Composition du noyau atomique. Forces nucléaires

Composition du noyau d'un atome

En 1932 après la découverte du proton et du neutron par les scientifiques D.D. Ivanenko (URSS) et W. Heisenberg (Allemagne) ont proposé proton-neutronmodèlenoyau atomique.
Selon ce modèle, le noyau est constitué de protons et neutrons. Le nombre total de nucléons (c'est-à-dire les protons et les neutrons) est appelé nombre de masse UN: UN = Z + N . Les noyaux des éléments chimiques sont désignés par le symbole :
X– symbole chimique de l’élément.

Par exemple, l'hydrogène

Un certain nombre de notations sont introduites pour caractériser les noyaux atomiques. Le nombre de protons qui composent le noyau atomique est indiqué par le symbole Z et appelle numéro d'accusation (c'est le numéro de série dans le tableau périodique de Mendeleev). La charge nucléaire est Zé , Où e– charge élémentaire. Le nombre de neutrons est indiqué par le symbole N .

Forces nucléaires

Pour que les noyaux atomiques soient stables, les protons et les neutrons doivent être retenus à l’intérieur des noyaux par des forces énormes, plusieurs fois supérieures aux forces de répulsion coulombienne des protons. Les forces qui maintiennent les nucléons dans le noyau sont appelées nucléaire . Ils représentent une manifestation du type d’interaction le plus intense connu en physique – ce que l’on appelle l’interaction forte. Les forces nucléaires sont environ 100 fois supérieures aux forces électrostatiques et des dizaines d’ordres de grandeur supérieures aux forces d’interaction gravitationnelle entre nucléons.

Les forces nucléaires ont les propriétés suivantes :

• avoir des pouvoirs d'attraction;
• est-ce que les forces courte durée d'action(se manifeste à de petites distances entre les nucléons) ;
• les forces nucléaires ne dépendent pas de la présence ou de l'absence d'une charge électrique sur les particules.

Défaut de masse et énergie de liaison du noyau atomique

Le rôle le plus important en physique nucléaire est joué par le concept énergie de liaison nucléaire .

L'énergie de liaison d'un noyau est égale à l'énergie minimale qui doit être dépensée pour diviser complètement le noyau en particules individuelles. De la loi de conservation de l'énergie, il résulte que l'énergie de liaison est égale à l'énergie libérée lors de la formation d'un noyau à partir de particules individuelles.

L’énergie de liaison de n’importe quel noyau peut être déterminée en mesurant avec précision sa masse. Actuellement, les physiciens ont appris à mesurer les masses des particules – électrons, protons, neutrons, noyaux, etc. – avec une très grande précision. Ces mesures montrent que masse de n'importe quel noyau M I est toujours inférieur à la somme des masses de ses protons et neutrons constitutifs:

La différence de masse s'appelle défaut de masse. Par défaut de masse selon la formule d'Einstein E = MC 2, vous pouvez déterminer l'énergie libérée lors de la formation d'un noyau donné, c'est-à-dire l'énergie de liaison du noyau E St:

Cette énergie est libérée lors de la formation d’un noyau sous forme de rayonnement quanta γ.

Énergie nucléaire

La première centrale nucléaire au monde a été construite dans notre pays et lancée en 1954 en URSS, dans la ville d'Obninsk. La construction de centrales nucléaires puissantes se développe. Actuellement, la Russie compte 10 centrales nucléaires en activité. Après l'accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl, des mesures supplémentaires ont été prises pour garantir la sécurité des réacteurs nucléaires.

Chromatine

1) hétérochromatine ;

2) euchromatine.

Hétérochromatine

De construction

Facultatif

Euchromatine

a) les protéines histones ;

b) protéines non histones.

Yo Protéines histones (histones

Yo Protéines non histones

Nucléole

Taille - 1-5 microns.

La forme est sphérique.

Composant granulaire

Fibrillaire

Enveloppe nucléaire

1. Membrane nucléaire externe (m. Nuclearis externa),

Membrane nucléaire interne

ЁFonctions :

Caryoplasme

Reproduction cellulaire

Appareil nucléaire

Le noyau est présent dans toutes les cellules eucaryotes, à l’exception des globules rouges matures et des tubes criblés végétaux. Les cellules ont généralement un seul noyau, mais on trouve parfois des cellules multinucléées.

Le noyau est de forme sphérique ou ovale.

Certaines cellules ont des noyaux segmentés. Les tailles des noyaux vont de 3 à 10 microns de diamètre. Le noyau est essentiel à la vie cellulaire. Il régule l'activité cellulaire. Le noyau stocke les informations héréditaires contenues dans l'ADN. Cette information, grâce au noyau, est transmise aux cellules filles lors de la division cellulaire. Le noyau détermine la spécificité des protéines synthétisées dans la cellule. Le noyau contient de nombreuses protéines nécessaires pour assurer ses fonctions. L'ARN est synthétisé dans le noyau.

Noyau cellulaire comprend enveloppe, sève nucléaire, un ou plusieurs nucléoles et chromatine.

Rôle fonctionnel enveloppe nucléaire consiste à isoler le matériel génétique (chromosomes) cellule eucaryote du cytoplasme avec ses nombreuses réactions métaboliques, ainsi que la régulation des interactions bilatérales entre le noyau et le cytoplasme. L'enveloppe nucléaire est constituée de deux membranes - externe et interne, entre lesquelles se trouve espace périnucléaire (périnucléaire). Ce dernier peut communiquer avec les tubules du réticulum cytoplasmique. Membrane extérieure La membrane nucléaire est en contact direct avec le cytoplasme de la cellule et présente un certain nombre de caractéristiques structurelles qui permettent de l'attribuer au système membranaire ER lui-même. Il contient un grand nombre de ribosomes, ainsi que sur les membranes de l'ergatoplasma. La membrane interne de l'enveloppe nucléaire ne possède pas de ribosomes à sa surface, mais est structurellement associée à lamina nucléaire– couche périphérique fibreuse de la matrice protéique nucléaire.

L'enveloppe nucléaire contient pores nucléaires d'un diamètre de 80 à 90 nm, qui se forment en raison de nombreuses zones de fusion de deux membranes nucléaires et représentent pour ainsi dire des perforations arrondies bout à bout de l'ensemble de la membrane nucléaire. Les pores jouent un rôle important dans le transport des substances vers et hors du cytoplasme. Complexe de pores nucléaires (NPC) d'un diamètre d'environ 120 nm a une structure spécifique (se compose de plus de 1000 protéines - nucléoporines, dont la masse est 30 fois supérieure à celle du ribosome), ce qui indique un mécanisme complexe de régulation des mouvements nucléaires-cytoplasmiques des substances et des structures. Dans le processus de transport nucléaire-cytoplasmique, les pores nucléaires fonctionnent comme une sorte de tamis moléculaire, laissant passer passivement des particules d'une certaine taille le long d'un gradient de concentration (ions, glucides, nucléotides, ATP, hormones, protéines jusqu'à 60 kDa). Les pores ne sont pas des formations permanentes. Le nombre de pores augmente pendant la période de plus grande activité nucléaire. Le nombre de pores dépend de l'état fonctionnel de la cellule. Plus l'activité de synthèse dans la cellule est élevée, plus leur nombre est important. On estime que chez les vertébrés inférieurs dans les érythroblastes, où l'hémoglobine est intensément formée et accumulée, il y a environ 30 pores pour 1 μm2 de membrane nucléaire. Dans les érythrocytes matures de ces animaux, qui retiennent les noyaux, il reste jusqu'à cinq pores pour 1 µg de membrane, c'est-à-dire 6 fois moins.

Dans le domaine du complexe de plumes, ce qu'on appelle plaque dense - la couche protéique sous-jacente à toute la membrane interne de l’enveloppe nucléaire. Cette structure remplit avant tout une fonction de support, puisqu'en sa présence la forme du noyau est préservée même si les deux membranes de l'enveloppe nucléaire sont détruites. On suppose également que la connexion régulière avec la substance de la lame dense favorise la disposition ordonnée des chromosomes dans le noyau interphase.

Suc nucléaire (caryoplasme) ou matrice)– le contenu interne du noyau est une solution de protéines, de nucléotides, d’ions, plus visqueuse que l’hyaloplasme. Il contient également des protéines fibrillaires. Le caryoplasme contient des nucléoles et de la chromatine. La sève nucléaire forme l'environnement interne du noyau, et joue donc un rôle important pour assurer le fonctionnement normal du matériel génétique. Le jus nucléaire contient filamenteux, ou fibrillaire, protéines, auquel est associée la performance de la fonction de support : la matrice contient également les principaux produits de transcription de l'information génétique - les ARN hétéronucléaires (hnRNA), qui sont également traités ici, se transformant en ARNm.

Nucléole- un composant obligatoire du noyau, présent dans les noyaux en interphase et constitué de petits corps, de forme sphérique. Les nucléoles sont plus denses que le noyau. La synthèse de l'ARNr, d'autres types d'ARN et la formation de sous-unités se produisent dans les nucléoles ribosomes. L'apparition des nucléoles est associée à certaines zones de chromosomes appelées organisateurs nucléolaires. Le nombre de nucléoles est déterminé par le nombre d'organisateurs nucléolaires. Ils contiennent des gènes d'ARNr. Les gènes d'ARNr occupent certaines sections (selon le type d'animal) d'un ou plusieurs chromosomes (chez l'homme, il y en a 13-15 et 21-22 paires) - organisateurs nucléolaires, dans la zone de laquelle se forment les nucléoles. De telles zones dans les chromosomes en métaphase ressemblent à des rétrécissements et sont appelées constrictions secondaires. À l'aide d'un microscope électronique, les composants filamenteux et granulaires sont identifiés dans le nucléole. Le composant filamenteux (fibrillaire) est représenté par des complexes de protéines et de molécules précurseurs d'ARN géantes, à partir desquelles sont ensuite formées des molécules plus petites d'ARNr mature. Au cours du processus de maturation, les fibrilles se transforment en grains de ribonucléoprotéines (granules), qui représentent le composant granulaire.

Structures chromatiniennes sous forme d'amas, dispersés dans le nucléoplasme sont une forme d'existence en interphase chromosomes cellules.

Ribosome - il s'agit d'une particule ribonucléoprotéique ronde d'un diamètre de 20 à 30 nm. Les ribosomes sont classés comme organites cellulaires non membranaires. Les ribosomes combinent les résidus d'acides aminés en chaînes polypeptidiques (synthèse des protéines). Les ribosomes sont très petits et nombreux.

Il se compose de petites et grandes sous-unités dont la combinaison se produit en présence d’ARN messager (ARNm). La petite sous-unité contient des molécules de protéines et une molécule d'ARN ribosomal (ARNr), la seconde contient des protéines et trois molécules d'ARNr. Les protéines et l'ARNr en masse en quantités égales participent à la formation des ribosomes. L'ARNr est synthétisé dans le nucléole.

Une molécule d’ARNm relie généralement plusieurs ribosomes entre eux comme un collier de perles. Cette structure est appelée polysome. Les polysomes sont librement localisés dans la substance principale du cytoplasme ou attachés aux membranes du réticulum cytoplasmique rugueux. Dans les deux cas, ils servent de site de synthèse protéique active. Une comparaison du rapport entre le nombre de polysomes libres et attachés à la membrane dans les cellules embryonnaires indifférenciées et tumorales, d'une part, et dans les cellules spécialisées d'un organisme adulte, d'autre part, a conduit à la conclusion que les protéines se forment sur l'hyaloplasme. polysomes pour leurs propres besoins (pour un usage « domestique ») d'une cellule donnée, tandis que sur les polysomes du réseau granulaire sont synthétisées des protéines qui sont extraites de la cellule et utilisées pour les besoins de l'organisme (par exemple, enzymes digestives, sein protéines du lait). Les ribosomes peuvent être libres dans le cytoplasme ou associés au réticulum endoplasmique, faisant partie du RE rugueux. Les protéines formées sur les ribosomes connectés à la membrane du RE pénètrent généralement dans les citernes du RE. Les protéines synthétisées sur les ribosomes libres restent dans l'hyaloplasme. Par exemple, l'hémoglobine est synthétisée dans les globules rouges sur les ribosomes libres. Les ribosomes sont également présents dans les mitochondries, les plastes et les cellules procaryotes.

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La structure du noyau et sa composition chimique

Le noyau comprend la chromatine, le nucléole, le caryoplasme (nucléoplasme) et l'enveloppe nucléaire.

Dans une cellule qui se divise, il y a dans la plupart des cas un noyau, mais il existe des cellules qui ont deux noyaux (20 % des cellules hépatiques sont binucléées), ainsi que multinucléées (ostéoclastes du tissu osseux).

Les dimensions vont de 3-4 à 40 microns.

Chaque type de cellule est caractérisé par un rapport constant entre le volume nucléaire et le volume cytoplasmique. Ce rapport est appelé indice de Hertwing. En fonction de la valeur de cet indice, les cellules sont divisées en deux groupes :

1. nucléaire - l'indice de Hertwing est plus important ;

2. cytoplasmique - l'indice de Hertwing a des valeurs insignifiantes.

Forme - peut être sphérique, en forme de tige, en forme de haricot, en forme d'anneau, segmentée.

Localisation - le noyau est toujours localisé à un endroit précis de la cellule. Par exemple, dans les cellules cylindriques de l’estomac, il est en position basale.

Le noyau d’une cellule peut être dans deux états :

a) mitotique (pendant la division) ;

b) interphase (entre divisions).

Dans une cellule vivante, le noyau interphase apparaît optiquement vide ; seul le nucléole est visible. Les structures du noyau sous forme de fils et de grains ne peuvent être observées que lorsque la cellule est exposée à des facteurs dommageables, lorsqu'elle entre dans un état de paranécrose (l'état limite entre la vie et la mort). A partir de cet état, la cellule peut revenir à la normale ou mourir. Après la mort cellulaire, morphologiquement, on distingue les changements suivants dans le noyau :

1) caryopycnose - compactage du noyau ;

2) caryorrhexis - décomposition du noyau ;

3) caryolyse - dissolution du noyau.

Fonctions : 1) stockage et transmission de l'information génétique,

2) biosynthèse des protéines, 3) formation de sous-unités ribosomales.

Chromatine

La chromatine (du grec chroma - peinture colorée) est la structure principale du noyau interphase, qui est très bien colorée avec des colorants basiques et détermine le modèle de chromatine du noyau pour chaque type de cellule.

En raison de sa capacité à être bien coloré avec divers colorants et notamment basiques, ce composant du noyau était appelé « chromatine » (Flemming 1880).

La chromatine est un analogue structurel des chromosomes et, dans le noyau interphase, elle représente les corps porteurs d'ADN.

Morphologiquement, on distingue deux types de chromatine :

1) hétérochromatine ;

2) euchromatine.

Hétérochromatine(hétérochromatinum) correspond à des régions chromosomiques partiellement condensées en interphase et est fonctionnellement inactif. Cette chromatine se colore très bien et c'est ce que l'on peut constater sur les préparations histologiques.

L'hétérochromatine, à son tour, est divisée en :

1) structurel ; 2) facultatif.

De construction L'hétérochromatine représente des régions de chromosomes constamment dans un état condensé.

Facultatif L'hétérochromatine est une hétérochromatine qui peut se décondenser et devenir de l'euchromatine.

Euchromatine- ce sont des régions chromosomiques décondensées en interphase. Il s’agit d’une chromatine fonctionnelle et fonctionnelle. Cette chromatine n'est pas colorée et n'est pas détectée dans les préparations histologiques.

Pendant la mitose, toute l'euchromatine est condensée au maximum et fait partie des chromosomes. Pendant cette période, les chromosomes ne remplissent aucune fonction synthétique. À cet égard, les chromosomes cellulaires peuvent être dans deux états structurels et fonctionnels :

1) actifs (de travail), parfois ils sont partiellement ou complètement décondensés et avec leur participation au noyau, les processus de transcription et de reduplication se produisent ;

2) inactifs (inactifs, repos métabolique), lorsqu'ils sont condensés au maximum, ils remplissent la fonction de distribution et de transfert de matériel génétique aux cellules filles.

Parfois, dans certains cas, un chromosome entier peut rester dans un état condensé pendant l'interphase et avoir l'apparence d'une hétérochromatine lisse. Par exemple, l'un des chromosomes X des cellules somatiques du corps féminin est soumis à une hétérochromatisation aux premiers stades de l'embryogenèse (lors de la fragmentation) et ne fonctionne pas. Cette chromatine est appelée chromatine sexuelle ou corps de Barr.

Dans différentes cellules, la chromatine sexuelle a un aspect différent :

a) dans les leucocytes neutrophiles - le type de pilon ;

b) dans les cellules épithéliales de la muqueuse - un type de masse hémisphérique.

La détermination de la chromatine sexuelle est utilisée pour établir le sexe génétique, ainsi que pour déterminer le nombre de chromosomes X dans le caryotype d'un individu (il est égal au nombre de corps de chromatine sexuelle + 1).

Des études au microscope électronique ont révélé que les préparations de chromatine interphase isolée contiennent des fibrilles chromosomiques élémentaires de 20 à 25 nm d'épaisseur, constituées de fibrilles de 10 nm d'épaisseur.

Chimiquement, les fibrilles de chromatine sont des complexes complexes de désoxyribonucléoprotéines, qui comprennent :

b) des protéines chromosomiques spéciales ;

Le rapport quantitatif de l'ADN, des protéines et de l'ARN est de 1 : 1,3 : 0,2. La part d'ADN dans la préparation de chromatine est de 30 à 40 %. La longueur des molécules d'ADN linéaires individuelles varie indirectement et peut atteindre des centaines de micromètres, voire des centimètres. La longueur totale des molécules d'ADN dans tous les chromosomes d'une cellule humaine est d'environ 170 cm, ce qui correspond à 6x10-12g.

Les protéines chromatiniennes représentent 60 à 70 % de sa masse sèche et sont représentées par deux groupes :

a) les protéines histones ;

b) protéines non histones.

Yo Protéines histones (histones) - les protéines alcalines contenant des acides aminés basiques (principalement lysine, arginine) sont réparties de manière inégale sous forme de blocs le long de la molécule d'ADN. Un bloc contient 8 molécules d'histone qui forment un nucléosome. La taille d'un nucléosome est d'environ 10 nm. Le nucléosome est formé par compactage et super-enroulement de l'ADN, ce qui entraîne un raccourcissement d'environ 5 fois la longueur de la fibrille chromosomique.

Yo Protéines non histones représentent 20 % de la quantité d'histones et, dans les noyaux en interphase, forment un réseau structurel à l'intérieur du noyau, appelé matrice protéique nucléaire. Cette matrice représente l'échafaudage qui détermine la morphologie et le métabolisme du noyau.

Les fibrilles de périchromatine ont une épaisseur de 3 à 5 nm, les granules ont un diamètre de 45 nm et les granules d'interchromatine ont un diamètre de 21 à 25 nm.

Nucléole

Le nucléole est la structure la plus dense du noyau, clairement visible dans une cellule vivante non colorée et est un dérivé du chromosome, l'un de ses loci avec la plus forte concentration et synthèse active d'ARN en interphase, mais n'est pas une structure indépendante ou organite.

Taille - 1-5 microns.

La forme est sphérique.

Le nucléole a une structure hétérogène. Au microscope optique, son organisation fibreuse fine est visible.

La microscopie électronique révèle deux composants principaux :

a) granulaire ; b) fibrillaire.

Composant granulaire représentés par des granules d'un diamètre de 15 à 20 nm ; ce sont des sous-unités ribosomales en cours de maturation. Parfois, le composant granulaire forme des structures filamenteuses - des nucléolonemas, d'environ 0,2 microns d'épaisseur. La composante granulaire est localisée le long de la périphérie.

Fibrillaire le composant est constitué de brins ribonucléoprotéiques de précurseurs du ribosome, qui sont concentrés dans la partie centrale du nucléole.

L'ultrastructure des nucléoles dépend de l'activité de synthèse de l'ARN : à un niveau de synthèse élevé, un grand nombre de granules sont détectés dans le nucléole ; lorsque la synthèse s'arrête, le nombre de granules diminue et les nucléoles se transforment en brins fibrillaires denses de nature basophile .

Enveloppe nucléaire

L'enveloppe nucléaire (nucléolemme) se compose de :

Physique du noyau atomique. Composition du noyau.

Membrane nucléaire externe (m. Nuclearis externa),

2. Membrane interne (M. Nuclearis Interna), séparée par l'espace périnucléaire ou citerne à membrane nucléaire (cisterna nucléolemmae), large de 20 à 60 nm.

Chaque membrane a une épaisseur de 7 à 8 nm. En général, l'enveloppe nucléaire ressemble à un sac creux à deux couches qui sépare le contenu du noyau du cytoplasme.

Membrane externe de l'enveloppe nucléaire, qui est en contact direct avec le cytoplasme de la cellule, présente un certain nombre de caractéristiques structurelles qui permettent de l'attribuer au système membranaire du réticulum endoplasmique lui-même. Ces caractéristiques incluent : la présence du côté hyaloplasme de nombreux polyribosomes, et la membrane nucléaire externe elle-même peut se transformer directement en membranes du réticulum endoplasmique granulaire. La surface de la membrane nucléaire externe de la plupart des cellules animales et végétales n'est pas lisse et forme des excroissances de différentes tailles vers le cytoplasme sous forme de vésicules ou de longues formations tubulaires.

Membrane nucléaire interne associé au matériel chromosomique du noyau. Du côté du caryoplasme, la couche dite fibrillaire, constituée de fibrilles, est adjacente à la membrane nucléaire interne, mais elle n'est pas caractéristique de toutes les cellules.

L'enveloppe nucléaire n'est pas continue. Les structures les plus caractéristiques de l’enveloppe nucléaire sont les pores nucléaires. Les pores nucléaires sont formés par la fusion de deux membranes nucléaires. Dans ce cas, des trous traversants arrondis (perforations, anneau poreux) sont formés, qui ont un diamètre d'environ 80 à 90 nm. Ces trous dans l’enveloppe nucléaire sont remplis de structures globulaires et fibrillaires complexes. L’ensemble des perforations membranaires et de ces structures est appelé complexe de pores (complexus pori). Le complexe de pores est constitué de trois rangées de granules, huit dans chaque rangée ; le diamètre des granules est de 25 nm ; des processus fibrillaires s'étendent à partir de ces granules. Les granules sont situés au bord du trou de l'enveloppe nucléaire : une rangée se trouve du côté nucléaire, la seconde du côté cytoplasmique et la troisième dans la partie centrale du pore. Les fibrilles s'étendant des granules périphériques peuvent converger vers le centre et créer, pour ainsi dire, une cloison, un diaphragme à travers le pore (diaphragma pori). La taille des pores d’une cellule donnée est généralement stable. Le nombre de pores nucléaires dépend de l'activité métabolique des cellules : plus les processus de synthèse dans la cellule sont intenses, plus il y a de pores par unité de surface du noyau cellulaire.

ЁFonctions :

1. Barrière - sépare le contenu du noyau du cytoplasme, limite le libre transport des macromolécules entre le noyau et le cytoplasme.

2. Création d'un ordre intranucléaire - fixation du matériel chromosomique dans la lumière tridimensionnelle du noyau.

Caryoplasme

Le caryoplasme est la partie liquide du noyau dans laquelle se trouvent les structures nucléaires ; il est analogue au hyaloplasme dans la partie cytoplasmique de la cellule.

Reproduction cellulaire

L'un des phénomènes biologiques les plus importants, qui reflète des schémas généraux et constitue une condition intégrale de l'existence des systèmes biologiques pendant une période de temps suffisamment longue, est la reproduction (reproduction) de leur composition cellulaire. La reproduction cellulaire, selon la théorie cellulaire, s'effectue en divisant la cellule d'origine. Cette position est l’une des principales de la théorie cellulaire.

Noyau d'une cellule

FONCTIONS DU NOYAU

Chromatine –

Chromosomes

qui inclut:

– les protéines histones

– de petites quantités d'ARN ;

Matrice nucléaire

Se compose de 3 éléments :

recouvrant la membrane nucléaire.

Qu'est-ce qu'un noyau - en biologie : propriétés et fonctions

Réseau intranucléaire (squelette).

3. Nucléole « résiduel ».

Cela consiste en:

– membrane nucléaire externe ;

Nucléoplasme (caryoplasme)- un composant liquide du noyau dans lequel se trouvent la chromatine et les nucléoles. Contient de l'eau et un certain nombre

Nucléole

Date de publication : 03/02/2015 ; Lire : 1053 | Violation des droits d'auteur de la page

Noyau d'une cellule- un système de détermination génétique et de régulation de la synthèse protéique.

FONCTIONS DU NOYAU

● stockage et maintenance des informations héréditaires

● mise en œuvre des informations héréditaires

Le noyau est constitué de chromatine, d'un nucléole, d'un caryoplasme (nucléoplasme) et d'une membrane nucléaire qui le sépare du cytoplasme.

Chromatine – ce sont des zones de matière dense dans le noyau, qui

accepte bien divers colorants, notamment les basiques.

Dans les cellules qui ne se divisent pas, la chromatine se présente sous forme d'amas et de granules, ce qui constitue une forme interphase d'existence des chromosomes.

Chromosomes– les fibrilles de chromatine, qui sont des complexes complexes de désoxyribonucléoprotéines (DNP), dans la composition

qui inclut:

– les protéines histones

– les protéines non histones – représentent 20 %, ce sont des enzymes qui remplissent des fonctions structurelles et régulatrices ;

– de petites quantités d'ARN ;

– de petites quantités de lipides, polysaccharides, ions métalliques.

Matrice nucléaire– est un système intranucléaire-cadre

le mien, la base unificatrice de la chromatine, du nucléole, de la membrane nucléaire. Ce réseau structurel représente le cadre qui détermine la morphologie et le métabolisme du noyau.

Se compose de 3 éléments :

1. Lamina (A, B, C) – couche fibrillaire périphérique, sous-

recouvrant la membrane nucléaire.

2. Réseau intranucléaire (squelette).

3. Nucléole « résiduel ».

Enveloppe nucléaire (caryolemme)- C'est la membrane qui sépare le contenu du noyau du cytoplasme de la cellule.

Cela consiste en:

– membrane nucléaire externe ;

– la membrane nucléaire interne, entre laquelle se trouve un espace périnucléaire ;

– l'enveloppe nucléaire à double membrane présente un complexe poreux.

Nucléoplasme (caryoplasme)– un composant liquide du noyau dans lequel se trouvent la chromatine et les nucléoles.

Cœur. Composants du noyau

Contient de l'eau et un certain nombre

substances qui y sont dissoutes et en suspension : ARN, glycoprotéines,

ions, enzymes, métabolites.

Nucléole- la structure la plus dense du noyau, formée de sections spécialisées - des boucles de chromosomes, appelées organisateurs nucléolaires.

Il y a 3 composants du nucléole :

1. Le composant fibrillaire représente les transcrits primaires de l’ARNr.

2. Le composant granulaire est un groupe de pré-

successeurs des sous-unités ribosomales.

3. Composant amorphe – ​​zones de l'organisateur nucléolaire,

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Le noyau est le principal élément régulateur de la cellule. Sa structure et ses fonctions.

Le noyau est une partie essentielle des cellules eucaryotes. C'est le principal composant régulateur de la cellule. Il est responsable du stockage et de la transmission des informations héréditaires, contrôle tous les processus métaboliques de la cellule . Pas un organite, mais un composant cellulaire.

Le noyau est composé de :

1) la membrane nucléaire (membrane nucléaire), à ​​travers les pores de laquelle s'effectue l'échange entre le noyau cellulaire et le cytoplasme.

2) le suc nucléaire, ou caryoplasme, une masse plasmatique semi-liquide faiblement colorée qui remplit tous les noyaux cellulaires et contient les composants restants du noyau ;

3) les chromosomes visibles dans un noyau qui ne se divise pas uniquement à l'aide de méthodes de microscopie spéciales. L’ensemble des chromosomes d’une cellule s’appelle ariotype. La chromatine sur les préparations cellulaires colorées est un réseau de brins minces (fibrilles), de petits granules ou amas.

4) un ou plusieurs corps sphériques - les nucléoles, qui constituent une partie spécialisée du noyau cellulaire et sont associés à la synthèse de l'acide ribonucléique et des protéines.

deux états du noyau :

1. noyau interphase - a des noyaux. coquille - caryolemme.

2. noyau lors de la division cellulaire. seule la chromatine est présente dans différents états.

les nucléoles comprennent deux zones :

1. molécules protéiques internes - fibrillaires - et pré-ARN

2. sous-unités ribosomales de forme externe - granulaire.

L'enveloppe nucléaire est constituée de deux membranes séparées par un espace périnucléaire. Tous deux sont imprégnés de nombreux pores, grâce auxquels l'échange de substances entre le noyau et le cytoplasme est possible.

Les principaux composants du noyau sont les chromosomes, formés d'une molécule d'ADN et de diverses protéines. Au microscope optique, ils ne sont clairement visibles que pendant la période de division cellulaire (mitose, méiose). Dans une cellule qui ne se divise pas, les chromosomes ressemblent à de longs fils fins répartis dans tout le volume du noyau.

Les principales fonctions du noyau cellulaire sont les suivantes :

1. stockage de données;
2. transfert d'informations vers le cytoplasme par transcription, c'est-à-dire synthèse d'ARN porteur d'informations ;
3. transfert d'informations aux cellules filles lors de la réplication - division des cellules et des noyaux.
4. régule les processus biochimiques, physiologiques et morphologiques dans la cellule.

Cela se produit dans le noyau réplication- le doublement des molécules d'ADN, ainsi que transcription- synthèse de molécules d'ARN sur une matrice d'ADN. Dans le noyau, les molécules d'ARN synthétisées subissent certaines modifications (par exemple, au cours du processus épissage les sections insignifiantes et dénuées de sens sont exclues des molécules d'ARN messager), après quoi elles sont libérées dans le cytoplasme . Assemblage des ribosomes se produit également dans le noyau, dans des formations spéciales appelées nucléoles. Le compartiment du noyau - le caryoteca - est formé en raison de l'expansion et de la fusion des citernes du réticulum endoplasmique entre elles de telle sorte que le noyau présente des doubles parois en raison des compartiments étroits de l'enveloppe nucléaire qui l'entourent. La cavité de l'enveloppe nucléaire s'appelle - lumen ou espace périnucléaire. La surface interne de l'enveloppe nucléaire repose sur le noyau nucléaire. lame- une structure protéique rigide formée de protéines lamines, auxquelles sont attachés des brins d'ADN chromosomique. À certains endroits, les membranes interne et externe de l'enveloppe nucléaire fusionnent et forment ce que l'on appelle les pores nucléaires, à travers lesquels se produit un échange de matière entre le noyau et le cytoplasme.

12. Organites à double membrane (mitochondries, plastes). Leur structure et leurs fonctions.

Mitochondries - ce sont des structures rondes ou en forme de tige, souvent ramifiées, de 0,5 micron d'épaisseur et généralement jusqu'à 5 à 10 microns de longueur.

La coquille mitochondriale est constituée de deux membranes qui diffèrent par leur composition chimique, leur ensemble d'enzymes et leurs fonctions. Membrane intérieure forme des invaginations en forme de feuille (crêtes) ou tubulaires (tubules). L'espace délimité par la membrane interne est matrice organites. À l'aide d'un microscope électronique, des grains d'un diamètre de 20 à 40 nm y sont détectés. Ils accumulent des ions calcium et magnésium, ainsi que des polysaccharides comme le glycogène.
La matrice contient le propre appareil de biosynthèse des protéines de l'organite. Il est représenté par 2 à 6 copies d'une molécule d'ADN circulaire dépourvue d'histones (comme chez les procaryotes), de ribosomes, d'un ensemble d'ARN de transfert (ARNt), d'enzymes pour la réplication de l'ADN, la transcription et la traduction des informations héréditaires. Fonction principale Les mitochondries consistent en l'extraction enzymatique de l'énergie de certaines substances chimiques (par leur oxydation) et l'accumulation d'énergie sous une forme biologiquement utilisable (par la synthèse de molécules d'adénosine triphosphate-ATP). En général, ce processus est appelé la phosphorylation oxydative. Parmi les fonctions secondaires des mitochondries figure la participation à la synthèse des hormones stéroïdes et de certains acides aminés (glutamique).

Plastides – ce sont des organites à double membrane semi-autonomes (pouvant exister relativement indépendamment de l’ADN nucléaire de la cellule), caractéristiques des organismes eucaryotes photosynthétiques. Il existe trois principaux types de plastes : chloroplastes, chromoplastes et leucoplastes.L'ensemble des plastes dans une cellule est appeléplastidôme . Chacun de ces types, sous certaines conditions, peut se transformer l'un en l'autre. Comme les mitochondries, les plastes contiennent leurs propres molécules d’ADN. Ils sont donc également capables de se reproduire indépendamment de la division cellulaire. Les plastes ne sont caractéristiques que des cellules végétales.

Chloroplastes. La longueur des chloroplastes varie de 5 à 10 µm et leur diamètre de 2 à 4 µm. Les chloroplastes sont délimités par deux membranes. La membrane externe est lisse, la membrane interne a une structure pliée complexe. Le plus petit pli s'appelle t ylacoïde. Un groupe de thylakoïdes disposés comme une pile de pièces de monnaie est appelé un g blesser. Les granae sont reliés entre eux par des canaux aplatis - lamelles. Les membranes thylakoïdes contiennent des pigments photosynthétiques et des enzymes qui assurent la synthèse de l'ATP. Le principal pigment photosynthétique est la chlorophylle, qui détermine la couleur verte des chloroplastes.

L'espace intérieur des chloroplastes est rempli stroma. Le stroma contient de l’ADN circulaire « nu », des ribosomes, des enzymes du cycle de Calvin et des grains d’amidon. À l’intérieur de chaque thylakoïde se trouve un réservoir de protons et H+ s’accumule. Les chloroplastes, comme les mitochondries, sont capables de se reproduire de manière autonome en se divisant en deux. Les chloroplastes des plantes inférieures sont appelés chromatophores.

Leucoplastes. La membrane externe est lisse, la membrane interne forme quelques thylakoïdes. Le stroma contient de l'ADN circulaire « nu », des ribosomes, des enzymes pour la synthèse et l'hydrolyse des nutriments de réserve. Il n'y a pas de pigments. Les cellules des organes souterrains de la plante (racines, tubercules, rhizomes, etc.) possèdent surtout de nombreux leucoplastes. .). Amyloplastes-synthétiser et accumuler l'amidon , élaioplastes- les huiles , protéinoplastes- les protéines. Différentes substances peuvent s'accumuler dans le même leucoplaste.

Chromoplastes. La membrane externe est lisse, la membrane interne est soit lisse, soit forme des thylacoïdes uniques. Le stroma contient de l'ADN circulaire et des pigments - les caroténoïdes, donnant aux chromoplastes une couleur jaune, rouge ou orange. La forme d'accumulation de pigments est différente : sous forme de cristaux, dissous dans des gouttelettes lipidiques, etc. Les chromoplastes sont considérés comme l'étape finale du développement des plastes.

Les plastes peuvent se transformer mutuellement : leucoplastes - chloroplastes - chromoplastes.

Organites monomembranaires (ER, appareil de Golgi, lysosomes). Leur structure et leurs fonctions.

Kanaltsevaya Et système vacuolaire formé de cavités tubulaires ou aplaties (citernes) communicantes ou séparées, délimitées par des membranes et s'étendant dans tout le cytoplasme de la cellule. Dans le système nommé, il y a rugueux Et réticulum cytoplasmique lisse. Une particularité de la structure du réseau rugueux est la fixation de polysomes à ses membranes. De ce fait, il remplit la fonction de synthétiser une certaine catégorie de protéines qui sont principalement éliminées de la cellule, par exemple sécrétées par les cellules des glandes. Dans la zone du réseau rugueux, se produit la formation de protéines et de lipides des membranes cytoplasmiques, ainsi que leur assemblage. Les citernes du réseau brut, densément regroupées dans une structure en couches, sont les sites de synthèse protéique la plus active et sont appelées ergastoplasme.

Les membranes du réticulum cytoplasmique lisse sont dépourvues de polysomes. Fonctionnellement, ce réseau est associé au métabolisme des glucides, des graisses et d'autres substances non protéiques, telles que les hormones stéroïdes (dans les gonades, le cortex surrénalien). A travers les tubules et les citernes, les substances, notamment le matériel sécrété par la cellule glandulaire, se déplacent du site de synthèse vers la zone de conditionnement en granulés. Dans les zones des cellules hépatiques riches en structures de réseau lisses, les substances toxiques nocives et certains médicaments (barbituriques) sont détruits et neutralisés. Dans les vésicules et les tubules du réseau lisse des muscles striés, sont stockés (déposés) des ions calcium qui jouent un rôle important dans le processus de contraction.

Complexe de Golgi-représente un empilement de sacs membranaires plats appelé réservoirs. Les réservoirs sont complètement isolés les uns des autres et ne sont pas reliés entre eux. De nombreux tubes et bulles se ramifient le long des bords des réservoirs. De temps en temps, des vacuoles (vésicules) contenant des substances synthétisées se détachent de l'EPS, qui se déplacent vers le complexe de Golgi et s'y connectent. Les substances synthétisées dans le RE deviennent plus complexes et s'accumulent dans le complexe de Golgi. Fonctions du complexe de Golgi :1- Dans les réservoirs du complexe de Golgi, une transformation chimique supplémentaire et une complication des substances qui y pénètrent depuis l'EPS se produisent. Par exemple, se forment des substances nécessaires au renouvellement de la membrane cellulaire (glycoprotéines, glycolipides), polysaccharides.

2- Dans le complexe de Golgi, les substances s'accumulent et sont temporairement « stockées »

3- Les substances formées sont « emballées » dans des vésicules (vacuoles) et se déplacent sous cette forme dans toute la cellule.

4- Des lysosomes (organites sphériques avec enzymes digestives) se forment dans le complexe de Golgi.

Lysosomes— de petits organites sphériques dont les parois sont formées d'une seule membrane ; contenir du lytique enzymes (dégradantes). Premièrement, les lysosomes détachés du complexe de Golgi contiennent des enzymes inactives. Sous certaines conditions, leurs enzymes sont activées. Lorsqu'un lysosome fusionne avec une vacuole phagocytose ou pinocytose, une vacuole digestive se forme, dans laquelle se produit la digestion intracellulaire de diverses substances.

Fonctions des lysosomes :1- Ils décomposent les substances absorbées lors de la phagocytose et de la pinocytose. Les biopolymères sont décomposés en monomères qui pénètrent dans la cellule et sont utilisés pour ses besoins.

Noyau et ses composants structurels

Par exemple, ils peuvent être utilisés pour synthétiser de nouvelles substances organiques ou être décomposés pour produire de l’énergie.

2- Détruire les organites anciens, endommagés et redondants. La dégradation des organites peut également se produire lors d’une famine cellulaire.

Vacuoles- les organites sphériques monomembranaires, qui sont des réservoirs d'eau et de substances qui y sont dissoutes. Les vacuoles comprennent : vacuoles phagocytotiques et pinocytoses, vacuoles digestives, vésicules détachées de l'EPS et du complexe de Golgi. Les vacuoles des cellules animales sont petites et nombreuses, mais leur volume ne dépasse pas 5 % du volume total de la cellule. Leur fonction principale — transport de substances à travers la cellule, interconnexion entre organites.

Dans une cellule végétale, les vacuoles représentent jusqu'à 90 % du volume.

Dans une cellule végétale mature, il n’y a qu’une seule vacuole occupant une position centrale. La membrane d'une vacuole de cellule végétale est le tonoplaste, son contenu est la sève cellulaire. Fonctions des vacuoles dans une cellule végétale : maintenir la membrane cellulaire en tension, accumuler diverses substances, dont les déchets cellulaires. Les vacuoles fournissent de l'eau pour les processus de photosynthèse. Peut inclure:

- réserver des substances utilisables par la cellule elle-même (acides organiques, acides aminés, sucres, protéines). - les substances éliminées du métabolisme cellulaire et s'accumulent dans les vacuoles (phénols, tanins, alcaloïdes, etc.) - les phytohormones, les phytoncides,

- des pigments (substances colorantes) qui donnent à la sève cellulaire une couleur violette, rouge, bleue, violette et parfois jaune ou crème. Ce sont les pigments de la sève cellulaire qui colorent les pétales des fleurs, les fruits et les racines.

14. Organites non membranaires (microtubules, centre cellulaire, ribosomes). Leur structure et leurs fonctions.Ribosome - un organite cellulaire non membranaire qui réalise la biosynthèse des protéines. Se compose de deux sous-unités – petite et grande. Le ribosome se compose de 3 à 4 molécules d'ARNr qui forment sa charpente et de plusieurs dizaines de molécules de diverses protéines. Les ribosomes sont synthétisés dans le nucléole. Dans une cellule, les ribosomes peuvent être localisés à la surface du RE granulaire ou dans le hyaloplasme de la cellule sous forme de polysomes. Polysome - Il s'agit d'un complexe d'ARNm et de plusieurs ribosomes qui en lisent les informations. Fonction ribosomes- la biosynthèse des protéines. Si les ribosomes sont situés sur le RE, alors les protéines qu'ils synthétisent sont utilisées pour les besoins de tout l'organisme ; les ribosomes hyaloplasmes synthétisent des protéines pour les besoins de la cellule elle-même. Les ribosomes des cellules procaryotes sont plus petits que les ribosomes des eucaryotes. Les mêmes petits ribosomes se trouvent dans les mitochondries et les plastes.

Microtubules - des structures cellulaires cylindriques creuses constituées de la protéine irréductible tubuline. Les microtubules ne sont pas capables de se contracter. Les parois du microtubule sont formées de 13 brins de protéine tubuline. Les microtubules sont situés profondément dans le hyaloplasme des cellules.

Cils et flagelles - les organites du mouvement. Fonction principale - mouvement des cellules ou mouvement du fluide ou des particules environnantes le long des cellules. Dans un organisme multicellulaire, les cils sont caractéristiques de l'épithélium des voies respiratoires et des trompes de Fallope, et les flagelles sont caractéristiques des spermatozoïdes. Les cils et les flagelles ne diffèrent que par la taille - les flagelles sont plus longs. Ils sont basés sur des microtubules disposés selon le système 9(2) + 2. Cela signifie que 9 microtubules doubles (doublets) forment la paroi d'un cylindre, au centre duquel se trouvent 2 microtubules simples. Le support des cils et des flagelles sont les corps basaux. Le corps basal a une forme cylindrique, formé de 9 triplets (triplets) de microtubules ; il n'y a pas de microtubules au centre du corps basal.

Cl e centre exact — le centre mitotique, une structure permanente dans presque toutes les cellules animales et certaines cellules végétales, détermine les pôles de la cellule en division (voir Mitose) . Le centre cellulaire est généralement constitué de deux centrioles - des granules denses mesurant 0,2 à 0,8 µm, situés perpendiculairement les uns aux autres. Lors de la formation de l'appareil mitotique, les centrioles divergent vers les pôles cellulaires, déterminant l'orientation du fuseau de division cellulaire. Par conséquent, il est plus correct de dire K. c. appel centre mitotique, reflétant sa signification fonctionnelle, d'autant plus que seulement dans certaines cellules de K. c. situé en son centre. Au cours du développement de l’organisme, la position des cellules sanguines change. dans les cellules et sa forme. Lorsqu’une cellule se divise, chaque cellule fille reçoit une paire de centrioles. Le processus de leur doublement se produit plus souvent à la fin de la division cellulaire précédente. L'apparition d'un certain nombre de formes pathologiques de division cellulaire est associée à une division anormale de K. c.

Un atome est la plus petite particule d'un élément chimique qui conserve toutes ses propriétés chimiques. Un atome est constitué d’un noyau doté d’une charge électrique positive et d’électrons chargés négativement. La charge du noyau de tout élément chimique est égale au produit de Z et e, où Z est le numéro de série de cet élément dans le système périodique des éléments chimiques, e est la valeur de la charge électrique élémentaire.

Électron est la plus petite particule d'une substance ayant une charge électrique négative e=1,6·10 -19 coulombs, prise comme charge électrique élémentaire. Les électrons, tournant autour du noyau, sont situés dans les couches électroniques K, L, M, etc. K est la couche la plus proche du noyau. La taille d’un atome est déterminée par la taille de sa couche électronique. Un atome peut perdre des électrons et devenir un ion positif ou gagner des électrons et devenir un ion négatif. La charge d'un ion détermine le nombre d'électrons perdus ou gagnés. Le processus de transformation d’un atome neutre en ion chargé est appelé ionisation.

Noyau atomique(la partie centrale de l'atome) est constituée de particules nucléaires élémentaires - protons et neutrons. Le rayon du noyau est environ cent mille fois plus petit que le rayon de l'atome. La densité du noyau atomique est extrêmement élevée. Protons- ce sont des particules élémentaires stables possédant une seule charge électrique positive et une masse 1836 fois supérieure à la masse d'un électron. Un proton est le noyau d'un atome de l'élément le plus léger, l'hydrogène. Le nombre de protons dans le noyau est Z. Neutron est une particule élémentaire neutre (sans charge électrique) dont la masse est très proche de celle d'un proton. Puisque la masse du noyau est constituée de la masse des protons et des neutrons, le nombre de neutrons dans le noyau d'un atome est égal à A - Z, où A est le nombre de masse d'un isotope donné (voir). Le proton et le neutron qui composent le noyau sont appelés nucléons. Dans le noyau, les nucléons sont reliés par des forces nucléaires spéciales.

Le noyau atomique contient une énorme réserve d’énergie libérée lors des réactions nucléaires. Les réactions nucléaires se produisent lorsque les noyaux atomiques interagissent avec des particules élémentaires ou avec les noyaux d'autres éléments. À la suite de réactions nucléaires, de nouveaux noyaux se forment. Par exemple, un neutron peut se transformer en proton. Dans ce cas, une particule bêta, c’est-à-dire un électron, est éjectée du noyau.

La transition d'un proton en neutron dans le noyau peut s'effectuer de deux manières : soit une particule de masse égale à la masse de l'électron, mais de charge positive, appelée positon (désintégration du positon), est émise par le noyau, ou le noyau capture l'un des électrons de la couche K la plus proche (K -capture).

Parfois, le noyau résultant a un excès d'énergie (est dans un état excité) et, lors du retour à l'état normal, libère un excès d'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique de très courte longueur d'onde - . L'énergie libérée lors des réactions nucléaires est pratiquement utilisée dans diverses industries.

Un atome (du grec atomos - indivisible) est la plus petite particule d'un élément chimique qui possède ses propriétés chimiques. Chaque élément est constitué d’un type d’atome spécifique. L'atome est constitué d'un noyau porteur d'une charge électrique positive et d'électrons chargés négativement (voir), formant ses couches électroniques. La grandeur de la charge électrique du noyau est égale à Z-e, où e est la charge électrique élémentaire égale en grandeur à la charge de l'électron (4,8·10 -10 unités électriques), et Z est le numéro atomique de cet élément dans le tableau périodique des éléments chimiques (voir .). Puisqu'un atome non ionisé est neutre, le nombre d'électrons qu'il contient est également égal à Z. La composition du noyau (voir Noyau atomique) comprend des nucléons, des particules élémentaires d'une masse environ 1840 fois supérieure à la masse de l'électron. (égal à 9,1 · 10 - 28 g), des protons (voir), chargés positivement et des neutrons sans charge (voir). Le nombre de nucléons dans le noyau est appelé nombre de masse et est désigné par la lettre A. Le nombre de protons dans le noyau, égal à Z, détermine le nombre d'électrons entrant dans l'atome, la structure des couches électroniques et la réaction chimique. propriétés de l'atome. Le nombre de neutrons dans le noyau est de A à Z. Les isotopes sont des variétés du même élément, dont les atomes diffèrent les uns des autres par le nombre de masse A, mais ont le même Z. Ainsi, dans les noyaux des atomes de différents isotopes du même élément, il existe différents nombres de neutrons avec le même nombre de protons. Lors de la désignation des isotopes, le numéro de masse A est écrit au-dessus du symbole de l'élément et le numéro atomique en dessous ; par exemple, les isotopes de l'oxygène sont désignés :

Les dimensions d'un atome sont déterminées par les dimensions des couches électroniques et sont pour tout Z une valeur de l'ordre de 10 -8 cm puisque la masse de tous les électrons d'un atome est plusieurs milliers de fois inférieure à la masse du noyau , la masse de l’atome est proportionnelle au nombre de masse. La masse relative d'un atome d'un isotope donné est déterminée par rapport à la masse d'un atome de l'isotope du carbone C12, prise en 12 unités, et est appelée masse isotopique. Il s'avère proche du nombre de masse de l'isotope correspondant. Le poids relatif d'un atome d'un élément chimique est la valeur moyenne (en tenant compte de l'abondance relative des isotopes d'un élément donné) du poids isotopique et est appelé poids atomique (masse).

L'atome est un système microscopique, et sa structure et ses propriétés ne peuvent être expliquées qu'à l'aide de la théorie quantique, créée principalement dans les années 20 du 20e siècle et destinée à décrire des phénomènes à l'échelle atomique. Des expériences ont montré que les microparticules - électrons, protons, atomes, etc. - en plus des microparticules, ont des propriétés ondulatoires, se manifestant par diffraction et interférence. En théorie quantique, pour décrire l'état des micro-objets, un certain champ d'ondes est utilisé, caractérisé par une fonction d'onde (fonction Ψ). Cette fonction détermine les probabilités des états possibles d'un microobjet, c'est-à-dire caractérise les possibilités potentielles de manifestation de certaines de ses propriétés. La loi de variation de la fonction Ψ dans l’espace et le temps (équation de Schrödinger), qui permet de retrouver cette fonction, joue le même rôle en théorie quantique que les lois du mouvement de Newton en mécanique classique. La résolution de l’équation de Schrödinger conduit dans de nombreux cas à des états possibles discrets du système. Ainsi, par exemple, dans le cas d'un atome, on obtient une série de fonctions d'onde pour les électrons correspondant à différentes valeurs d'énergie (quantifiées). Le système de niveaux d'énergie atomique, calculé par les méthodes de la théorie quantique, a reçu une brillante confirmation en spectroscopie. La transition d'un atome de l'état fondamental correspondant au niveau d'énergie le plus bas E 0 à l'un des états excités E i se produit lors de l'absorption d'une certaine partie de l'énergie E i - E 0 . Un atome excité passe à un état moins excité ou fondamental, généralement en émettant un photon. Dans ce cas, l'énergie des photons hv est égale à la différence des énergies de l'atome dans deux états : hv = E i - E k où h est la constante de Planck (6,62·10 -27 erg·sec), v est la fréquence de la lumière.

Outre les spectres atomiques, la théorie quantique a permis d’expliquer d’autres propriétés des atomes. En particulier, la valence, la nature des liaisons chimiques et la structure des molécules ont été expliquées et la théorie du tableau périodique des éléments a été créée.

Questions « De quoi est constituée la matière ? », « Quelle est la nature de la matière ? » ont toujours occupé l'humanité. Depuis l'Antiquité, les philosophes et les scientifiques recherchent des réponses à ces questions, créant des théories et des hypothèses à la fois réalistes et complètement étonnantes et fantastiques. Cependant, il y a littéralement un siècle, l'humanité était sur le point de résoudre ce mystère, en découvrant la structure atomique de la matière. Mais quelle est la composition du noyau d’un atome ? En quoi tout consiste ?

De la théorie à la réalité

Au début du XXe siècle, la structure atomique n’était plus seulement une hypothèse, mais un fait absolu. Il s'est avéré que la composition du noyau d'un atome est un concept très complexe. Sa composition comprend Mais la question s'est posée : la composition de l'atome comprend-elle ou non un nombre différent de ces charges ?

Modèle planétaire

Au départ, on pensait que l’atome était construit de manière très similaire à notre système solaire. Cependant, il s’est vite avéré que cette idée n’était pas entièrement vraie. Le problème du transfert purement mécanique d'une échelle astronomique d'une image dans une zone occupant des millionièmes de millimètre impliquait un changement significatif et dramatique dans les propriétés et les qualités des phénomènes. La principale différence résidait dans les lois et règles beaucoup plus strictes selon lesquelles l’atome était construit.

Inconvénients du modèle planétaire

Premièrement, puisque les atomes du même type et du même élément doivent être complètement identiques en termes de paramètres et de propriétés, alors les orbites des électrons de ces atomes doivent également être les mêmes. Cependant, les lois du mouvement des corps astronomiques ne pouvaient apporter de réponses à ces questions. La deuxième contradiction est que le mouvement d’un électron sur son orbite, si l’on lui applique des lois physiques bien étudiées, doit nécessairement s’accompagner d’une libération permanente d’énergie. En conséquence, ce processus conduirait à l’épuisement de l’électron, qui finirait par se désintégrer et même tomber dans le noyau.

Structure de la vague maternelle Et

En 1924, le jeune aristocrate Louis de Broglie a avancé une idée qui a révolutionné la compréhension de la communauté scientifique sur des questions telles que la composition des noyaux atomiques. L’idée était que l’électron n’est pas simplement une boule en mouvement qui tourne autour du noyau. Il s'agit d'une substance floue qui se déplace selon des lois rappelant la propagation des ondes dans l'espace. Assez rapidement, cette idée a été étendue au mouvement de n'importe quel corps dans son ensemble, expliquant que l'on ne remarque qu'un côté de ce mouvement même, mais que le second n'apparaît pas réellement. Nous pouvons voir la propagation des ondes et ne pas remarquer le mouvement d'une particule, ou vice versa. En fait, ces deux côtés du mouvement existent toujours, et la rotation d'un électron en orbite n'est pas seulement le mouvement de la charge elle-même, mais aussi la propagation des ondes. Cette approche est radicalement différente du modèle planétaire précédemment accepté.

Base élémentaire

Le noyau d'un atome est le centre. Les électrons tournent autour de lui. Les propriétés du noyau déterminent tout le reste. Il est nécessaire de parler d'un concept tel que la composition du noyau d'un atome du point le plus important - de la charge. Dans la composition de l’atome, certains éléments portent une charge négative. Le noyau lui-même a une charge positive. De là, nous pouvons tirer certaines conclusions :

1. Le noyau est une particule chargée positivement.
2. Autour du noyau règne une atmosphère pulsée créée par les charges.
3. C'est le noyau et ses caractéristiques qui déterminent le nombre d'électrons dans un atome.

Propriétés du noyau

Le cuivre, le verre, le fer, le bois ont les mêmes électrons. Un atome peut perdre quelques électrons, voire la totalité. Si le noyau reste chargé positivement, il est alors capable d'attirer la quantité requise de particules chargées négativement provenant d'autres corps, ce qui lui permettra de survivre. Si un atome perd un certain nombre d’électrons, alors la charge positive du noyau sera supérieure au reste des charges négatives. Dans ce cas, l’atome entier acquiert une charge excédentaire et peut être appelé un ion positif. Dans certains cas, un atome peut attirer davantage d’électrons, ce qui lui confère une charge négative. On peut donc l’appeler un ion négatif.

Combien pèse un atome ? ?

La masse d'un atome est principalement déterminée par le noyau. Les électrons qui composent l’atome et le noyau atomique pèsent moins d’un millième de la masse totale. Étant donné que la masse est considérée comme une mesure de la réserve d'énergie que possède une substance, ce fait est considéré comme extrêmement important lors de l'étude d'une question telle que la composition du noyau d'un atome.

Radioactivité

Les questions les plus difficiles se sont posées après la découverte des éléments radioactifs émettant des ondes alpha, bêta et gamma. Mais ce rayonnement doit avoir une source. Rutherford a montré en 1902 qu’une telle source est l’atome lui-même, ou plus précisément le noyau. D’autre part, la radioactivité n’est pas seulement l’émission de rayons, mais aussi la transformation d’un élément en un autre, aux propriétés chimiques et physiques complètement nouvelles. Autrement dit, la radioactivité est un changement dans le noyau.

Que savons-nous de la structure nucléaire ?

Il y a près de cent ans, le physicien Prout a avancé l'idée que les éléments du tableau périodique ne sont pas des formes incohérentes, mais des combinaisons. Par conséquent, on pourrait s'attendre à ce que les charges et les masses des noyaux soient exprimées en termes de totalité et plusieurs charges d'hydrogène lui-même. Cependant, ce n’est pas tout à fait vrai. En étudiant les propriétés des noyaux atomiques à l’aide de champs électromagnétiques, le physicien Aston a découvert que les éléments dont les poids atomiques n’étaient pas entiers et multiples étaient en réalité une combinaison de différents atomes, et non une seule substance. Dans tous les cas où le poids atomique n’est pas un nombre entier, on observe un mélange de différents isotopes. Ce que c'est? Si nous parlons de la composition du noyau d'un atome, les isotopes sont des atomes avec les mêmes charges, mais avec des masses différentes.

Einstein et le noyau de l'atome

La théorie de la relativité dit que la masse n'est pas une mesure par laquelle la quantité de matière est déterminée, mais une mesure de l'énergie que possède la matière. En conséquence, la matière peut être mesurée non pas par la masse, mais par la charge qui compose cette matière et l'énergie de la charge. Lorsqu’une charge identique s’approche d’une autre similaire, l’énergie va augmenter, sinon elle va diminuer. Cela ne signifie certainement pas un changement de matière. Ainsi, dans cette position, le noyau d’un atome n’est pas une source d’énergie, mais plutôt un résidu après sa libération. Cela signifie qu'il y a une sorte de contradiction.

Neutrons

Les Curie, en bombardant du béryllium avec des particules alpha, découvrirent d'étranges rayons qui, lorsqu'ils entrent en collision avec le noyau d'un atome, le repoussent avec une force énorme. Cependant, ils sont capables de traverser une grande épaisseur de matière. Cette contradiction a été résolue par le fait que cette particule s'est avérée avoir une charge électrique neutre. En conséquence, on l’appelait un neutron. Grâce à des recherches plus approfondies, il s'est avéré qu'il s'agit presque du même que celui du proton. D’une manière générale, le neutron et le proton sont incroyablement similaires. Compte tenu de cette découverte, il a été définitivement possible d'établir que le noyau d'un atome contient à la fois des protons et des neutrons, et en quantités égales. Tout s’est mis en place petit à petit. Le nombre de protons est le numéro atomique. La masse atomique est la somme des masses des neutrons et des protons. Un isotope peut être appelé un élément dans lequel le nombre de neutrons et de protons n'est pas égal. Comme indiqué ci-dessus, dans un tel cas, même si l’élément reste essentiellement le même, ses propriétés peuvent changer de manière significative.

Un atome est constitué d’un noyau chargé positivement et d’électrons qui l’entourent. Les noyaux atomiques ont des dimensions d'environ 10 -14 ... 10 -15 m (les dimensions linéaires d'un atome sont de 10 -10 m).

Le noyau atomique est constitué de particules élémentaires - protons et neutrons. Le modèle proton-neutron du noyau a été proposé par le physicien russe D. D. Ivanenko, puis développé par W. Heisenberg.

Proton ( R.) a une charge positive égale à la charge électronique et une masse au repos T p = 1,6726∙10 -27 kg 1836 m e, Où m emasse électronique. Neutron ( n) – particule neutre avec masse au repos m n= 1,6749∙10 -27kg 1839T e ,. La masse des protons et des neutrons est souvent exprimée dans une autre unité - les unités de masse atomique (amu, une unité de masse égale à 1/12 de la masse d'un atome de carbone
). Les masses d’un proton et d’un neutron correspondent approximativement à une unité de masse atomique. Les protons et les neutrons sont appelés nucléons(de lat. noyaunoyau). Le nombre total de nucléons dans un noyau atomique est appelé nombre de masse. UN).

Les rayons des noyaux augmentent avec l'augmentation du nombre de masse conformément à la relation R= 1,4UN 1/3 10-13 cm.

Les expériences montrent que les noyaux n'ont pas de limites nettes. Au centre du noyau se trouve une certaine densité de matière nucléaire, qui diminue progressivement jusqu'à zéro à mesure que l'on s'éloigne du centre. En raison de l'absence de limite clairement définie du noyau, son « rayon » est défini comme la distance du centre à laquelle la densité de la matière nucléaire est divisée par deux. La distribution moyenne de la densité de matière pour la plupart des noyaux s’avère être plus que simplement sphérique. La plupart des noyaux sont déformés. Les noyaux ont souvent la forme d’ellipsoïdes allongés ou aplatis.

Le noyau atomique est caractérisé chargeZé, Où Znuméro d'accusation noyau, égal au nombre de protons dans le noyau et coïncidant avec le numéro de série de l’élément chimique dans le tableau périodique des éléments de Mendeleïev.

Le noyau est désigné par le même symbole que l'atome neutre :
, Où X- symbole d'un élément chimique, Znuméro atomique (nombre de protons dans le noyau), UNnombre de masse (nombre de nucléons dans le noyau). Nombre de masse UN approximativement égale à la masse du noyau en unités de masse atomique.

Puisque l'atome est neutre, la charge du noyau Z détermine le nombre d'électrons dans un atome. Leur répartition entre les états d'un atome dépend du nombre d'électrons. La charge nucléaire détermine les spécificités d'un élément chimique donné, c'est-à-dire qu'elle détermine le nombre d'électrons dans un atome, la configuration de leurs couches électroniques, l'ampleur et la nature du champ électrique intra-atomique.

Noyaux avec les mêmes numéros de charge Z, mais avec des nombres de masse différents UN(c'est-à-dire avec un nombre différent de neutrons N = A – Z), sont appelés isotopes, et les noyaux ayant le même UN, Mais différent Z- isobares. Par exemple, l'hydrogène ( Z= l) a trois isotopes : N – protium ( Z= je, N= 0), N – deutérium ( Z= je, N= 1), N – tritium ( Z= je, N= 2), étain - dix isotopes, etc. Dans la grande majorité des cas, les isotopes d'un même élément chimique ont les mêmes propriétés chimiques et physiques presque identiques.

E, MeV

Niveaux d'énergie

et transitions observées pour le noyau atomique du bore

La théorie quantique limite strictement les énergies que peuvent posséder les éléments constitutifs des noyaux. Les collections de protons et de neutrons dans les noyaux ne peuvent se trouver que dans certains états énergétiques discrets caractéristiques d'un isotope donné.

Lorsqu’un électron passe d’un état d’énergie supérieur à un état d’énergie inférieur, la différence d’énergie est émise sous forme de photon. L'énergie de ces photons est de l'ordre de plusieurs électrons-volts. Pour les noyaux, les énergies de niveau se situent entre environ 1 et 10 MeV. Lors des transitions entre ces niveaux, des photons de très hautes énergies (quanta γ) sont émis. Pour illustrer de telles transitions dans la Fig. 6.1 montre les cinq premiers niveaux d'énergie nucléaire
.Les lignes verticales indiquent les transitions observées. Par exemple, un quantum γ avec une énergie de 1,43 MeV est émis lorsqu'un noyau passe d'un état avec une énergie de 3,58 MeV à un état avec une énergie de 2,15 MeV.