Які компоненти входять до складу ядра. Будова атомного ядра Склад атомних ядер коротко

Атом складається з позитивно зарядженого ядра і навколишніх електронів. Атомні ядра мають розміри приблизно 10-14...10-15 м (лінійні розміри атома – 10-10 м).

Атомне ядро ​​складається з елементарних частинок - протонів та нейтронів.Протонно-нейтронна модель ядра була запропонована російським фізиком Д. Д. Іваненком, а згодом розвинена В. Гейзенбергом.

Протон ( р) має позитивний заряд, рівний заряду електрона, і масу спокою т p = 1,6726∙10 -27 кг 1836 m e, де m eмаса електрона. Нейтрон ( n)нейтральна частка з масою спокою m n= 1,6749∙10 -27 кг 1839т e ,. Масу протонів і нейтронів часто виражають в інших одиницях - в атомних одиницях маси (а.е.м., одиниця маси, що дорівнює 1/12 маси атома вуглецю
). Маси протона та нейтрону дорівнюють приблизно одній атомній одиниці маси. Протони та нейтрони називаються нуклонами(Від лат. Nucleusядро). Загальна кількість нуклонів в атомному ядрі називається масовим числом А).

Радіуси ядер зростають із збільшенням масового числа відповідно до співвідношення R = 1,4А 1/3 10-13 см.

Експерименти свідчать, що ядра немає різких кордонів. У центрі ядра існує певна густина ядерної речовини, і вона поступово зменшується до нуля зі збільшенням відстані від центру. Через відсутність чітко визначеної межі ядра його «радіус» визначається як відстань від центру, де щільність ядерної речовини зменшується вдвічі. Середній розподіл щільності матерії більшості ядер виявляється непросто сферичним. Більшість ядер деформовано. Часто ядра мають форму витягнутих або сплющених еліпсоїдів

Атомне ядро ​​характеризується зарядомZe,де Zзарядове числоядра, що дорівнює кількості протонів в ядрі і збігається з порядковим номером хімічного елемента в Періодичній системі елементів Менделєєва.

Ядро позначається тим самим символом, як і нейтральний атом:
, де Xсимвол хімічного елемента, Zатомний номер (число протонів у ядрі), Амасове число (число нуклонів у ядрі). Масове число Априблизно дорівнює масі ядра в атомних одиницях маси.

Оскільки атом нейтральний, то заряд ядра Zвизначає і число електронів у атомі. Від числа електронів залежить їх розподіл за станами в атомі. Заряд ядра визначає специфіку даного хімічного елемента, тобто визначає число електронів в атомі, конфігурацію електронних оболонок, величину і характер внутрішньоатомного електричного поля.

Ядра з однаковими зарядовими числами Z, але з різними масовими числами А(тобто з різними числами нейтронів N = A - Z), називаються ізотопами, а ядра з однаковими А,але різними Z –ізобарами. Наприклад, водень ( Z= l) має три ізотопи: Н -протий ( Z= l, N = 0), Н -дейтерій ( Z= l, N= 1), Н -тритій ( Z= l, N= 2), олово - десять ізотопів і т. д. У переважній більшості випадків ізотопи одного і того ж хімічного елемента мають однакові хімічні та майже однакові фізичні властивості.

Е, МеВ

Рівні енергії

і спостерігаються переходи для ядра атома бору

Квантова теорія строго обмежує значення енергій, якими можуть мати складові ядер. Сукупності протонів і нейтронів у ядрах можуть бути лише у певних дискретних енергетичних станах, притаманних даного ізотопу.

Коли електрон переходить з більш високого в нижчий енергетичний стан, різниця енергій випромінюється як фотона. Енергія цих фотонів має порядок кількох електровольт. Для ядер енергії рівнів лежать в інтервалі від 1 до 10 МеВ. При переходах між цими рівнями випромінюються фотони дуже великих енергій (γ-кванти). Для ілюстрації таких переходів на рис. 6.1 наведено п'ять перших рівнів енергії ядра
.Вертикальними лініями вказані спостережувані переходи. Наприклад, γквант з енергією 1,43 МеВ випускається при переході ядра зі стану з енергією 3,58 МеВ у стан з енергією 2,15 МеВ.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Q = + Ze.

Число Zназивається зарядовим числом ядраабо атомним номером.

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

А = Z+N.

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

Подання про склад ядра сприяло також відкриття ізотопів.

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

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

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

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

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

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

Хроматин

1) гетерохроматин;

2) еухроматін.

Гетерохроматин

Структурний

Факультативний

Еухроматін

а) гістоновими білками;

б) негістоновими білками.

Ё Гістонові білки (гістони

Ё Негістонові білки

Ядрішко

Розмір - 1-5 мкм.

ЕФорма - сферична.

Гранулярний компонент

Фібрилярний

Ядерна оболонка

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

Внутрішня ядерна мембрана

ЕФункції:

Каріоплазма

Репродукція клітин

Ядерний апарат

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

Ядро буває кулястої чи овальної форми.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Попередня11121314151617181920212223242526Наступна

ПОДИВИТИСЯ ЩЕ:

Структура ядра та його хімічний склад

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

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

Розміри - коливаються від 3-4 до 40 мкм.

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

1. ядерні - індекс Гертвінга має більше значення;

2. Цитоплазматичні - індекс Гертвінга має незначні значення.

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

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

Ядро в клітині може перебувати у двох станах:

а) мітотичний (під час поділу);

б) інтерфазному (між розподілами).

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

1) каріопікноз - ущільнення ядра;

2) каріорексіс - розкладання ядра;

3) каріолізис – розчинення ядра.

Функції: 1) зберігання та передача генетичної інформації,

2) біосинтез білка; 3) утворення субодиниць рибосом.

Хроматин

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

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

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

Морфологічно розрізняють два види хроматину:

1) гетерохроматин;

2) еухроматін.

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

Гетерохроматин у свою чергу поділяється на:

1) структурний; 2) факультативний.

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

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

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

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

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

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

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

У різних клітинах статевий хроматин має різний вигляд:

а) у нейтрофільних лейкоцитах - вид барабанної палички;

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

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

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

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

б) спеціальні хромосомні білки;

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

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

а) гістоновими білками;

б) негістоновими білками.

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

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

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

Ядрішко

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

Розмір - 1-5 мкм.

ЕФорма - сферична.

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

Електронна мікроскопія дозволяє виявити два основні компоненти:

а) гранулярний; б) фібрилярний.

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

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

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

Ядерна оболонка

Ядерна оболонка (nuclolemma) складається з:

Фізика атомного ядра. склад ядра.

Зовнішня ядерна мембрана (m. nuclearis externa),

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

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

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

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

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

ЕФункції:

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

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

Каріоплазма

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

Репродукція клітин

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

Ядро (nucleus) клітини

ФУНКЦІЇ ЯДРУ

Хроматин –

Хромосоми

яких входять:

– гістонові білки

- Невеликі кількості РНК;

Ядерний матрикс

Складається з 3 компонентів:

стиляє ядерну оболонку.

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

Внутрішньодерна мережа (кістя).

3. «Залишкове» ядерце.

Вона складається з:

- Зовнішньої ядерної мембрани;

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

Ядрішко

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

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

ФУНКЦІЇ ЯДРУ

● зберігання та підтримання спадкової інформації

● реалізація спадкової інформації

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

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

рошо сприймає різні барвники, особливо основні.

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

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

яких входять:

– гістонові білки

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

- Невеликі кількості РНК;

- Невеликі кількості ліпідів, полісахаридів, іонів металу.

Ядерний матрикс– є каркасною внутрішньоядерною системою.

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

Складається з 3 компонентів:

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

стиляє ядерну оболонку.

2. Внутрішньодеревна мережа (кістя).

3. «Залишкове» ядерце.

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

Вона складається з:

- Зовнішньої ядерної мембрани;

– внутрішньої ядерної мембрани, між якими знаходиться перинуклеарний простір;

– двомембранна ядерна оболонка має поровий комплекс.

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

Ядро. Компоненти ядра

Містить воду та ряд

розчинених та зважених у ній речовин: РНК, глікопротеїнів,

іонів, ферментів, метаболітів.

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

Виділяють 3 компоненти ядерця:

1. Фібрилярний компонент є первинними транскриптами р-РНК.

2. Гранулярний компонент являє собою скупчення перед-

шанувальників субодиниць рибосом.

3. Аморфний компонент – ділянки ядерцевого організатора,

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

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

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

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

Ядро складається з:

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

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

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

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

два стани ядра:

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

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

ядерця включають дві зони:

1. внутрішня-фібрилярна-молекул білка і пре РНК

2. зовнішня-гранулярна-формують субодиниці рибосом.

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

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

Основні функції клітинного ядра такі:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ядро та його структурні компоненти

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

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

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

У клітині рослин частку вакуолей доводиться до 90% обсягу.

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

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

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

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

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

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

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

ВИЗНАЧЕННЯ

атомскладається з позитивно зарядженого ядра, всередині якого знаходяться протони та нейтрони, а по орбітах навколо нього рухаються електрони. Ядро атомарозташоване в центрі та в ньому зосереджена практично вся його маса.

За величиною заряду ядра атома визначають хімічний елемент, якого цей атом належить.

Існування атомного ядра було доведено в 1911 Е. Резерфордом і описано в праці під назвою «Розсіяння α і β-променів і будова атома». Після цього різними вченими висувалися численні теорії будови атомного ядра (крапельна (Н. Бор), оболонкова, кластерна, оптична тощо).

Електронна будова ядра атома

Відповідно до сучасних уявлень атомне ядро ​​складається з позитивно заряджених протонів та нейтральних нейтронів, які разом називають нуклонами. Вони утримуються у ядрі з допомогою сильної взаємодії.

Число протонів у ядрі називають зарядовим числом (Z). Його можна визначити за допомогою Періодичної таблиці Д. І. Менделєєва - воно дорівнює порядковому номеру хімічного елемента, до якого належить атом.

Число нейтронів у ядрі називають ізотопічним числом (N). Сумарна кількість нуклонів в ядрі називають масовим числом (M) і вона дорівнює відносній атомній масі атома хімічного елемента, зазначеної в Періодичній таблиці Д. І. Менделєєва.

Ядра з однаковою кількістю нейтронів, але різним числом протонів називають ізотонами. Якщо ж у ядрі однакове число протонів, але різне нейтронів – ізотопами. У разі коли рівні масові числа, але різний склад нуклонів - ізобарами.

Ядро атома може перебувати у стабільному (основному) стані та у збудженому.

Розглянемо будову ядра атома з прикладу хімічного елемента кисню. Кисень має порядковий номер 8 у Періодичній таблиці Д. І. Менделєєва та відносну атомну масу 16 а.о.м. Це означає, що ядро ​​атома кисню має рівний заряд (+8). У ядрі міститься 8 протонів і 8 нейтронів (Z = 8, N = 8, M = 16), а по 2 орбітах навколо ядра рухаються 8 електронів (рис. 1).

Мал. 1. Схематичне зображення будови атома кисню.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

Завдання	Охарактеризуйте квантовими числами всі електрони, що знаходяться на 3p-підрівні.
Рішення	На p-підрівні 3-го рівня знаходиться шість електронів:

У 20-х роках XX століття сумнівів щодо складності будови відкритих Резерфордом у 1911 ядер атомів у фізиків вже не залишалося. На даний факт вказувало велику кількість різних скоєних на той час експериментів, таких як:

• відкриття явища радіоактивності,
• досвідчений доказ ядерної моделі атома,
• вимірювання відношення e m для електрона, α -частки та для H -частки, що являє собою ядро ​​атома водню,
• відкриття штучної радіоактивності та ядерних реакцій,
• вимірювання зарядів атомних ядер та багато інших.

З яких частинок складаються ядра атомів? У наш час є фактом, що ядра атомів різних елементів складаються з двох видів частинок, тобто з нейтронів і протонів. Друга з цих частинок є єдиного свого електрона атомом водню. Така частка була помічена вже у дослідах Дж. Томсона 1907 року. Вчений зміг виміряти у неї відношення e m.

Визначення 1

е.. Резерфорд в 1919 році було виявлено в продуктах розщеплення ядер атомів значної кількості елементів атомних ядр водню. Фізиком знайденої частки було дано назву протона. Він припустив, що до складу будь-якого ядер атомів входять протони.

Схема дослідів Резерфорда проілюстровано малюнку 6 . 5 . 1 .

Малюнок 6 . 5 . 1 . Схема дослідів Резерфорда щодо виявлення протонів у продуктах розщеплення ядер. К - свинцевий контейнер з радіоактивним джерелом -частинок, Ф - металева фольга, Е - екран, покритий сульфідом цинку, М являє собою мікроскоп.

Прилад Резерфорда складався з вакуумованої камери з контейнером, що в ній розташований. До, в якому знаходилося джерело α -Частинок. Металева фольга на малюнку позначена як Фперекривала вікно камери. Товщина фольги підбиралася таким чином, щоб запобігти проникненню через неї α -Частинок. За вікном був розташований сірчистим цинком екран, на зображенні 6 . 5 . 1 позначений буквою Е. Застосовуючи мікроскоп М, можна було спостерігати світлові спалахи або, як їх ще називають, сцинтиляції в точках, у точках екрану, в яких відбувалося влучення важких заряджених частинок.

У процесі заповнення камери азотом з низьким тиском на екрані виявляли світлові спалахи. Дане явище вказувало на той факт, що в умовах експерименту існує потік невідомих частинок, що володіють здатністю проникати крізь потік, що практично повністю затримує. α -Частинок фольгу Ф. Щоразу видаляючи від вікна камери екран Е. Резерфорд зміг виміряти середню довжину вільного пробігу часток, що спостерігаються в повітрі. Отримана величина виявилася приблизно рівною 28 м, що збігалося з оцінкою довжини пробігу спостерігалися раніше Дж. Томсоном H-часток.

За допомогою досліджень впливу електричних і магнітних полів на частинки, що вибиваються з ядер азоту, були отримані дані про позитивність їх елементарного заряду. Також було доведено, що маса таких частинок еквівалентна масі ядер атомів водню.

Згодом досвід виконали з низкою інших газоподібних речовин. У всіх проведених подібних дослідах було виявлено, що їх ядер α -частки вибивають H-частки або протони.

Відповідно до сучасних вимірів, позитивний заряд протона абсолютно еквівалентний елементарному заряду e = 1, 60217733 · 10 - 19 К л. Іншими словами, за модулем він дорівнює негативному заряду електрона. Нині рівність зарядів протона і електрона перевірено з точністю 10 – 22 . Подібний збіг зарядів двох частинок, що значно відрізняються одна від одної, викликає щире здивування і досі залишається однією з фундаментальних загадок сучасної фізики.

Визначення 2

Спираючись на сучасні виміри, можна заявити, що маса протона дорівнює m p = 1 , 67262 · 10 – 27 до р. з масовим числом 12:

1а. е. м. = 1, 66057 · 10 - 27 до р.

Відповідно, m p = 1, 007276 а. е. м.

Досить часто вираз маси частинки найбільш зручний при використанні еквівалентних значень енергії відповідно до наступної формули: E = m c 2 . Через те, що 1 е В = 1 , 60218 · 10 – 19 Д ж, в енергетичних одиницях маса протона дорівнює 938 , 272331 М е В.

Отже, досвід Резерфорда, який відкрив явище розщеплення ядер азоту та інших елементів таблиці Менделєєва за умов ударів швидких α -часток, також показав, що у складі атомних ядер входять протони.

Внаслідок відкриття протонів у деяких фізиків з'явилося припущення, що нові частки не просто входять до складу атомів атомів, а є його єдиними можливими елементами. Однак через те, що ставлення заряду ядра до його маси не залишається постійним для різних ядер, як це було б, якби до складу ядер входили одні протони, це припущення було визнано неспроможним. Для більш важких ядер таке відношення виявляється менше, ніж для легких, з чого випливає, що при переході до більш важких ядр маса ядра зростає швидше заряду.

У 1920 Е. Резерфордом була висловлена ​​гіпотеза про присутність у складі ядер деякої компактної жорстко пов'язаної пари, що складається з електрона і протона. У розумінні вченого дана зв'язка була електрично нейтральною освітою як частинка, що володіє практично еквівалентною масою протона масою. Їм також було вигадано назву для даної гіпотетичної частки, Резерфорд хотів назвати її нейтроном. На жаль, наведена ідея, незважаючи на свою красу, була помилковою. Було з'ясовано, що електрон неспроможна бути частиною ядра. Квантово-механічний розрахунок на підставі співвідношення невизначеностей показує, що локалізований в ядрі, тобто області розміром R ≈ 10 - 13 с м, електрон повинен мати неймовірну кінетичну енергію, яка на багато порядків перевищує енергію зв'язку ядер у розрахунку на одну частинку.

Ідея існування якоїсь важкої нейтрально зарядженої частки у складі ядра була вкрай приваблива для Резерфорда. Вчений негайно звернувся до групи своїх учнів на чолі з Дж. Чедвіком із пропозицією зайнятися її пошуками. Після 12 років, в 1932 Чедвік провів експериментальне дослідження випромінювання, що виникає в умовах опромінення берилію -частинами. У процесі він виявив, що це випромінювання є потоком нейтральних частинок, що мають масу, практично еквівалентну масі протона. Таким чином було відкрито нейтрон. На малюнку 6 . 5 . 2 проілюстровано спрощену схему установки для виявлення нейтронів.

Малюнок 6 . 5 . 2 . Схема установки виявлення нейтронів.

У процесі бомбардування берилію радіоактивним полонієм α -частинами з'являється потужне проникаюче випромінювання, здатне пройти крізь перешкоду у вигляді 10 - 20 сантиметрового шару свинцю. Дане випромінювання практично в той же час, що і Чедвік виявили подружжя дочка Марії та П'єра Кюрі Ірен і Фредерік Жоліо-Кюрі, проте ними було висунуто припущення, що це γ-промені великої енергії. Вони помітили, що якщо на шляху випромінювання берилію встановити парафінову пластину, то іонізуюча здатність даного випромінювання стрибкоподібно збільшується. Подружжя довело, що випромінювання берилію вибиває з парафіну у великій кількості наявні у наведеній водневмісній речовині протони. Використовуючи значення довжини вільного пробігу протонів у повітрі, вченими було оцінено енергію γ-квантів, які мають здатність в умовах зіткнення повідомляти протонам потрібну швидкість. Отримане в результаті оцінки значення енергії виявилося величезним – близько 50 М е.

У 1932 році Дж. Чедвіком була виконана ціла серія з експериментів, спрямованих на всебічне вивчення властивостей випромінювання, яке виникає при опроміненні берилію -частинами. У своїх дослідах Чедвік застосовував різні методи дослідження іонізуючих випромінювань.

Визначення 3

На малюнку 6 . 5 . 2 проілюстровано лічильник Гейгера, прилад, що використовується для реєстрації заряджених частинок

Даний пристрій складається зі скляної трубки, покритої зсередини металевим шаром (катод), тонкої нитки, що йде вздовж осі трубки (анод). Трубка заповнюється інертним газом, зазвичай в якості виступає аргон, при низькому тиску. Заряджена частка у процесі переміщення у газі викликає іонізацію молекул.

Визначення 4

Вільні електрони, що виникають в результаті іонізації, прискорюються електричним полем між анодом і катодом до енергій, при яких починається явище ударної іонізації. З'являється лавина іонів і через лічильник проходить короткий розрядний імпульс струму.

Визначення 5

Ще одним приладом, що володіє надзвичайною важливістю для дослідження частинок, є камера Вільсона, в якій швидка заряджена частка залишає слід або, як його ще називають, трек.

Траєкторію частинки можна фотографувати або спостерігати безпосередньо. Фундаментом дії створеної у 1912 році камери Вільсона є явище конденсації перенасиченої пари на іонах, які утворюються в робочому об'ємі камери вздовж траєкторії зарядженої частки. За допомогою камери Вільсона з'являється можливість спостереження викривлення траєкторії зарядженої частки електричному та магнітному полях.

Доказ 1

У своїх експериментах Дж. Чедвік спостерігав у камері Вільсона сліди зіткнення з берилієвим випромінюванням ядер азоту. Грунтуючись на даних дослідах, учений оцінив енергію γ-кванта, здатного повідомити ядра азоту спостерігається в експерименті швидкість. Отримане значення дорівнювало 100 - 150 М е В. Настільки величезною енергією не могли мати випущені бериллієм -кванти. Виходячи з цього факту, Чедвік зробив висновок, що з берилію при впливі -частинок вилітають не безмасові -кванти, а досить важкі частки. Дані частинки мали чималу проникаючу здатність і безпосередньо не іонізували газ у лічильнику Гейгера, відповідно, вони були електронейтральні. Таким чином було доведено існування нейтрону – частки, яку передбачив Резерфорд більш як за 10 років до дослідів Чедвіка.

Визначення 6

Нейтронє елементарною частинкою. Помилковим буде її подання у вигляді компактної протон-електронної пари, як передбачав Резерфорд.

Виходячи з результатів сучасних вимірів, ми можемо сказати, що маса нейтрону m n = 1,67493 · 10 - 27 кг = 1,008665 а. е. м.

В енергетичних одиницях маса нейтрону еквівалентна 939, 56563 М е В. Маса нейтрону приблизно на дві електронні маси перевищує масу протона.

Відразу після відкриття нейтрону російський учений Д. Д. Іваненко на пару з німецьким фізиком В. Гейзенберг висунув гіпотезу про протонно-нейтронну будову атомних ядер, яка повністю підтвердилася подальшими дослідженнями.

Визначення 7

Протони та нейтрони прийнято називати нуклонами.

Для характеристики атомних ядер вводиться низка позначень.

Визначення 8

Число протонів, що входять до складу атомного ядра, позначають символом Z і називають зарядовим числом або атомним номером(Це порядковий номер у періодичній таблиці Менделєєва).

Заряд ядра дорівнює Z e де e - елементарний заряд. Число нейтронів позначають символом N.

Визначення 9

Загальна кількість нуклонів (тобто протонів і нейтронів) називають масовим числом ядра A:

Визначення поняття ізотопу

Ядра хімічних елементів позначають символом X Z A де X – хімічний символ елемента. Наприклад,
H 1 1 – водень, He 2 4 – гелій, C 6 12 – вуглець, O 8 16 – кисень, U 92 238 – уран.

Визначення 10

Число нейтронів в ядрах одного і того ж хімічного елемента може бути різним. Такі ядра називаються ізотопами.

Більшість хімічних елементів має кілька ізотопів. Наприклад, у водню їх три: H11 – звичайний водень, H12 – дейтерій і H13 – тритій. У вуглецю – 6 ізотопів, у кисню – 3 .

Хімічні елементи в природних умовах найчастіше є сумішшю ізотопів. Існування ізотопів визначає значення атомної маси природного елемента у періодичній системі Менделєєва. Приміром, відносна атомна маса природного вуглецю дорівнює 12 , 011 .

Якщо ви помітили помилку в тексті, будь ласка, виділіть її та натисніть Ctrl+Enter