exemplo, um dos cromossomos X das células somáticas do corpo feminino está sujeito a heterocromatização nos estágios iniciais da embriogênese (durante a clivagem) e não funciona. Essa cromatina é chamada de cromatina sexual ou corpos de Barr.

Em células diferentes, a cromatina sexual tem uma aparência diferente:

a) em leucócitos neutrofílicos - um tipo de baqueta;

b) nas células epiteliais da mucosa - o aparecimento de um nódulo hemisférico.

A determinação da cromatina sexual é usada para determinar o sexo genético, bem como para determinar o número de cromossomos X no cariótipo de um indivíduo (é igual ao número de corpos de cromatina sexual + 1).

Estudos de microscopia eletrônica mostraram que as preparações de cromatina interfásica isolada contêm fibrilas cromossômicas elementares de 20-25 nm de espessura, que consistem em fibrilas de 10 nm de espessura.

Quimicamente, as fibrilas de cromatina são complexos complexos de desoxirribonucleoproteínas, que incluem:

b) proteínas cromossômicas especiais;

A proporção quantitativa de DNA, proteína e RNA é de 1:1,3:0,2. A participação do DNA na preparação da cromatina é de 30-40%. O comprimento das moléculas de DNA lineares individuais varia dentro de limites indiretos e pode atingir centenas de micrômetros e até centímetros. O comprimento total das moléculas de DNA em todos os cromossomos de uma célula humana é de cerca de 170 cm, o que corresponde a 6x10-12g.

As proteínas da cromatina compõem 60-70% de sua massa seca e são representadas por dois grupos:

a) proteínas histonas;

b) proteínas não histônicas.

você proteínas histonas (histonas) - proteínas alcalinas contendo aminoácidos básicos (principalmente lisina, arginina) são dispostas de forma desigual em blocos ao longo do comprimento da molécula de DNA. Um bloco contém 8 moléculas de histonas que formam o nucleossomo. O tamanho do nucleossomo é de cerca de 10 nm. O nucleossomo é formado pela compactação e superenrolamento do DNA, o que leva a um encurtamento do comprimento da fibrila do cromossomo em cerca de 5 vezes.

você Proteínas não histônicas compõem 20% do número de histonas e nos núcleos interfásicos formam uma rede estrutural dentro do núcleo, que é chamada de matriz protéica nuclear. Esta matriz representa a estrutura que determina a morfologia e o metabolismo do núcleo.

As fibrilas de pericromatina têm 3-5 nm de espessura, os grânulos têm 45 nm de diâmetro e os grânulos de intercromatina têm 21-25 nm de diâmetro.

nucléolo

O nucléolo (nucléolo) é a estrutura mais densa do núcleo, que é claramente visível em uma célula viva não corada e é um derivado do cromossomo, um de seus loci com maior concentração e síntese de RNA ativo na interfase, mas não é um estrutura ou organela independente.

ЁTamanho - 1-5 mícrons.

A forma é esférica.

O nucléolo tem uma estrutura heterogênea. Em um microscópio de luz, sua organização fibrosa fina é visível.

A microscopia eletrônica revela dois componentes principais:

a) granular; b) fibrilar.

componente granular representados por grânulos com diâmetro de 15-20 nm, são subunidades em maturação dos ribossomos. Às vezes, o componente granular forma estruturas filamentosas - nucleolonemas, com cerca de 0,2 µm de espessura. O componente granular está localizado ao longo da periferia.

fibrilar o componente são filamentos de ribonucleoproteínas de precursores de ribossomos, que estão concentrados na parte central do nucléolo.

A ultraestrutura dos nucléolos depende da atividade da síntese de RNA: em alto nível de síntese, um grande número de grânulos é detectado no nucléolo, quando a síntese é interrompida, o número de grânulos diminui e os nucléolos se transformam em filamentos fibrilares densos de natureza basofílica.

envelope nuclear

O envoltório nuclear (nuclolema) consiste em:

Física do núcleo atômico. Composição do núcleo.

A membrana nuclear externa (m. nuclearis externa),

2. A membrana interna (m. nuclearis interna), que são separadas pelo espaço perinuclear ou pelo envelope nuclear da cisterna (cisterna nucleolemmae), com 20-60 nm de largura.

Cada membrana tem uma espessura de 7-8 nm. Em geral, a membrana nuclear se assemelha a um saco oco de duas camadas que separa o conteúdo do núcleo do citoplasma.

Membrana externa do envoltório nuclear, que está em contato direto com o citoplasma da célula, possui uma série de características estruturais que permitem atribuí-la ao próprio sistema de membranas do retículo endoplasmático. Essas características incluem: a presença de numerosos polirribossomos do lado do hialoplasma, e a própria membrana nuclear externa pode passar diretamente para as membranas do retículo endoplasmático granular. A superfície da membrana nuclear externa na maioria das células animais e vegetais não é lisa e forma protuberâncias de vários tamanhos em direção ao citoplasma na forma de vesículas ou longas formações tubulares.

membrana nuclear interna associados ao material cromossômico do núcleo. Do lado do carioplasma, a chamada camada fibrilar, composta por fibrilas, fica adjacente à membrana nuclear interna, mas não é característica de todas as células.

O envoltório nuclear não é contínuo. As estruturas mais características do envoltório nuclear são os poros nucleares. Os poros nucleares são formados pela fusão de duas membranas nucleares. Neste caso, são formados orifícios arredondados (perfurações, poros anelares), que têm um diâmetro de cerca de 80-90 nm. Esses buracos na membrana nuclear são preenchidos com estruturas globulares e fibrilares complexas. A combinação de perfurações de membrana e essas estruturas é chamada de complexo de poros (complexus pori). O complexo de poros consiste em três fileiras de grânulos, oito em cada fileira, o diâmetro dos grânulos é de 25 nm; os processos fibrilares se estendem a partir desses grânulos. Os grânulos estão localizados na borda do orifício no envelope nuclear: uma linha fica na lateral do núcleo, a segunda - na lateral do citoplasma, a terceira na parte central do poro. As fibrilas que se estendem dos grânulos periféricos podem convergir para o centro e criar, por assim dizer, uma partição, um diafragma através do poro (diafragma pori). Os tamanhos dos poros desta célula são geralmente estáveis. O número de poros nucleares depende da atividade metabólica das células: quanto mais intensos os processos sintéticos na célula, mais poros por unidade de superfície do núcleo celular.

Características:

1. Barreira - separa o conteúdo do núcleo do citoplasma, limita o livre transporte de macromoléculas entre o núcleo e o citoplasma.

2. Criação da ordem intranuclear - fixação do material cromossômico no lúmen tridimensional do núcleo.

carioplasma

O carioplasma é a parte líquida do núcleo, na qual estão localizadas as estruturas nucleares, é um análogo do hialoplasma na parte citoplasmática da célula.

reprodução celular

Um dos fenômenos biológicos mais importantes, que reflete padrões gerais e é condição essencial para a existência de sistemas biológicos por um período de tempo suficientemente longo, é a reprodução (reprodução) de sua composição celular. A reprodução das células, de acordo com a teoria celular, é realizada dividindo o original. Esta posição é uma das principais na teoria celular.

O núcleo (núcleo) da célula

FUNÇÕES DO NÚCLEO

Cromatina -

cromossomos

que incluem:

- proteínas histonas

– pequenas quantidades de ARN;

matriz nuclear

Composto por 3 componentes:

colocando o envelope nuclear.

O que é um núcleo - é em biologia: propriedades e funções

Rede intranuclear (esqueleto).

3. Nucléolo "residual".

Isso consiste de:

- membrana nuclear externa;

Nucleoplasma (carioplasma)- o componente líquido do núcleo, no qual estão localizados a cromatina e os nucléolos. Contém água e um número

nucléolo

Data de publicação: 2015-02-03; Leia: 1053 | Violação de direitos autorais da página

O núcleo (núcleo) da célula- sistema de determinação genética e regulação da síntese de proteínas.

FUNÇÕES DO NÚCLEO

● armazenamento e manutenção de informações hereditárias

● implementação de informações hereditárias

O núcleo consiste em cromatina, nucléolo, carioplasma (nucleoplasma) e um envelope nuclear que o separa do citoplasma.

Cromatina - são zonas de matéria densa no núcleo, que

Rosho percebe diferentes corantes, especialmente os básicos.

Nas células que não se dividem, a cromatina é encontrada na forma de grumos e grânulos, que é uma forma de interfase da existência de cromossomos.

cromossomos- fibrilas de cromatina, que são complexos complexos de desoxirribonucleoproteínas (DNP), na composição

que incluem:

- proteínas histonas

- proteínas não histonas - compõem 20%, são enzimas, desempenham funções estruturais e reguladoras;

– pequenas quantidades de ARN;

- pequenas quantidades de lipídios, polissacarídeos, íons metálicos.

matriz nuclear– é um sistema intranuclear de estrutura

mina, a espinha dorsal unificadora da cromatina, nucléolo, envelope nuclear. Essa rede estrutural é a base que determina a morfologia e o metabolismo do núcleo.

Composto por 3 componentes:

1. Lâmina (A, B, C) - camada fibrilar periférica, sub-

colocando o envelope nuclear.

2. Rede intranuclear (esqueleto).

3. Nucléolo "residual".

Envoltório nuclear (cariolema)é uma membrana que separa o conteúdo do núcleo do citoplasma da célula.

Isso consiste de:

- membrana nuclear externa;

- a membrana nuclear interna, entre as quais está o espaço perinuclear;

- o envelope nuclear de dupla membrana possui um complexo de poros.

Nucleoplasma (carioplasma)- o componente líquido do núcleo, no qual estão localizados a cromatina e os nucléolos.

Essencial. Componentes do Kernel

Contém água e um número

substâncias nela dissolvidas e suspensas: RNA, glicoproteínas,

iões, enzimas, metabolitos.

nucléolo- a estrutura mais densa do núcleo, formada por áreas especializadas - loops de cromossomos, chamados de organizadores nucleolares.

Existem 3 componentes do nucléolo:

1. O componente fibrilar são os transcritos primários de rRNA.

2. O componente granular é um acúmulo de pré-

subunidades ribossomais.

3. Componente amorfo - áreas do organizador nucleolar,

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O núcleo é o principal componente regulador da célula. Sua estrutura e funções.

O núcleo é uma parte essencial das células eucarióticas. Este é o principal componente regulador da célula. É responsável pelo armazenamento e transmissão de informações hereditárias, controla todos os processos metabólicos da célula. . Não é um organoide, mas um componente de uma célula.

O núcleo consiste em:

1) o envelope nuclear (membrana nuclear), através de cujos poros ocorre a troca entre o núcleo da célula e o citoplasma.

2) o suco nuclear, ou carioplasma, é uma massa de plasma semilíquida e fracamente corada que preenche todos os núcleos da célula e contém os demais componentes do núcleo;

3) cromossomos que são visíveis no núcleo não dividido apenas com a ajuda de métodos especiais de microscopia. O conjunto de cromossomos de uma célula é denominado ariótipo. A cromatina nas preparações de células coradas é uma rede de filamentos finos (fibrilas), pequenos grânulos ou aglomerados.

4) um ou mais corpos esféricos - nucléolos, que são uma parte especializada do núcleo celular e estão associados à síntese de ácido ribonucleico e proteínas.

dois estados do kernel:

1. núcleo interfásico - tem núcleos. bainha - cariolema.

2. núcleo durante as divisões celulares. apenas a cromatina está presente em um estado diferente.

O nucléolo inclui duas zonas:

1. Moléculas de proteínas fibrilares internas e pré-RNA

2. exterior - granular - formam subunidades de ribossomos.

O envoltório nuclear consiste em duas membranas separadas por um espaço perinuclear. Ambos são permeados por numerosos poros, graças aos quais é possível a troca de substâncias entre o núcleo e o citoplasma.

Os principais componentes do núcleo são os cromossomos, formados a partir de uma molécula de DNA e várias proteínas. Em um microscópio de luz, eles são claramente distinguíveis apenas durante o período de divisão celular (mitose, meiose). Em uma célula que não se divide, os cromossomos parecem fios longos e finos distribuídos por todo o volume do núcleo.

As principais funções do núcleo celular são as seguintes:

1. armazenamento de dados;
2. transferência de informação para o citoplasma usando transcrição, isto é, a síntese de i-RNA portador de informação;
3. transferência de informações para células-filhas durante a replicação - divisão de células e núcleos.
4. regula processos bioquímicos, fisiológicos e morfológicos na célula.

ocorre no núcleo replicação- duplicação de moléculas de DNA, bem como transcrição- síntese de moléculas de RNA em um molde de DNA. No núcleo, as moléculas de RNA sintetizadas sofrem algumas modificações (por exemplo, durante emenda regiões insignificantes e sem sentido são excluídas das moléculas de RNA mensageiro), após o que elas entram no citoplasma . montagem do ribossomo também ocorre no núcleo, em formações especiais chamadas nucléolos. O compartimento para o núcleo - a carioteca - é formado pela expansão e fusão entre si dos tanques do retículo endoplasmático de tal forma que o núcleo tem paredes duplas devido aos compartimentos estreitos da membrana nuclear que o envolve. A cavidade do envoltório nuclear é chamada lúmen ou espaço perinuclear. A superfície interna do envoltório nuclear é sustentada pelo núcleo lâmina- uma estrutura protéica rígida formada por proteínas laminadas, às quais se ligam fitas de DNA cromossômico. Em alguns lugares, as membranas interna e externa do envelope nuclear se fundem e formam os chamados poros nucleares através dos quais ocorre a troca de material entre o núcleo e o citoplasma.

12. Organelas de duas membranas (mitocôndrias, plastídios). Sua estrutura e funções.

Mitocôndria - estas são estruturas arredondadas ou em forma de haste, muitas vezes ramificadas, com 0,5 µm de espessura e geralmente até 5-10 µm de comprimento.

A casca da mitocôndria consiste em duas membranas que diferem em composição química, um conjunto de enzimas e funções. Membrana interna forma invaginações em forma de folha (crista) ou tubular (túbulos). O espaço delimitado pela membrana interna é matriz organelas. Usando um microscópio eletrônico, grãos com diâmetro de 20-40 nm são detectados nele. Eles acumulam íons de cálcio e magnésio, bem como polissacarídeos, como o glicogênio.
A matriz contém seu próprio aparato de biossíntese de proteínas organelas. É representado por 2-6 cópias de uma molécula de DNA circular e livre de histonas (como em procariontes), ribossomos, um conjunto de RNA transportador (tRNA), enzimas para replicação de DNA, transcrição e tradução de informações hereditárias. Função principal a mitocôndria consiste na extração enzimática de energia de certos produtos químicos (pela oxidação) e no acúmulo de energia em uma forma biologicamente utilizável (pela síntese de moléculas de adenosina trifosfato -ATP). Em geral, esse processo é chamado fosforilação oxidativa. Entre as funções colaterais das mitocôndrias, pode-se citar a participação na síntese de hormônios esteróides e alguns aminoácidos (glutamina).

plastídios - estas são organelas de duas membranas semi-autônomas (podem existir de forma relativamente autônoma a partir do DNA nuclear da célula) características de organismos eucarióticos fotossintéticos. Existem três tipos principais de plastídeos: cloroplastos, cromoplastos e leucoplastos.A totalidade dos plastídios em uma célula é chamadaplastidoma . Cada um desses tipos, sob certas condições, pode passar de um para o outro. Como as mitocôndrias, os plastídios contêm suas próprias moléculas de DNA. Portanto, eles também são capazes de se reproduzir independentemente da divisão celular. Os plastídios são encontrados apenas em células vegetais.

Cloroplastos. O comprimento dos cloroplastos varia de 5 a 10 mícrons, o diâmetro é de 2 a 4 mícrons. Os cloroplastos são limitados por duas membranas. A membrana externa é lisa, a interna tem uma estrutura dobrada complexa. A menor dobra é chamada t ilakoide. Um grupo de tilacoides empilhados como uma pilha de moedas é chamado de g ferimento. Os grânulos são conectados uns aos outros por canais achatados - lamelas. As membranas tilacóides contêm pigmentos fotossintéticos e enzimas que fornecem síntese de ATP. O principal pigmento fotossintético é a clorofila, que determina a cor verde dos cloroplastos.

O espaço interno dos cloroplastos é preenchido estroma. O estroma contém DNA nu circular, ribossomos, enzimas do ciclo de Calvin e grãos de amido. Dentro de cada tilacóide há um reservatório de prótons, há um acúmulo de H+. Os cloroplastos, como as mitocôndrias, são capazes de reprodução autônoma dividindo-se em dois. Os cloroplastos das plantas inferiores são chamados cromatóforos.

Leucoplastos. A membrana externa é lisa, a interna forma pequenos tilacóides. O estroma contém DNA circular "nu", ribossomos, enzimas para a síntese e hidrólise de nutrientes de reserva. Não há pigmentos. Especialmente muitos leucoplastos possuem células dos órgãos subterrâneos da planta (raízes, tubérculos, rizomas, etc.). .). Amiloplastos- sintetizar e armazenar amido , elaioplasto- óleos , proteinoplastos- proteínas. Diferentes substâncias podem se acumular no mesmo leucoplasto.

Cromoplastos. A membrana externa é lisa, a interna ou também lisa, ou forma tilacóides simples. O estroma contém DNA circular e pigmentos. - carotenóides, dando aos cromoplastos uma cor amarela, vermelha ou laranja. A forma de acúmulo de pigmentos é diferente: na forma de cristais, dissolvidos em gotas lipídicas, etc. Os cromoplastos são considerados o estágio final no desenvolvimento dos plastídios.

Os plastídeos podem se transformar mutuamente: leucoplastos - cloroplastos - cromoplastos.

Organelas de membrana única (ER, aparelho de Golgi, lisossomos). Sua estrutura e funções.

tubular E sistema vacuolar formado por cavidades tubulares ou achatadas (cisternas) comunicantes ou separadas, limitadas por membranas e espalhadas por todo o citoplasma da célula. Neste sistema, existem duro E retículo citoplasmático liso. Uma característica da estrutura da rede áspera é a ligação dos polissomos às suas membranas. Por isso, cumpre a função de sintetizar uma determinada categoria de proteínas que são principalmente retiradas da célula, por exemplo, secretadas pelas células glandulares. Na área da rede rugosa, ocorre a formação de proteínas e lipídios das membranas citoplasmáticas, bem como sua montagem. Densamente compactadas em uma estrutura em camadas, as cisternas de uma rede grosseira são os locais de síntese de proteínas mais ativas e são chamadas de ergastoplasma.

As membranas do retículo citoplasmático liso são desprovidas de polissomos. Funcionalmente, essa rede está associada ao metabolismo de carboidratos, gorduras e outras substâncias não protéicas, como hormônios esteróides (nas gônadas, córtex adrenal). Através dos túbulos e cisternas, as substâncias se movem, em particular, o material secretado pela célula glandular, desde o local de síntese até a área de empacotamento em grânulos. Em áreas das células hepáticas ricas em estruturas de rede lisas, substâncias tóxicas nocivas e algumas drogas (barbitúricos) são destruídas e tornadas inofensivas. Nas vesículas e túbulos da rede lisa de músculos estriados, os íons de cálcio são armazenados (depositados), que desempenham um papel importante no processo de contração.

complexo de Golgi-é uma pilha de sacos de membrana plana chamados cisternas. Os tanques são completamente isolados uns dos outros e não estão interligados. Numerosos túbulos e vesículas se ramificam das cisternas ao longo das bordas. Vacúolos (vesículas) com substâncias sintetizadas são atados do EPS de tempos em tempos, que se movem para o complexo de Golgi e se conectam a ele. As substâncias sintetizadas no EPS tornam-se mais complexas e acumulam-se no complexo de Golgi. Funções do complexo de Golgi :1- Nos tanques do complexo de Golgi, ocorre outra transformação química e complicação de substâncias que entraram nele a partir do EPS. Por exemplo, formam-se substâncias necessárias para renovar a membrana celular (glicoproteínas, glicolípidos), polissacarídeos.

2- No complexo de Golgi há acúmulo de substâncias e seu "armazenamento" temporário

3- Substâncias formadas são “empacotadas” em vesículas (em vacúolos) e desta forma se movem pela célula.

4- No complexo de Golgi são formados os lisossomos (organelas esféricas com enzimas degradantes).

Lisossomos- pequenas organelas esféricas, cujas paredes são formadas por uma única membrana; contém lítico(quebra) enzimas. A princípio, os lisossomos, derivados do complexo de Golgi, contêm enzimas inativas. Sob certas condições, suas enzimas são ativadas. Quando um lisossomo se funde com um vacúolo fagocítico ou pinocítico, forma-se um vacúolo digestivo, no qual várias substâncias são digeridas intracelularmente.

Funções dos lisossomos :1- Realizar a divisão de substâncias absorvidas como resultado de fagocitose e pinocitose. Os biopolímeros são decompostos em monômeros que entram na célula e são utilizados para suas necessidades.

O núcleo e seus componentes estruturais

Por exemplo, eles podem ser usados ​​para sintetizar novas substâncias orgânicas ou podem ser ainda mais decompostos para gerar energia.

2- Destrua as organelas velhas, danificadas e em excesso. A divisão de organelas também pode ocorrer durante a fome da célula.

vacúolos- organelas esféricas de membrana única, que são reservatórios de água e substâncias nela dissolvidas. Os vacúolos incluem: vacúolos fagocíticos e pinocíticos, vacúolos digestivos, vesículas, atados do EPS e do complexo de Golgi. Os vacúolos das células animais são pequenos e numerosos, mas seu volume não excede 5% do volume celular total. Sua função principal - transporte de substâncias através da célula, a implementação da relação entre organelas.

Em uma célula vegetal, os vacúolos representam até 90% do volume.

Em uma célula vegetal madura, há apenas um vacúolo, ocupando uma posição central. A membrana vacúolo de uma célula vegetal é o tonoplasto, seu conteúdo é a seiva celular. Funções dos vacúolos em uma célula vegetal: manutenção da membrana celular em tensão, acúmulo de várias substâncias, incluindo produtos residuais da célula. Os vacúolos fornecem água para a fotossíntese. Pode incluir:

- reserva substâncias que podem ser utilizadas pela própria célula (ácidos orgânicos, aminoácidos, açúcares, proteínas). - substâncias que são excretadas do metabolismo da célula e se acumulam no vacúolo (fenóis, taninos, alcalóides, etc.) - fitormônios, fitoncidas,

- pigmentos (substâncias corantes) que dão à seiva celular uma cor púrpura, vermelha, azul, violeta e, às vezes, amarela ou creme. São os pigmentos da seiva celular que colorem pétalas de flores, frutas, raízes.

14. Organelas não membranares (microtúbulos, centro celular, ribossomos). Sua estrutura e funções.ribossomo - uma organela não membranar da célula que realiza a síntese de proteínas. Consiste em duas subunidades - pequenas e grandes. O ribossomo consiste em 3-4 moléculas de rRNA que formam sua estrutura e várias dezenas de moléculas de várias proteínas. Os ribossomos são sintetizados no nucléolo. Em uma célula, os ribossomos podem estar localizados na superfície do RE granular ou no hialoplasma da célula na forma de polissomos. Polissomo -é um complexo de i-RNA e vários ribossomos que leem as informações dele. Função ribossomo- biossíntese de proteínas. Se os ribossomos estiverem localizados no RE, as proteínas sintetizadas por eles são usadas para as necessidades de todo o organismo, os ribossomos hialoplasmáticos sintetizam proteínas para as necessidades da própria célula. Os ribossomos das células procarióticas são menores que os dos eucariotos. Os mesmos pequenos ribossomos são encontrados nas mitocôndrias e plastídios.

microtúbulos - estruturas cilíndricas ocas da célula, constituídas pela proteína irredutível tubulina. Os microtúbulos são incapazes de se contrair. As paredes do microtúbulo são formadas por 13 filamentos da proteína tubulina. Os microtúbulos estão localizados na espessura do hialoplasma das células.

Cílios e flagelos - organelas do movimento. Função principal - movimento de células ou movimento ao longo das células do fluido ou partículas que os rodeiam. Em um organismo multicelular, os cílios são característicos do epitélio do trato respiratório, as trompas de Falópio e os flagelos são característicos dos espermatozóides. Cílios e flagelos diferem apenas em tamanho - os flagelos são mais longos. Eles são baseados em microtúbulos dispostos em um sistema 9(2) + 2. Isso significa que 9 microtúbulos duplos (duplos) formam uma parede cilíndrica, no centro da qual existem 2 microtúbulos simples. Os cílios e flagelos são sustentados pelos corpos basais. O corpo basal tem formato cilíndrico, formado por 9 trigêmeos (trigêmeos) de microtúbulos, não havendo microtúbulos no centro do corpo basal.

Cl e centro exato — centro mitótico, uma estrutura permanente em quase todas as células animais e algumas vegetais, determina os pólos de uma célula em divisão (ver Mitose) . O centro da célula geralmente consiste em dois centríolos - grânulos densos de tamanho 0,2-0,8 mícron, localizados em ângulos retos entre si. Durante a formação do aparelho mitótico, os centríolos divergem em direção aos pólos da célula, determinando a orientação do fuso da divisão celular. Portanto, é mais correto para K. c. chamar centro mitótico, refletindo com isso seu significado funcional, especialmente porque apenas em algumas células K. c. localizado em seu centro. No decorrer do desenvolvimento do organismo, eles mudam conforme a posição de K. c. nas células, assim é a forma dela. Quando uma célula se divide, cada uma das células filhas recebe um par de centríolos. O processo de sua duplicação ocorre com mais frequência no final da divisão celular anterior. A emergência de um número de formas patológicas da divisão celular une-se com a divisão anormal A. c.

DEFINIÇÃO

Átomo Consiste em um núcleo carregado positivamente, dentro do qual estão prótons e nêutrons, e os elétrons se movem em órbitas ao seu redor. núcleo do átomo localizado no centro e quase toda a sua massa está concentrada nele.

A carga do núcleo de um átomo determina o elemento químico ao qual esse átomo pertence.

A existência do núcleo atômico foi provada em 1911 por E. Rutherford e descrita em um trabalho chamado "Dispersão de raios α e β e a estrutura do átomo". Depois disso, vários cientistas apresentaram inúmeras teorias sobre a estrutura do núcleo atômico (gota (N. Bohr), concha, aglomerado, óptico, etc.).

A estrutura eletrônica do núcleo atômico

De acordo com as idéias modernas, o núcleo atômico consiste em prótons carregados positivamente e nêutrons neutros, que juntos são chamados de núcleons. Eles são mantidos no núcleo devido à forte interação.

O número de prótons no núcleo é chamado de número de carga (Z). Pode ser determinado usando a Tabela Periódica de D. I. Mendeleev - é igual ao número de série do elemento químico ao qual o átomo pertence.

O número de nêutrons em um núcleo é chamado de número isotópico (N). O número total de núcleons no núcleo é chamado de número de massa (M) e é igual à massa atômica relativa de um átomo de um elemento químico, indicada na Tabela Periódica de D. I. Mendeleev.

Núcleos com o mesmo número de nêutrons, mas diferentes números de prótons são chamados de isótonos. Se o núcleo tiver o mesmo número de prótons, mas um número diferente de nêutrons - isótopos. No caso em que os números de massa são iguais, mas a composição dos núcleons é diferente - isóbaros.

O núcleo de um átomo pode estar em um estado estável (fundamental) e em um estado excitado.

Considere a estrutura do núcleo atômico usando o exemplo do elemento químico oxigênio. O oxigênio tem o número de série 8 na Tabela Periódica de D. I. Mendeleev e uma massa atômica relativa de 16 a.m.u. Isso significa que o núcleo do átomo de oxigênio tem uma carga igual a (+8). O núcleo contém 8 prótons e 8 nêutrons (Z=8, N=8, M=16), e 8 elétrons se movem ao longo de 2 órbitas ao redor do núcleo (Fig. 1).

Arroz. 1. Representação esquemática da estrutura do átomo de oxigênio.

Exemplos de resolução de problemas

EXEMPLO 1

EXEMPLO 2

Exercício	Caracterize por números quânticos todos os elétrons que estão no subnível 3p.
Solução	Existem seis elétrons no subnível p do 3º nível:

Na década de 1920, os físicos não tinham mais dúvidas sobre a complexidade da estrutura dos núcleos atômicos descobertos por Rutherford em 1911. Este fato foi indicado por um grande número de diferentes experimentos realizados na época, tais como:

• descoberta do fenômeno da radioatividade,
• prova experimental do modelo nuclear do átomo,
• medição da razão em para um elétron, uma partícula α e para uma partícula H, que é o núcleo de um átomo de hidrogênio,
• descoberta de radioatividade artificial e reações nucleares,
• medição das cargas de núcleos atômicos e muitos outros.

Que partículas constituem os núcleos dos átomos? Em nosso tempo, é um fato que os núcleos dos átomos de vários elementos consistem em dois tipos de partículas, isto é, nêutrons e prótons. A segunda dessas partículas é um átomo de hidrogênio que perdeu seu único elétron. Tal partícula já havia sido notada nos experimentos de J. Thomson em 1907. O cientista foi capaz de medir sua proporção.

Definição 1

E. Rutherford em 1919 descobriu núcleos atômicos de hidrogênio nos produtos da fissão de núcleos atômicos de um número significativo de elementos. O físico nomeou a partícula encontrada próton. Ele sugeriu que a composição de qualquer um dos núcleos dos átomos inclui prótons.

O esquema dos experimentos de Rutherford é ilustrado na Figura 6. 5 . 1 .

Figura 6. 5 . 1 . Esquema dos experimentos de Rutherford sobre a detecção de prótons em produtos de fissão nuclear. K é um recipiente de chumbo com uma fonte radioativa de partículas α, F é uma folha de metal, E é uma tela revestida com sulfeto de zinco, M é um microscópio.

O dispositivo de Rutherford consistia em uma câmara evacuada com um recipiente PARA onde estava a fonte α -partículas. Folha de metal, mostrada como F, sobrepôs a janela da câmera. A espessura da folha foi selecionada de forma a evitar a penetração através dela α -partículas. Do lado de fora da janela havia uma tela revestida com sulfeto de zinco, na imagem 6. 5 . 1 marcado com a letra E. Usando um microscópio M, foi possível observar flashes de luz ou, como também são chamados, cintilações em pontos, nos pontos da tela, nos quais partículas carregadas pesadas se chocam.

No processo de enchimento da câmara com nitrogênio a baixa pressão, flashes de luz foram detectados na tela. Esse fenômeno apontou para o fato de que nas condições experimentais existe um fluxo de partículas desconhecidas que têm a capacidade de penetrar através de um fluxo quase completamente bloqueador α -folha de partícula F. Vez após vez, removendo a tela da janela da câmera, E. Rutherford foi capaz de medir o livre caminho médio das partículas observadas no ar. O valor obtido acabou sendo aproximadamente igual a 28 cm, o que coincidiu com a estimativa do comprimento do caminho das partículas H observada anteriormente por J. Thomson.

Com a ajuda de estudos do efeito de campos elétricos e magnéticos em partículas arrancadas de núcleos de nitrogênio, foram obtidos dados sobre a positividade de sua carga elementar. Também foi provado que a massa dessas partículas é equivalente à massa dos núcleos dos átomos de hidrogênio.

Posteriormente, o experimento foi realizado com várias outras substâncias gasosas. Em todos esses experimentos realizados, descobriu-se que a partir de seus núcleos α -partículas derrubam partículas H ou prótons.

De acordo com as medições modernas, a carga positiva do próton é absolutamente equivalente à carga elementar e = 1,60217733 10 - 19 K l. Em outras palavras, módulo é igual à carga negativa do elétron. Em nosso tempo, a igualdade das cargas do próton e do elétron foi verificada com uma precisão de 10 - 22. Tal coincidência das cargas de duas partículas significativamente diferentes causa perplexidade sincera e até hoje permanece um dos mistérios fundamentais da física moderna.

Definição 2

Com base em medições modernas, podemos afirmar que a massa de um próton é igual a m p = 1, 67262 10 - 27 kg. Nas condições da física nuclear, a massa pertencente às partículas é freqüentemente expressa em unidades de massa atômica (a.m.u.), igual à massa de um átomo de carbono com número de massa 12:

1 a. e.m. = 1,66057 10 - 27 kg

Assim, m p \u003d 1, 007276 a. comer.

Muitas vezes, a expressão para a massa de uma partícula é mais conveniente ao usar valores equivalentes de energia de acordo com a seguinte fórmula: E = m c 2 . Devido ao fato de que 1 e V \u003d 1,60218 10 - 19 J, em unidades de energia a massa do próton é 938,272331 M e V.

Conseqüentemente, o experimento de Rutherford, que descobriu o fenômeno da divisão dos núcleos de nitrogênio e outros elementos da tabela periódica sob as condições de impactos de partículas α rápidas, também mostrou que os prótons fazem parte dos núcleos atômicos.

Como resultado da descoberta dos prótons, alguns físicos chegaram à suposição de que novas partículas não são apenas parte dos núcleos dos átomos, mas são seus únicos elementos possíveis. No entanto, devido ao fato de que a relação entre a carga do núcleo e sua massa não permanece constante para diferentes núcleos, como seria se apenas prótons fossem incluídos na composição dos núcleos, essa suposição foi reconhecida como insustentável. Para os núcleos mais pesados, esta relação acaba por ser menor do que para os leves, donde se conclui que ao passar para os núcleos mais pesados, a massa do núcleo aumenta mais rapidamente do que a carga.

Em 1920, E. Rutherford apresentou uma hipótese sobre a presença na composição dos núcleos de um certo par compacto rigidamente ligado consistindo de um elétron e um próton. No entendimento do cientista, esse feixe era uma formação eletricamente neutra como uma partícula com massa praticamente equivalente à massa de um próton. Ele também criou um nome para essa partícula hipotética, Rutherford queria chamá-la de nêutron. Infelizmente, essa ideia, apesar de sua beleza, era errônea. Descobriu-se que um elétron não pode fazer parte de um núcleo. Um cálculo de mecânica quântica baseado na relação de incerteza mostra que um elétron localizado no núcleo, ou seja, uma região de tamanho R ≈ 10–13 cm, deve ter uma energia cinética incrível, que é muitas ordens de grandeza maior que a energia de ligação de núcleos por partícula.

A ideia da existência de alguma partícula pesada de carga neutra no núcleo era extremamente atraente para Rutherford. O cientista imediatamente se voltou para um grupo de seus alunos, liderados por J. Chadwick, com a proposta de procurá-la. Após 12 anos, em 1932, Chadwick realizou um estudo experimental da radiação que ocorre quando o berílio é irradiado com partículas α. No processo, ele descobriu que essa radiação é um fluxo de partículas neutras com massa quase equivalente à de um próton. Assim, o nêutron foi descoberto. Figura 6. 5 . 2 ilustra um diagrama simplificado de uma configuração para detectar nêutrons.

Figura 6. 5 . 2. Esquema de instalação para detecção de nêutrons.

No processo de bombardeio de berílio com partículas α emitidas por polônio radioativo, aparece uma poderosa radiação penetrante, capaz de passar por um obstáculo na forma de uma camada de chumbo de 10 a 20 cm. Essa radiação foi descoberta quase ao mesmo tempo que Chadwick, filha de Marie e Pierre Curie, Irene e Frederic Joliot-Curie, mas eles sugeriram que se trata de raios γ de alta energia. Eles notaram que, se uma placa de parafina for instalada no caminho da radiação de berílio, a capacidade ionizante dessa radiação aumenta abruptamente. O casal provou que a radiação do berílio elimina os prótons presentes na substância contendo hidrogênio em grandes quantidades da parafina. Usando o valor do caminho livre médio dos prótons no ar, os cientistas estimaram a energia dos γ-quanta, que têm a capacidade de transmitir a velocidade desejada aos prótons em condições de colisão. O valor de energia obtido como resultado da avaliação acabou sendo enorme - cerca de 50 MeV.

Em 1932, J. Chadwick realizou toda uma série de experimentos visando um estudo abrangente das propriedades da radiação que surge quando o berílio é irradiado com partículas α. Em seus experimentos, Chadwick usou vários métodos para estudar a radiação ionizante.

Definição 3

Figura 6. 5 . 2 ilustrado contador Geiger, um instrumento usado para detectar partículas carregadas.

Este dispositivo consiste em um tubo de vidro revestido internamente com uma camada de metal (cátodo) e um fio fino que corre ao longo do eixo do tubo (ânodo). O tubo é preenchido com um gás inerte, geralmente argônio, a baixa pressão. Uma partícula carregada no processo de movimento em um gás causa a ionização das moléculas.

Definição 4

Os elétrons livres resultantes da ionização são acelerados pelo campo elétrico entre o ânodo e o cátodo às energias nas quais o fenômeno da ionização por impacto começa. Uma avalanche de íons aparece e um curto pulso de corrente de descarga passa pelo contador.

Definição 5

Outro instrumento de grande importância para o estudo das partículas é o câmara de nuvens, em que uma partícula carregada rapidamente deixa um rastro ou, como também é chamado, um rastro.

A trajetória da partícula pode ser fotografada ou observada diretamente. A base da ação da câmara de nuvem criada em 1912 é o fenômeno da condensação de vapor supersaturado em íons que se formam no volume de trabalho da câmara ao longo da trajetória de uma partícula carregada. Usando uma câmara de nuvem, torna-se possível observar a curvatura da trajetória de uma partícula carregada em campos elétricos e magnéticos.

Prova 1

Em seus experimentos, J. Chadwick observou vestígios de núcleos de nitrogênio que colidiram com radiação de berílio em uma câmara de nuvens. Com base nesses experimentos, o cientista estimou a energia do γ-quântico, que é capaz de informar aos núcleos de nitrogênio a velocidade observada no experimento. O valor obtido foi de 100 - 150 MeV. Os γ-quanta emitidos pelo berílio não poderiam ter uma energia tão grande. Partindo deste fato, Chadwick concluiu que do berílio, sob a influência de partículas α, não voam γ-quanta sem massa, mas sim partículas pesadas. Essas partículas possuíam considerável poder de penetração e não ionizavam diretamente o gás no contador Geiger; portanto, eram eletricamente neutras. Assim, ficou provada a existência do nêutron, a partícula prevista por Rutherford mais de 10 anos antes dos experimentos de Chadwick.

Definição 6

Nêutroné uma partícula elementar. Sua representação como um par próton-elétron compacto, como Rutherford presumiu inicialmente, será errônea.

Com base nos resultados das medições modernas, podemos dizer que a massa do nêutron m n = 1,67493 10 - 27 kg g = 1,008665 a.u. comer.

Em unidades de energia, a massa de um nêutron é equivalente a 939,56563 MeV. A massa de um nêutron é aproximadamente duas massas de elétrons maiores que a massa de um próton.

Imediatamente após a descoberta do nêutron, o cientista russo D. D. Ivanenko, junto com o físico alemão W. Heisenberg, apresentou uma hipótese sobre a estrutura próton-nêutron dos núcleos atômicos, que foi totalmente confirmada por estudos subseqüentes.

Definição 7

Prótons e nêutrons são chamados nucleons.

Várias notações são introduzidas para caracterizar núcleos atômicos.

Definição 8

O número de prótons que compõem o núcleo atômico é indicado pelo símbolo Z e é chamado número de cobrança ou número atômico(este é o número de série na tabela periódica de Mendeleev).

A carga nuclear é Z e , onde e é a carga elementar. O número de nêutrons é denotado pelo símbolo N.

Definição 9

O número total de núcleons (ou seja, prótons e nêutrons) é chamado de número de massa nuclear A:

Definição do conceito de isótopo

Os núcleos dos elementos químicos são indicados pelo símbolo X Z A , onde X é o símbolo químico do elemento. Por exemplo,
H 1 1 - hidrogênio, He 2 4 - hélio, C 6 12 - carbono, O 8 16 - oxigênio, U 92 238 - urânio.

Definição 10

O número de nêutrons nos núcleos do mesmo elemento químico pode ser diferente. Esses núcleos são chamados isótopos.

A maioria dos elementos químicos tem vários isótopos. Por exemplo, o hidrogênio tem três deles: H 1 1 - hidrogênio comum, H 1 2 - deutério e H 1 3 - trítio. O carbono tem 6 isótopos, o oxigênio tem 3.

Os elementos químicos em condições naturais são na maioria das vezes uma mistura de isótopos. A existência de isótopos determina o valor da massa atômica de um elemento natural no sistema periódico de Mendeleev. Assim, por exemplo, a massa atômica relativa do carbono natural é 12,011.

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