Zloženie atómového jadra. Jadrové sily

Zloženie jadra atómu

V roku 1932 po objavení protónu a neutrónu vedcami D.D. Ivanenko (ZSSR) a W. Heisenberg (Nemecko). protón-neutrónModelatómové jadro.
Podľa tohto modelu sa jadro skladá z protóny a neutróny. Celkový počet nukleónov (t.j. protónov a neutrónov) sa nazýva hromadné číslo A: A = Z + N . Jadrá chemických prvkov sú označené symbolom:
X– chemická značka prvku.

Napríklad vodík

Na charakterizáciu atómových jadier sa zavádza množstvo označení. Počet protónov, ktoré tvoria atómové jadro, je označený symbolom Z a zavolajte číslo poplatku (toto je poradové číslo v periodickej tabuľke Mendelejeva). Jadrový náboj je Ze , Kde e- elementárny náboj. Počet neutrónov je označený symbolom N .

Jadrové sily

Aby boli atómové jadrá stabilné, musia byť protóny a neutróny držané vo vnútri jadier obrovskými silami, mnohonásobne väčšími ako sily Coulombovho odpudzovania protónov. Sily, ktoré držia nukleóny v jadre, sa nazývajú jadrové . Predstavujú prejav najintenzívnejšieho typu interakcie známeho vo fyzike – takzvanej silnej interakcie. Jadrové sily sú približne 100-krát väčšie ako elektrostatické sily a o desiatky rádov väčšie ako sily gravitačnej interakcie medzi nukleónmi.

Jadrové sily majú tieto vlastnosti:

mať príťažlivú silu;
sú sily krátkodobo pôsobiace(prejavuje sa v malých vzdialenostiach medzi nukleónmi);
jadrové sily nezávisia od prítomnosti alebo neprítomnosti elektrického náboja na časticiach.

Hmotnostný defekt a väzbová energia atómového jadra

Najdôležitejšiu úlohu v jadrovej fyzike zohráva koncept jadrová väzbová energia .

Väzbová energia jadra sa rovná minimálnej energii, ktorá sa musí vynaložiť na úplné rozdelenie jadra na jednotlivé častice. Zo zákona zachovania energie vyplýva, že väzbová energia sa rovná energii, ktorá sa uvoľní pri tvorbe jadra z jednotlivých častíc.

Väzbovú energiu akéhokoľvek jadra možno určiť presným meraním jeho hmotnosti. V súčasnosti sa fyzici naučili merať hmotnosti častíc – elektrónov, protónov, neutrónov, jadier atď. – s veľmi vysokou presnosťou. Tieto merania to ukazujú hmotnosť akéhokoľvek jadra M I je vždy menšie ako súčet hmotností jeho protónov a neutrónov:

Hmotnostný rozdiel je tzv hromadný defekt. Hromadným defektom pomocou Einsteinovho vzorca E = mc 2, môžete určiť energiu uvoľnenú pri tvorbe daného jadra, t.j. väzbovú energiu jadra E St:

Táto energia sa uvoľňuje pri tvorbe jadra vo forme γ-kvantového žiarenia.

Jadrová energia

Prvá jadrová elektráreň na svete bola postavená u nás a spustená v roku 1954 v ZSSR, v meste Obninsk. Rozvíja sa výstavba výkonných jadrových elektrární. V súčasnosti je v Rusku v prevádzke 10 jadrových elektrární. Po havárii v jadrovej elektrárni v Černobyle boli prijaté dodatočné opatrenia na zaistenie bezpečnosti jadrových reaktorov.

Chromatin

1) heterochromatín;

2) euchromatín.

Heterochromatín

Štrukturálne

Voliteľné

euchromatín

a) histónové proteíny;

b) nehistónové proteíny.

Áno Histónové proteíny (históny

Áno Nehistónové proteíny

Nucleolus

Veľkosť - 1-5 mikrónov.

Tvar je guľovitý.

Granulovaná zložka

Fibrilárny

Jadrový obal

1. Vonkajšia jadrová membrána (m. nuclearis externa),

Vnútorná jadrová membrána

ЁFunkcie:

karyoplazma

Reprodukcia buniek

Jadrový aparát

Jadro je prítomné vo všetkých eukaryotických bunkách, s výnimkou zrelých červených krviniek a rastlinných sitových skúmaviek. Bunky majú zvyčajne jedno jadro, ale niekedy sa vyskytujú aj viacjadrové bunky.

Jadro je guľovitého alebo oválneho tvaru.

Niektoré bunky majú segmentované jadrá. Veľkosti jadier sú od 3 do 10 mikrónov v priemere. Jadro je nevyhnutné pre život bunky. Reguluje aktivitu buniek. V jadre sú uložené dedičné informácie obsiahnuté v DNA. Táto informácia sa vďaka jadru prenáša do dcérskych buniek pri delení buniek. Jadro určuje špecifickosť proteínov syntetizovaných v bunke. Jadro obsahuje veľa bielkovín potrebných na zabezpečenie jeho funkcií. RNA sa syntetizuje v jadre.

Bunkové jadro zahŕňa obalu, jadrovej šťavy, jedného alebo viacerých jadier a chromatínu.

Funkčná úloha jadrový obal pozostáva z izolácie genetického materiálu (chromozómy) eukaryotickej bunky z cytoplazmy s jej početnými metabolickými reakciami, ako aj reguláciou bilaterálnych interakcií medzi jadrom a cytoplazmou. Jadrový obal pozostáva z dvoch membrán - vonkajšej a vnútornej, medzi ktorými sa nachádza perinukleárny (perinukleárny) priestor. Ten môže komunikovať s tubulmi cytoplazmatického retikula. Vonkajšia membrána Jadrová membrána je v priamom kontakte s cytoplazmou bunky a má množstvo štrukturálnych znakov, ktoré ju umožňujú pripísať samotnému membránovému systému ER. Obsahuje veľké množstvo ribozómov, ako aj na membránach ergastoplazmy. Vnútorná membrána jadrového obalu nemá na svojom povrchu ribozómy, ale je štrukturálne spojená s jadrová lamina– vláknitá periférna vrstva matrice jadrového proteínu.

Jadrový obal obsahuje jadrové póry s priemerom 80-90 nm, ktoré sú vytvorené v dôsledku početných zón fúzie dvoch jadrových membrán a predstavujú akoby zaoblené perforácie od konca ku koncu celej jadrovej membrány. Póry hrajú dôležitú úlohu pri transporte látok do a z cytoplazmy. Komplex jadrových pórov (NPC) s priemerom asi 120 nm má špecifickú štruktúru (pozostáva z viac ako 1000 proteínov - nukleoporíny, ktorého hmotnosť je 30-krát väčšia ako ribozóm), čo naznačuje zložitý mechanizmus regulácie jadrovo-cytoplazmatických pohybov látok a štruktúr. V procese jadrovo-cytoplazmatického transportu fungujú jadrové póry ako akési molekulové sito, pasívne prechádzajú časticami určitej veľkosti pozdĺž koncentračného gradientu (ióny, sacharidy, nukleotidy, ATP, hormóny, proteíny do 60 kDa). Póry nie sú trvalé útvary. Počet pórov sa zvyšuje v období najväčšej jadrovej aktivity. Počet pórov závisí od funkčného stavu bunky. Čím vyššia je syntetická aktivita v bunke, tým väčší je ich počet. Odhaduje sa, že u nižších stavovcov v erytroblastoch, kde sa intenzívne tvorí a akumuluje hemoglobín, je asi 30 pórov na 1 μm2 jadrovej membrány. V zrelých erytrocytoch týchto zvierat, ktoré si zachovávajú jadrá, zostáva na 1 μg membrány až päť pórov, t.j. 6 krát menej.

V oblasti perového komplexu tzv hustá platňa - proteínová vrstva pod celou vnútornou membránou jadrového obalu. Táto štruktúra plní predovšetkým podpornú funkciu, pretože v jej prítomnosti je tvar jadra zachovaný, aj keď sú zničené obe membrány jadrového obalu. Predpokladá sa tiež, že pravidelné spojenie s látkou hustej laminy podporuje usporiadané usporiadanie chromozómov v interfázovom jadre.

Jadrová šťava (karyoplazma) alebo matica)– vnútorný obsah jadra je roztok bielkovín, nukleotidov, iónov, viskóznejší ako hyaloplazma. Obsahuje tiež fibrilárne proteíny. Karyoplazma obsahuje jadierka a chromatín. Jadrová miazga tvorí vnútorné prostredie jadra, a preto hrá dôležitú úlohu pri zabezpečovaní normálneho fungovania genetického materiálu. Jadrová šťava obsahuje vláknitý, alebo fibrilárne, proteíny, s ktorou je spojený výkon podpornej funkcie: matrica obsahuje aj primárne transkripčné produkty genetickej informácie - heteronukleárne RNA (hnRNA), ktoré sa tu tiež spracovávajú a menia sa na mRNA.

Nucleolus- povinná zložka jadra, nachádza sa v medzifázových jadrách a sú to malé telieska, guľovitého tvaru. Jadierka sú hustejšie ako jadro. Syntéza rRNA, iných typov RNA a tvorba podjednotiek prebieha v jadierkach ribozómy. Vzhľad jadierok je spojený s určitými zónami chromozómov nazývanými nukleárne organizátory. Počet jadierok je určený počtom nukleárnych organizátorov. Obsahujú gény rRNA. Gény rRNA zaberajú určité úseky (v závislosti od typu zvieraťa) jedného alebo niekoľkých chromozómov (u ľudí je to 13-15 a 21-22 párov) - nukleárne organizátory, v oblasti ktorej sa tvoria jadierka. Takéto oblasti v metafázových chromozómoch vyzerajú ako zúženia a sú tzv sekundárne zúženia. Pomocou elektrónového mikroskopu sa v jadierku identifikujú vláknité a granulárne zložky. Vláknitú (fibrilárnu) zložku predstavujú komplexy bielkovín a obrovských prekurzorových molekúl RNA, z ktorých sa potom tvoria menšie molekuly zrelej rRNA. Počas procesu dozrievania sa fibrily premieňajú na ribonukleoproteínové zrná (granule), ktoré predstavujú granulárnu zložku.

Chromatínové štruktúry vo forme zhlukov, rozptýlené v nukleoplazme sú medzifázovou formou existencie chromozómov bunky.

Ribozóm - je to okrúhla ribonukleoproteínová častica s priemerom 20-30 nm. Ribozómy sú klasifikované ako nemembránové bunkové organely. Ribozómy spájajú aminokyselinové zvyšky do polypeptidových reťazcov (syntéza bielkovín). Ribozómy sú veľmi malé a početné.

Skladá sa z malých a veľkých podjednotiek, ktorých kombinácia sa vyskytuje v prítomnosti messenger RNA (mRNA). Malá podjednotka obsahuje proteínové molekuly a jednu molekulu ribozomálnej RNA (rRNA), druhá obsahuje proteíny a tri molekuly rRNA. Na tvorbe ribozómov sa hmotnostne podieľajú proteíny a rRNA v rovnakých množstvách. rRNA sa syntetizuje v jadierku.

Jedna molekula mRNA zvyčajne spája niekoľko ribozómov dohromady ako reťazec guľôčok. Táto štruktúra sa nazýva polyzóm. Polyzómy sú voľne umiestnené v hlavnej substancii cytoplazmy alebo pripojené k membránam hrubého cytoplazmatického retikula. V oboch prípadoch slúžia ako miesto aktívnej syntézy bielkovín. Porovnanie pomeru počtu voľných a membránovo pripojených polyzómov v embryonálnych nediferencovaných a nádorových bunkách na jednej strane a v špecializovaných bunkách dospelého organizmu na strane druhej viedlo k záveru, že proteíny sa tvoria na hyaloplazme. polyzómy pre vlastnú potrebu (na „domáce“ použitie) danej bunky, pričom na polyzómoch zrnitej siete sa syntetizujú proteíny, ktoré sú z bunky odstránené a použité pre potreby organizmu (napríklad tráviace enzýmy, prsník mliečne bielkoviny). Ribozómy môžu byť voľné v cytoplazme alebo spojené s endoplazmatickým retikulom, pričom sú súčasťou hrubého ER.Proteíny tvorené na ribozómoch pripojených k membráne ER zvyčajne vstupujú do cisterien ER. Proteíny syntetizované na voľných ribozómoch zostávajú v hyaloplazme. Napríklad hemoglobín sa syntetizuje v červených krvinkách na voľných ribozómoch. Ribozómy sú prítomné aj v mitochondriách, plastidoch a prokaryotických bunkách.

Predchádzajúci11121314151617181920212223242526Ďalší

POZRIEŤ VIAC:

Štruktúra jadra a jeho chemické zloženie

Jadro zahŕňa chromatín, jadierko, karyoplazmu (nukleoplazmu) a jadrový obal.

V bunke, ktorá sa delí, je vo väčšine prípadov jedno jadro, ale existujú bunky, ktoré majú dve jadrá (20 % pečeňových buniek je dvojjadrových), ako aj viacjadrové (osteoklasty kostného tkaniva).

Rozmery sa pohybujú od 3-4 do 40 mikrónov.

Každý typ bunky je charakterizovaný konštantným pomerom objemu jadra k objemu cytoplazmy. Tento pomer sa nazýva Hertwingov index. V závislosti od hodnoty tohto indexu sú bunky rozdelené do dvoch skupín:

1. jadrové – dôležitejší je Hertwingov index;

2. cytoplazmatický - Hertwingov index má nevýznamné hodnoty.

Tvar - môže byť guľovitý, tyčovitý, fazuľovitý, prstencový, segmentový.

Lokalizácia – jadro je vždy lokalizované na konkrétnom mieste v bunke. Napríklad v cylindrických bunkách žalúdka je v bazálnej polohe.

Jadro v bunke môže byť v dvoch stavoch:

a) mitotické (počas delenia);

b) medzifáza (medzi deleniami).

V živej bunke sa medzifázové jadro javí opticky prázdne, viditeľné je len jadierko. Štruktúry jadra vo forme nití a zŕn možno pozorovať len vtedy, keď je bunka vystavená poškodzujúcim faktorom, kedy prechádza do stavu paranekrózy (hraničný stav medzi životom a smrťou). Z tohto stavu sa bunka môže vrátiť do normálu alebo zomrie. Po bunkovej smrti sa v jadre morfologicky rozlišujú tieto zmeny:

1) karyopyknóza - zhutnenie jadra;

2) karyorrhexis - rozklad jadra;

3) karyolýza - rozpustenie jadra.

Funkcie: 1) uchovávanie a prenos genetickej informácie,

2) biosyntéza proteínov, 3) tvorba ribozomálnych podjednotiek.

Chromatin

Chromatín (z gréckeho chroma - farebný náter) je hlavná štruktúra medzifázového jadra, ktorá sa veľmi dobre farbí základnými farbivami a určuje chromatínový vzor jadra pre každý typ bunky.

Pre schopnosť dobre sa farbiť rôznymi farbivami a najmä zásaditými sa táto zložka jadra nazývala „chromatín“ (Flemming 1880).

Chromatín je štrukturálnym analógom chromozómov a v medzifázovom jadre predstavuje telá nesúce DNA.

Morfologicky sa rozlišujú dva typy chromatínu:

1) heterochromatín;

2) euchromatín.

Heterochromatín(heterochromatinum) zodpovedá chromozómovým oblastiam čiastočne kondenzovaným v interfáze a je funkčne neaktívny. Tento chromatín sa veľmi dobre farbí a je to, čo možno vidieť na histologických preparátoch.

Heterochromatín sa zase delí na:

1) štrukturálne; 2) voliteľné.

Štrukturálne heterochromatín predstavuje oblasti chromozómov, ktoré sú neustále v kondenzovanom stave.

Voliteľné heterochromatín je heterochromatín, ktorý môže dekondenzovať a stať sa euchromatínom.

euchromatín- sú to oblasti chromozómov dekondenzované v interfáze. Toto je funkčný, funkčne aktívny chromatín. Tento chromatín nie je zafarbený a nie je detekovaný v histologických preparátoch.

Počas mitózy je všetok euchromatín maximálne kondenzovaný a stáva sa súčasťou chromozómov. Počas tohto obdobia chromozómy nevykonávajú žiadne syntetické funkcie. V tomto ohľade môžu byť bunkové chromozómy v dvoch štrukturálnych a funkčných stavoch:

1) aktívne (pracovné), niekedy sú čiastočne alebo úplne dekondenzované a s ich účasťou v jadre dochádza k procesom transkripcie a reduplikácie;

2) neaktívne (nepracujúce, metabolický odpočinok), keď sú maximálne zahustené, plnia funkciu distribúcie a prenosu genetického materiálu do dcérskych buniek.

Niekedy môže v niektorých prípadoch zostať celý chromozóm počas interfázy v kondenzovanom stave a má vzhľad hladkého heterochromatínu. Napríklad jeden z X chromozómov somatických buniek ženského tela podlieha heterochromatizácii v počiatočných štádiách embryogenézy (počas fragmentácie) a nefunguje. Tento chromatín sa nazýva pohlavný chromatín alebo Barrovo telieska.

V rôznych bunkách má pohlavný chromatín odlišný vzhľad:

a) v neutrofilných leukocytoch - typ paličky;

b) v epiteliálnych bunkách sliznice – druh pologuľovitého zhluku.

Stanovenie pohlavného chromatínu sa používa na stanovenie genetického pohlavia, ako aj na určenie počtu X chromozómov v karyotype jedinca (rovná sa počtu telies pohlavného chromatínu + 1).

Štúdie elektrónového mikroskopu odhalili, že preparáty izolovaného interfázového chromatínu obsahujú elementárne chromozomálne fibrily s hrúbkou 20-25 nm, ktoré pozostávajú z vlákien s hrúbkou 10 nm.

Chemicky sú chromatínové fibrily komplexné komplexy deoxyribonukleoproteínov, ktoré zahŕňajú:

b) špeciálne chromozomálne proteíny;

Kvantitatívny pomer DNA, proteínu a RNA je 1:1,3:0,2. Podiel DNA v chromatínovom prípravku je 30-40%. Dĺžka jednotlivých lineárnych molekúl DNA sa nepriamo mení a môže dosahovať stovky mikrometrov a dokonca aj centimetrov. Celková dĺžka molekúl DNA vo všetkých chromozómoch jednej ľudskej bunky je asi 170 cm, čo zodpovedá 6x10-12 g.

Chromatínové proteíny tvoria 60-70% jeho sušiny a sú zastúpené dvoma skupinami:

a) histónové proteíny;

b) nehistónové proteíny.

Áno Histónové proteíny (históny) - alkalické proteíny obsahujúce zásadité aminokyseliny (hlavne lyzín, arginín) sú umiestnené nerovnomerne vo forme blokov po dĺžke molekuly DNA. Jeden blok obsahuje 8 molekúl histónu, ktoré tvoria nukleozóm. Veľkosť nukleozómu je približne 10 nm. Nukleozóm vzniká zhutnením a nadzávitnicou DNA, čo vedie k skráteniu dĺžky chromozomálnej fibrily približne 5-krát.

Áno Nehistónové proteíny tvoria 20 % množstva histónov a v medzifázových jadrách tvoria vo vnútri jadra štruktúrnu sieť, ktorá sa nazýva matrica jadrového proteínu. Táto matrica predstavuje skelet, ktorý určuje morfológiu a metabolizmus jadra.

Perichromatínové fibrily majú hrúbku 3-5 nm, granule majú priemer 45 nm a interchromatínové granuly majú priemer 21-25 nm.

Nucleolus

Jadierko je najhustejšia štruktúra jadra, ktorá je jasne viditeľná v živej nezafarbenej bunke a je derivátom chromozómu, jedným z jeho lokusov s najvyššou koncentráciou a aktívnou syntézou RNA v interfáze, nie je však samostatnou štruktúrou resp. organela.

Veľkosť - 1-5 mikrónov.

Tvar je guľovitý.

Jadierko má heterogénnu štruktúru. Vo svetelnom mikroskope je viditeľná jeho jemnovláknitá organizácia.

Elektrónová mikroskopia odhaľuje dve hlavné zložky:

a) zrnitý; b) fibrilárne.

Granulovaná zložka reprezentované granulami s priemerom 15-20 nm, ide o zrejúce ribozomálne podjednotky. Niekedy granulovaná zložka tvorí vláknité štruktúry - nukleolonemy, hrubé asi 0,2 mikrónu. Granulovaná zložka je lokalizovaná pozdĺž periférie.

Fibrilárny zložkou sú ribonukleoproteínové vlákna prekurzorov ribozómov, ktoré sú sústredené v centrálnej časti jadierka.

Ultraštruktúra jadierok závisí od aktivity syntézy RNA: pri vysokej úrovni syntézy sa v jadierku deteguje veľké množstvo granúl; keď sa syntéza zastaví, počet granúl sa zníži a jadierka sa premenia na husté fibrilárne vlákna bazofilnej povahy. .

Jadrový obal

Jadrový obal (nuklolema) pozostáva z:

Fyzika atómového jadra. Zloženie jadra.

Vonkajšia jadrová membrána (m. nuclearis externa),

2. Vnútorná membrána (m. nuclearis interna), ktoré sú oddelené perinukleárnym priestorom alebo cisternou jadrovej membrány (cisterna nucleolemmae), širokou 20-60 nm.

Každá membrána má hrúbku 7-8 nm. Jadrový obal vo všeobecnosti pripomína dutý dvojvrstvový vak, ktorý oddeľuje obsah jadra od cytoplazmy.

Vonkajšia membrána jadrového obalu, ktorý je v priamom kontakte s cytoplazmou bunky, má množstvo štrukturálnych znakov, ktoré umožňujú pripísať ho membránovému systému samotného endoplazmatického retikula. Tieto vlastnosti zahŕňajú: prítomnosť mnohých polyribozómov na strane hyaloplazmy a samotná vonkajšia jadrová membrána sa môže priamo transformovať na membrány granulárneho endoplazmatického retikula. Povrch vonkajšej jadrovej membrány vo väčšine živočíšnych a rastlinných buniek nie je hladký a smerom k cytoplazme vytvára výrastky rôznych veľkostí vo forme vezikúl alebo dlhých tubulárnych útvarov.

Vnútorná jadrová membrána spojené s chromozomálnym materiálom jadra. Na strane karyoplazmy susedí s vnútornou jadrovou membránou takzvaná fibrilárna vrstva pozostávajúca z fibríl, ktorá však nie je charakteristická pre všetky bunky.

Jadrový obal nie je súvislý. Najcharakteristickejšími štruktúrami jadrového obalu sú jadrové póry. Jadrové póry vznikajú splynutím dvoch jadrových membrán. V tomto prípade sa vytvárajú zaoblené priechodné otvory (perforácie, anulus pori), ktoré majú priemer asi 80-90 nm. Tieto otvory v jadrovom obale sú vyplnené zložitými globulárnymi a fibrilárnymi štruktúrami. Súbor membránových perforácií a týchto štruktúr sa nazýva pórový komplex (complexus pori). Pórový komplex pozostáva z troch radov granúl, osem v každom rade; priemer granúl je 25 nm; z týchto granúl vychádzajú fibrilárne procesy. Granuly sa nachádzajú na hranici otvoru v jadrovom obale: jeden rad leží na jadrovej strane, druhý na cytoplazmatickej strane a tretí v centrálnej časti póru. Fibrily vystupujúce z periférnych granúl sa môžu zbiehať v strede a vytvárať akoby prepážku, bránicu cez pór (diaphragma pori). Veľkosti pórov danej bunky sú zvyčajne stabilné. Počet jadrových pórov závisí od metabolickej aktivity buniek: čím intenzívnejšie sú syntetické procesy v bunke, tým viac pórov pripadá na jednotku povrchu bunkového jadra.

ЁFunkcie:

1. Bariéra - oddeľuje obsah jadra od cytoplazmy, obmedzuje voľný transport makromolekúl medzi jadrom a cytoplazmou.

2. Vytvorenie intranukleárneho poriadku - fixácia chromozomálneho materiálu v trojrozmernom lúmene jadra.

karyoplazma

Karyoplazma je tekutá časť jadra, v ktorej sa nachádzajú jadrové štruktúry; je analogická s hyaloplazmou v cytoplazmatickej časti bunky.

Reprodukcia buniek

Jedným z najdôležitejších biologických javov, ktorý odráža všeobecné zákonitosti a je integrálnou podmienkou existencie biologických systémov počas dostatočne dlhého časového obdobia, je reprodukcia (reprodukcia) ich bunkového zloženia. Reprodukcia buniek sa podľa bunkovej teórie uskutočňuje delením pôvodnej bunky. Táto pozícia je jednou z hlavných v teórii buniek.

Jadro bunky

FUNKCIE JADRA

Chromatín –

Chromozómy

ktoré zahŕňajú:

– histónové proteíny

– malé množstvo RNA;

Jadrová matrica

Pozostáva z 3 komponentov:

pokrýva jadrovú membránu.

Čo je jadro - v biológii: vlastnosti a funkcie

Vnútrojadrová sieť (kostra).

3. „Zostatkové“ jadierko.

Skladá sa to z:

– vonkajšia jadrová membrána;

Nukleoplazma (karyoplazma)- tekutá zložka jadra, v ktorej sa nachádza chromatín a jadierka. Obsahuje vodu a číslo

Nucleolus

Dátum zverejnenia: 03.02.2015; Prečítané: 1053 | Porušenie autorských práv stránky

Jadro bunky- systém genetickej determinácie a regulácie syntézy bielkovín.

FUNKCIE JADRA

● uchovávanie a uchovávanie dedičných informácií

● implementácia dedičných informácií

Jadro pozostáva z chromatínu, jadierka, karyoplazmy (nukleoplazmy) a jadrovej membrány, ktorá ho oddeľuje od cytoplazmy.

Chromatín – ide o zóny hustej hmoty v jadre, ktoré

dobre prijíma rôzne farbivá, najmä zásadité.

V nedeliacich sa bunkách sa chromatín nachádza vo forme zhlukov a granúl, čo je medzifázová forma existencie chromozómov.

Chromozómy– chromatínové fibrily, čo sú komplexné komplexy deoxyribonukleoproteínov (DNP), v zložení

ktoré zahŕňajú:

– histónové proteíny

– nehistónové proteíny – tvoria 20 %, ide o enzýmy, ktoré plnia štrukturálne a regulačné funkcie;

– malé množstvo RNA;

– malé množstvá lipidov, polysacharidov, kovových iónov.

Jadrová matrica– je rámcový vnútrojadrový systém

baňa, zjednocujúci základ pre chromatín, jadierko, jadrovú membránu. Táto štruktúrna sieť predstavuje rámec, ktorý určuje morfológiu a metabolizmus jadra.

Pozostáva z 3 komponentov:

1. Lamina (A, B, C) – periférna fibrilárna vrstva, sub-

pokrýva jadrovú membránu.

2. Vnútrojadrová sieť (kostra).

3. „Zostatkové“ jadierko.

Jadrový obal (karyolemma)- Toto je membrána, ktorá oddeľuje obsah jadra od cytoplazmy bunky.

Skladá sa to z:

– vonkajšia jadrová membrána;

– vnútorná jadrová membrána, medzi ktorou je perinukleárny priestor;

– dvojmembránový jadrový obal má pórový komplex.

Nukleoplazma (karyoplazma)- tekutá zložka jadra, v ktorej sa nachádza chromatín a jadierka.

Jadro. Komponenty jadra

Obsahuje vodu a číslo

látky v ňom rozpustené a suspendované: RNA, glykoproteíny,

ióny, enzýmy, metabolity.

Nucleolus- najhustejšia štruktúra jadra, tvorená špecializovanými úsekmi - slučkami chromozómov, ktoré sa nazývajú nukleárne organizátory.

Jadierko má 3 zložky:

1. Fibrilárna zložka predstavuje primárne transkripty rRNA.

2. Granulovaná zložka je zhlukom pre-

nástupcov ribozomálnych podjednotiek.

3. Amorfná zložka – oblasti nukleárneho organizátora,

Dátum zverejnenia: 03.02.2015; Prečítané: 1052 | Porušenie autorských práv stránky

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

Jadro je hlavnou regulačnou zložkou bunky. Jeho štruktúra a funkcie.

Jadro je nevyhnutnou súčasťou eukaryotických buniek. Toto je hlavná regulačná zložka bunky. Je zodpovedný za ukladanie a prenos dedičných informácií, riadi všetky metabolické procesy v bunke . Nie organela, ale bunková zložka.

Jadro pozostáva z:

1) jadrová membrána (jadrová membrána), cez ktorej póry dochádza k výmene medzi bunkovým jadrom a cytoplazmou.

2) jadrová šťava alebo karyoplazma, polotekutá, slabo zafarbená plazmatická hmota, ktorá vypĺňa všetky bunkové jadrá a obsahuje zvyšné zložky jadra;

3) chromozómy, ktoré sú viditeľné v nedeliacom sa jadre iba pomocou špeciálnych mikroskopických metód. Súbor chromozómov v bunke je tzv ariotyp. Chromatín na zafarbených bunkových preparátoch je sieť tenkých vlákien (fibríl), malých granúl alebo zhlukov.

4) jedno alebo viac guľovitých teliesok – jadierok, ktoré sú špecializovanou časťou bunkového jadra a sú spojené so syntézou ribonukleovej kyseliny a proteínov.

dva stavy jadra:

1. interfázové jadro – má jadrá. škrupina - karyolemma.

2. jadro pri delení bunky. iba chromatín je prítomný v rôznych stavoch.

jadierka obsahujú dve zóny:

1. vnútorné - fibrilárne - proteínové molekuly a pre-RNA

2. vonkajšie - granulárne - tvoria ribozomálne podjednotky.

Jadrový obal pozostáva z dvoch membrán oddelených perinukleárnym priestorom. Oba sú preniknuté početnými pórmi, vďaka ktorým je možná výmena látok medzi jadrom a cytoplazmou.

Hlavnými zložkami jadra sú chromozómy, vytvorené z molekuly DNA a rôznych proteínov. Vo svetelnom mikroskope sú zreteľne viditeľné iba v období delenia buniek (mitóza, meióza). V nedeliacej sa bunke vyzerajú chromozómy ako dlhé tenké vlákna rozmiestnené po celom objeme jadra.

Hlavné funkcie bunkového jadra sú nasledovné:

úložisko dát;
prenos informácie do cytoplazmy pomocou transkripcie, t.j. syntézy RNA nesúcej informácie;
prenos informácií do dcérskych buniek pri replikácii – delení buniek a jadier.
reguluje biochemické, fyziologické a morfologické procesy v bunke.

Deje sa v jadre replikácie- zdvojenie molekúl DNA, ako aj prepis- syntéza molekúl RNA na matrici DNA. V jadre prechádzajú syntetizované molekuly RNA určitými úpravami (napríklad v procese spájanie z molekúl messengerovej RNA sú vylúčené bezvýznamné, nezmyselné úseky), po ktorých sa uvoľňujú do cytoplazmy . Zostava ribozómov vyskytuje sa aj v jadre, v špeciálnych útvaroch nazývaných jadierka. Priestor pre jadro - karyotéka - je vytvorený v dôsledku expanzie a fúzie cisterien endoplazmatického retikula navzájom takým spôsobom, že jadro má dvojité steny v dôsledku úzkych kompartmentov jadrového obalu, ktorý ho obklopuje. Dutina jadrového obalu sa nazýva - lumen alebo perinukleárny priestor. Vnútorný povrch jadrového obalu je podložený jadrom lamina- tuhá bielkovinová štruktúra tvorená laminovými proteínmi, na ktoré sú naviazané vlákna chromozomálnej DNA. Na niektorých miestach sa vnútorná a vonkajšia membrána jadrového obalu spájajú a vytvárajú takzvané jadrové póry, cez ktoré dochádza k látkovej výmene medzi jadrom a cytoplazmou.

12. Dvojmembránové organely (mitochondrie, plastidy). Ich štruktúra a funkcie.

Mitochondrie - sú to okrúhle alebo tyčinkovité štruktúry, často rozvetvené, s hrúbkou 0,5 mikrónu a zvyčajne s dĺžkou do 5-10 mikrónov.

Mitochondriálny obal pozostáva z dvoch membrán, ktoré sa líšia chemickým zložením, súborom enzýmov a funkciami. Vnútorná membrána tvorí listovité (cristae) alebo rúrkovité (tubuly) invaginácie. Priestor ohraničený vnútornou membránou je matice organely. Pomocou elektrónového mikroskopu sa v ňom detegujú zrná s priemerom 20-40 nm. Akumulujú ióny vápnika a horčíka, ako aj polysacharidy, ako je glykogén.
Matrica obsahuje vlastný aparát organely na biosyntézu bielkovín. Predstavuje ho 2-6 kópií kruhovej molekuly DNA zbavenej histónov (ako u prokaryotov), ribozómov, súboru transferových RNA (tRNA), enzýmov na replikáciu DNA, transkripciu a transláciu dedičnej informácie. Hlavná funkcia Mitochondrie spočívajú v enzymatickej extrakcii energie z určitých chemických látok (ich oxidáciou) a akumulácii energie v biologicky využiteľnej forme (syntézou molekúl adenozíntrifosfát-ATP). Vo všeobecnosti sa tento proces nazýva Oxidačná fosforylácia. Medzi vedľajšie funkcie mitochondrií patrí účasť na syntéze steroidných hormónov a niektorých aminokyselín (glutámová).

Plastidy – sú to poloautonómne (môžu existovať relatívne nezávisle od jadrovej DNA bunky) dvojmembránové organely, charakteristické pre fotosyntetické eukaryotické organizmy. Existujú tri hlavné typy plastidov: chloroplasty, chromoplasty a leukoplasty.Zhromažďovanie plastidov v bunke je tzvplastidóm . Každý z týchto typov sa môže za určitých podmienok transformovať jeden do druhého. Podobne ako mitochondrie, aj plastidy obsahujú svoje vlastné molekuly DNA. Preto sú tiež schopné reprodukovať sa nezávisle od delenia buniek. Plastidy sú charakteristické len pre rastlinné bunky.

Chloroplasty. Dĺžka chloroplastov sa pohybuje od 5 do 10 µm, priemer - od 2 do 4 µm. Chloroplasty sú ohraničené dvoma membránami. Vonkajšia membrána je hladká, vnútorná má zložitú skladanú štruktúru. Najmenší záhyb sa nazýva t ylakoid. Skupina tylakoidov usporiadaných ako hromádka mincí sa nazýva g rana. Granule sú navzájom spojené sploštenými kanálmi - lamely. Tylakoidné membrány obsahujú fotosyntetické pigmenty a enzýmy, ktoré zabezpečujú syntézu ATP. Hlavným fotosyntetickým pigmentom je chlorofyl, ktorý určuje zelenú farbu chloroplastov.

Vnútorný priestor chloroplastov je vyplnený stroma. Stroma obsahuje kruhovú „nahú“ DNA, ribozómy, enzýmy Calvinovho cyklu a škrobové zrná. Vo vnútri každého tylakoidu je rezervoár protónov a H+ sa hromadí. Chloroplasty, podobne ako mitochondrie, sú schopné autonómnej reprodukcie rozdelením na dve časti. Chloroplasty nižších rastlín sú tzv chromatofóry.

Leukoplasty. Vonkajšia membrána je hladká, vnútorná tvorí málo tylakoidov. Stróma obsahuje kruhovú „nahú“ DNA, ribozómy, enzýmy na syntézu a hydrolýzu rezervných živín. Neexistujú žiadne pigmenty. Bunky podzemných orgánov rastliny (korene, hľuzy, rizómy atď.) majú obzvlášť veľa leukoplastov. .). Amyloplasty-syntetizovať a akumulovať škrob elaioplasty- oleje , proteinoplasty- bielkoviny. V tom istom leukoplaste sa môžu hromadiť rôzne látky.

Chromoplasty. Vonkajšia membrána je hladká, vnútorná membrána je buď hladká alebo tvorí jednotlivé tylakoidy. Stróma obsahuje kruhovú DNA a pigmenty - karotenoidy, čo dáva chromoplastom žltú, červenú alebo oranžovú farbu. Forma akumulácie pigmentu je rôzna: vo forme kryštálov, rozpustených v lipidových kvapôčkach atď. Chromoplasty sa považujú za konečnú fázu vývoja plastidov.

Plastidy sa môžu navzájom premieňať: leukoplasty - chloroplasty - chromoplasty.

Jednomembránové organely (ER, Golgiho aparát, lyzozómy). Ich štruktúra a funkcie.

Kanaltsevaya A vakuolárny systém tvorené prepojenými alebo oddelenými rúrovitými alebo sploštenými (cisternovými) dutinami, ohraničenými membránami a šíriacimi sa po celej cytoplazme bunky. V menovanom systéme sú hrubý A hladké cytoplazmatické retikulum. Zvláštnosťou štruktúry hrubej siete je pripojenie polyzómov na jej membrány. Z tohto dôvodu vykonáva funkciu syntézy určitej kategórie proteínov, ktoré sú prevažne odstránené z bunky, napríklad vylučované bunkami žľazy. V oblasti hrubej siete dochádza k tvorbe proteínov a lipidov cytoplazmatických membrán, ako aj k ich zostavovaniu. Cisterny hrubej siete, husto zbalené vo vrstvenej štruktúre, sú miestami najaktívnejšej syntézy bielkovín a sú tzv. ergastoplazma.

Membrány hladkého cytoplazmatického retikula sú bez polyzómov. Funkčne je táto sieť spojená s metabolizmom sacharidov, tukov a iných neproteínových látok, ako sú steroidné hormóny (v pohlavných žľazách, kôre nadobličiek). Cez tubuly a cisterny sa látky, najmä materiál vylučovaný žľazovou bunkou, presúvajú z miesta syntézy do zóny balenia do granúl. V oblastiach pečeňových buniek bohatých na hladké sieťové štruktúry sa ničia a neutralizujú škodlivé toxické látky a niektoré lieky (barbituráty). Vo vezikulách a tubuloch hladkej siete priečne pruhovaných svalov sa ukladajú (ukladajú) ióny vápnika, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v procese kontrakcie.

Golgiho komplex-predstavuje stoh plochých membránových vakov tzv tankov. Nádrže sú od seba úplne izolované a nie sú navzájom spojené. Pozdĺž okrajov nádrží sa rozvetvuje množstvo rúrok a bublín. Z EPS sa z času na čas oddeľujú vakuoly (vezikuly) so syntetizovanými látkami, ktoré sa presúvajú do Golgiho komplexu a spájajú sa s ním. Látky syntetizované v ER sa stávajú zložitejšími a akumulujú sa v Golgiho komplexe. Funkcie Golgiho komplexu :1- V nádržiach Golgiho komplexu dochádza k ďalšej chemickej premene a komplikácii látok vstupujúcich do neho z EPS. Tvoria sa napríklad látky potrebné na obnovu bunkovej membrány (glykoproteíny, glykolipidy), polysacharidy.

2- V Golgiho komplexe sa látky hromadia a dočasne „uskladňujú“

3- Vzniknuté látky sú „zabalené“ do vezikúl (vakuol) a v tejto forme sa pohybujú po celej bunke.

4- V Golgiho komplexe vznikajú lyzozómy (guľovité organely s tráviacimi enzýmami).

lyzozómy— malé guľovité organely, ktorých steny sú tvorené jednou membránou; obsahujú lytické(degradujúce) enzýmy. Po prvé, lyzozómy oddelené od Golgiho komplexu obsahujú neaktívne enzýmy. Za určitých podmienok sa aktivujú ich enzýmy. Keď sa lyzozóm spája s fagocytotickou alebo pinocytotickou vakuolou, vzniká tráviaca vakuola, v ktorej dochádza k intracelulárnemu tráveniu rôznych látok.

Funkcie lyzozómov :1- Rozkladajú látky absorbované v dôsledku fagocytózy a pinocytózy. Biopolyméry sa štiepia na monoméry, ktoré vstupujú do bunky a využívajú sa pre jej potreby.

Jadro a jeho konštrukčné prvky

Môžu byť napríklad použité na syntézu nových organických látok alebo môžu byť ďalej rozložené na výrobu energie.

2- Zničte staré, poškodené, nadbytočné organely. K rozpadu organel môže dôjsť aj počas hladovania buniek.

Vacuoly- guľovité jednomembránové organely, ktoré sú zásobárňami vody a látok v nej rozpustených. Vakuoly zahŕňajú: fagocytotické a pinocytotické vakuoly, tráviace vakuoly, vezikuly oddelené od EPS a Golgiho komplexu. Vakuoly živočíšnych buniek sú malé a početné, ale ich objem nepresahuje 5 % celkového objemu bunky. Ich hlavná funkcia — transport látok v bunke, prepojenie medzi organelami.

V rastlinnej bunke tvoria vakuoly až 90 % objemu.

V zrelej rastlinnej bunke je len jedna vakuola, ktorá zaujíma centrálnu polohu. Membrána vakuoly rastlinnej bunky je tonoplast, jej obsahom je bunková šťava. Funkcie vakuol v rastlinnej bunke: udržiavanie bunkovej membrány v napätí, hromadenie rôznych látok vrátane bunkového odpadu. Vakuoly dodávajú vodu pre procesy fotosyntézy. Môže zahŕňať:

- rezervné látky, ktoré vie využiť samotná bunka (organické kyseliny, aminokyseliny, cukry, bielkoviny). - látky, ktoré sa odstraňujú z bunkového metabolizmu a hromadia sa vo vakuolách (fenoly, taníny, alkaloidy a pod.) - fytohormóny, fytoncídy,

- pigmenty (farbivá), ktoré dávajú bunkovej šťave fialovú, červenú, modrú, fialovú a niekedy žltú alebo krémovú farbu. Sú to pigmenty bunkovej šťavy, ktoré farbia okvetné lístky, plody a korene.

14.Nemembránové organely (mikrotubuly, bunkové centrum, ribozómy). Ich štruktúra a funkcie.Ribozóm - nemembránová bunková organela, ktorá uskutočňuje biosyntézu bielkovín. Pozostáva z dvoch podjednotiek – malej a veľkej. Ribozóm pozostáva z 3-4 molekúl rRNA, ktoré tvoria jeho kostru, a niekoľkých desiatok molekúl rôznych proteínov. Ribozómy sa syntetizujú v jadierku. V bunke môžu byť ribozómy umiestnené na povrchu granulárneho ER alebo v hyaloplazme bunky vo forme polyzómov. Polysome - Ide o komplex mRNA a niekoľkých ribozómov, ktoré z nej čítajú informácie. Funkcia ribozómy- biosyntéza bielkovín. Ak sa ribozómy nachádzajú na ER, tak proteíny, ktoré syntetizujú, sa využívajú pre potreby celého organizmu, hyaloplazmatické ribozómy syntetizujú proteíny pre potreby samotnej bunky. Ribozómy v prokaryotických bunkách sú menšie ako ribozómy v eukaryotoch. Rovnaké malé ribozómy sa nachádzajú v mitochondriách a plastidoch.

Mikrotubuly - duté cylindrické bunkové štruktúry pozostávajúce z neredukovateľného proteínu tubulín. Mikrotubuly nie sú schopné kontrakcie. Steny mikrotubulu sú tvorené 13 vláknami proteínového tubulínu. Mikrotubuly sú umiestnené hlboko v hyaloplazme buniek.

Cilia a bičíky - organely pohybu. Hlavná funkcia - pohyb buniek alebo pohyb okolitej tekutiny alebo častíc pozdĺž buniek. V mnohobunkovom organizme sú riasinky charakteristické pre epitel dýchacích ciest a vajíčkovodov a bičíky sú charakteristické pre spermie. Cilia a bičíky sa líšia iba veľkosťou - bičíky sú dlhšie. Ich základom sú mikrotubuly usporiadané podľa systému 9(2) + 2. To znamená, že 9 dvojitých mikrotubulov (dubletov) tvorí stenu valca, v strede ktorého sú 2 jednoduché mikrotubuly. Podporou mihalníc a bičíkov sú bazálne telá. Bazálne teliesko má valcovitý tvar, tvorené 9 tripletmi (tripletmi) mikrotubulov, v strede bazálneho telieska nie sú žiadne mikrotubuly.

Cl e presný stred — mitotické centrum, trvalá štruktúra takmer vo všetkých živočíšnych a niektorých rastlinných bunkách, určuje póly deliacej sa bunky (pozri Mitóza) . Bunkové centrum zvyčajne pozostáva z dvoch centriolov - hustých granúl s rozmermi 0,2-0,8 µm, umiestnené navzájom v pravom uhle. Počas tvorby mitotického aparátu sa centrioly rozchádzajú k pólom buniek, určujúc orientáciu vretena delenia buniek. Preto je správnejšie K. c. hovor mitotické centrum, čo odráža jeho funkčný význam, najmä preto, že iba v niektorých bunkách K. c. nachádza v jeho strede. Počas vývoja organizmu sa mení postavenie krviniek. v bunkách a jej forma. Keď sa bunka delí, každá dcérska bunka dostane pár centriolov. Proces ich zdvojenia sa vyskytuje častejšie na konci predchádzajúceho bunkového delenia. Výskyt množstva patologických foriem bunkového delenia je spojený s abnormálnym delením K. c.

Atóm je najmenšia častica chemického prvku, ktorá si zachováva všetky svoje chemické vlastnosti. Atóm sa skladá z jadra, ktoré má kladný elektrický náboj, a záporne nabitých elektrónov. Náboj jadra ľubovoľného chemického prvku sa rovná súčinu Z a e, kde Z je poradové číslo tohto prvku v periodickej sústave chemických prvkov, e je hodnota elementárneho elektrického náboja.

Electron je najmenšia častica látky so záporným elektrickým nábojom e=1,6·10 -19 coulombov, braná ako elementárny elektrický náboj. Elektróny, rotujúce okolo jadra, sú umiestnené v elektrónových obaloch K, L, M atď. K je obal najbližšie k jadru. Veľkosť atómu je určená veľkosťou jeho elektrónového obalu. Atóm môže stratiť elektróny a stať sa pozitívnym iónom alebo získať elektróny a stať sa negatívnym iónom. Náboj iónu určuje počet stratených alebo získaných elektrónov. Proces premeny neutrálneho atómu na nabitý ión sa nazýva ionizácia.

Atómové jadro(centrálna časť atómu) pozostáva z elementárnych jadrových častíc - protónov a neutrónov. Polomer jadra je približne stotisíckrát menší ako polomer atómu. Hustota atómového jadra je extrémne vysoká. Protóny- sú to stabilné elementárne častice s jediným kladným elektrickým nábojom a hmotnosťou 1836-krát väčšou ako hmotnosť elektrónu. Protón je jadro atómu najľahšieho prvku, vodíka. Počet protónov v jadre je Z. Neutrón je neutrálna (bez elektrického náboja) elementárna častica s hmotnosťou veľmi blízkou hmotnosti protónu. Keďže hmotnosť jadra pozostáva z hmotnosti protónov a neutrónov, počet neutrónov v jadre atómu sa rovná A - Z, kde A je hmotnostné číslo daného izotopu (pozri). Protón a neutrón, ktoré tvoria jadro, sa nazývajú nukleóny. V jadre sú nukleóny spojené špeciálnymi jadrovými silami.

Atómové jadro obsahuje obrovskú zásobu energie, ktorá sa uvoľňuje pri jadrových reakciách. Jadrové reakcie sa vyskytujú, keď atómové jadrá interagujú s elementárnymi časticami alebo s jadrami iných prvkov. V dôsledku jadrových reakcií vznikajú nové jadrá. Napríklad neutrón sa môže premeniť na protón. V tomto prípade je beta častica, teda elektrón, vyvrhnutá z jadra.

Prechod protónu na neutrón v jadre sa môže uskutočniť dvoma spôsobmi: buď častica s hmotnosťou rovnajúcou sa hmotnosti elektrónu, ale s kladným nábojom, nazývaná pozitrón (pozitrónový rozpad), je emitovaná z jadro, alebo jadro zachytí jeden z elektrónov z K-obalu najbližšie k nemu (K -zachytenie).

Niekedy má vzniknuté jadro prebytok energie (je v excitovanom stave) a po návrate do normálneho stavu uvoľňuje prebytočnú energiu vo forme elektromagnetického žiarenia s veľmi krátkou vlnovou dĺžkou - . Energia uvoľnená pri jadrových reakciách sa prakticky využíva v rôznych priemyselných odvetviach.

Atóm (grécky atomos – nedeliteľný) je najmenšia častica chemického prvku, ktorá má svoje chemické vlastnosti. Každý prvok sa skladá zo špecifického typu atómu. Atóm sa skladá z jadra, ktoré nesie kladný elektrický náboj, a záporne nabitých elektrónov (pozri), ktoré tvoria jeho elektrónové obaly. Veľkosť elektrického náboja jadra sa rovná Z-e, kde e je elementárny elektrický náboj rovný veľkosti náboja elektrónu (4,8·10 -10 elektrických jednotiek) a Z je atómové číslo tohto prvku v periodická tabuľka chemických prvkov (pozri .). Keďže neionizovaný atóm je neutrálny, počet elektrónov v ňom zahrnutých sa tiež rovná Z. Zloženie jadra (pozri Atómové jadro) zahŕňa nukleóny, elementárne častice s hmotnosťou približne 1840-krát väčšou ako hmotnosť elektrónu. (rovnajúce sa 9,1 10 - 28 g), protóny (pozri), kladne nabité a neutróny bez náboja (pozri). Počet nukleónov v jadre sa nazýva hmotnostné číslo a označuje sa písmenom A. Počet protónov v jadre, rovný Z, určuje počet elektrónov vstupujúcich do atómu, štruktúru elektrónových obalov a chemickú látku. vlastnosti atómu. Počet neutrónov v jadre je A-Z. Izotopy sú odrody toho istého prvku, ktorých atómy sa od seba líšia hmotnostným číslom A, ale majú rovnaké Z. V jadrách atómov rôznych izotopov toho istého prvku sa teda nachádza rôzny počet neutrónov s rovnakým počet protónov. Pri označovaní izotopov sa nad symbolom prvku píše hmotnostné číslo A a pod ním atómové číslo; napríklad izotopy kyslíka sú označené:

Rozmery atómu sú určené rozmermi elektrónových obalov a sú pre všetky Z hodnotou rádovo 10 -8 cm Keďže hmotnosť všetkých elektrónov atómu je niekoľkotisíckrát menšia ako hmotnosť jadra , hmotnosť atómu je úmerná hmotnostnému číslu. Relatívna hmotnosť atómu daného izotopu sa určuje vo vzťahu k hmotnosti atómu izotopu uhlíka C12, berie sa ako 12 jednotiek a nazýva sa hmotnosť izotopu. Ukázalo sa, že je blízko k hmotnostnému číslu zodpovedajúceho izotopu. Relatívna hmotnosť atómu chemického prvku je priemerná (pri zohľadnení relatívneho množstva izotopov daného prvku) hodnota izotopovej hmotnosti a nazýva sa atómová hmotnosť (hmotnosť).

Atóm je mikroskopický systém a jeho štruktúru a vlastnosti možno vysvetliť iba pomocou kvantovej teórie, ktorá vznikla najmä v 20. rokoch 20. storočia a ktorej cieľom je opísať javy v atómovom meradle. Experimenty ukázali, že mikročastice – elektróny, protóny, atómy atď., majú okrem korpuskulárnych aj vlnové vlastnosti, prejavujúce sa v difrakcii a interferencii. V kvantovej teórii sa na popis stavu mikroobjektov používa určité vlnové pole, charakterizované vlnovou funkciou (Ψ-funkcia). Táto funkcia určuje pravdepodobnosti možných stavov mikroobjektu, t.j. charakterizuje potenciálne možnosti prejavu niektorých jeho vlastností. Zákon variácie funkcie Ψ v priestore a čase (Schrodingerova rovnica), ktorý umožňuje nájsť túto funkciu, hrá v kvantovej teórii rovnakú úlohu ako Newtonove zákony pohybu v klasickej mechanike. Riešenie Schrödingerovej rovnice v mnohých prípadoch vedie k diskrétnym možným stavom systému. Napríklad v prípade atómu sa získa séria vlnových funkcií pre elektróny, ktoré zodpovedajú rôznym (kvantovaným) energetickým hodnotám. Systém hladín atómovej energie, vypočítaný metódami kvantovej teórie, získal vynikajúce potvrdenie v spektroskopii. Prechod atómu zo základného stavu zodpovedajúceho najnižšej energetickej hladine E 0 do ktoréhokoľvek z excitovaných stavov E i nastáva po absorpcii určitej časti energie E i - E 0 . Excitovaný atóm prechádza do menej excitovaného alebo základného stavu, zvyčajne emitovaním fotónu. V tomto prípade je energia fotónu hv rovná rozdielu energií atómu v dvoch stavoch: hv = E i - E k kde h je Planckova konštanta (6,62·10 -27 erg·sec), v je frekvencia svetla.

Okrem atómových spektier umožnila kvantová teória vysvetliť aj ďalšie vlastnosti atómov. Vysvetlila sa najmä valencia, podstata chemických väzieb a štruktúra molekúl, vznikla teória periodickej sústavy prvkov.

Otázky "Z čoho pozostáva hmota?", "Aká je povaha hmoty?" vždy zamestnávali ľudstvo. Od staroveku hľadali filozofi a vedci odpovede na tieto otázky a vytvárali tak realistické, ako aj úplne úžasné a fantastické teórie a hypotézy. Doslova pred storočím sa však ľudstvo čo najviac priblížilo k vyriešeniu tejto záhady, keď objavilo atómovú štruktúru hmoty. Aké je však zloženie jadra atómu? Z čoho sa všetko skladá?

Od teórie k realite

Začiatkom dvadsiateho storočia už atómová štruktúra nebola len hypotézou, ale absolútnym faktom. Ukázalo sa, že zloženie jadra atómu je veľmi zložitý pojem. Jeho zloženie zahŕňa Ale vyvstala otázka: zahŕňa zloženie atómu rôzne počty týchto nábojov alebo nie?

Planetárny model

Spočiatku sa predpokladalo, že atóm bol postavený veľmi podobne ako naša slnečná sústava. Rýchlo sa však ukázalo, že táto myšlienka nebola celkom pravdivá. Problém čisto mechanického prenosu astronomickej mierky obrazu do oblasti, ktorá zaberá milióntiny milimetra, znamenal výraznú a dramatickú zmenu vlastností a kvalít javov. Hlavným rozdielom boli oveľa prísnejšie zákony a pravidlá, podľa ktorých bol atóm zostrojený.

Nevýhody planetárneho modelu

Po prvé, keďže atómy rovnakého druhu a prvku musia byť úplne identické v parametroch a vlastnostiach, potom musia byť rovnaké aj dráhy elektrónov týchto atómov. Pohybové zákony astronomických telies však na tieto otázky odpovedať nedokázali. Druhým rozporom je, že pohyb elektrónu po jeho dráhe, ak naň aplikujeme dobre naštudované fyzikálne zákony, musí nutne sprevádzať trvalé uvoľnenie energie. V dôsledku toho by tento proces viedol k vyčerpaniu elektrónu, ktorý by sa nakoniec rozpadol a dokonca by spadol do jadra.

Vlnová štruktúra matky A

V roku 1924 mladý aristokrat Louis de Broglie predložil myšlienku, ktorá spôsobila revolúciu vo vedeckej komunite v chápaní takých otázok, ako je zloženie atómových jadier. Myšlienka bola, že elektrón nie je len pohybujúca sa guľa, ktorá rotuje okolo jadra. Ide o rozmazanú látku, ktorá sa pohybuje podľa zákonov pripomínajúcich šírenie vĺn v priestore. Pomerne rýchlo sa táto myšlienka rozšírila na pohyb akéhokoľvek tela ako celku, čo vysvetľuje, že si všimneme iba jednu stranu tohto pohybu, ale druhá sa v skutočnosti neobjaví. Môžeme vidieť šírenie vĺn a nevšimnúť si pohyb častice, alebo naopak. V skutočnosti vždy existujú obe tieto strany pohybu a rotácia elektrónu na obežnej dráhe nie je len pohybom samotného náboja, ale aj šírením vĺn. Tento prístup je radikálne odlišný od predtým akceptovaného planetárneho modelu.

Elementárny základ

Jadrom atómu je stred. Okolo nej sa točia elektróny. Vlastnosti jadra určujú všetko ostatné. Je potrebné hovoriť o takom koncepte, ako je zloženie jadra atómu z najdôležitejšieho bodu - z náboja. V zložení atómu sú určité prvky, ktoré nesú záporný náboj. Samotné jadro má kladný náboj. Z toho môžeme vyvodiť určité závery:

Jadro je kladne nabitá častica.
Okolo jadra je pulzujúca atmosféra vytvorená nábojmi.
Je to jadro a jeho vlastnosti, ktoré určujú počet elektrónov v atóme.

Vlastnosti jadra

Meď, sklo, železo, drevo majú rovnaké elektróny. Atóm môže stratiť niekoľko elektrónov alebo dokonca všetky z nich. Ak jadro zostane kladne nabité, potom je schopné pritiahnuť potrebné množstvo záporne nabitých častíc z iných telies, čo mu umožní prežiť. Ak atóm stratí určitý počet elektrónov, potom bude kladný náboj na jadre väčší ako zvyšok záporných nábojov. V tomto prípade celý atóm získa nadmerný náboj a možno ho nazvať kladným iónom. V niektorých prípadoch môže atóm pritiahnuť viac elektrónov, čo spôsobí, že sa nabije negatívne. Preto ho možno nazvať záporným iónom.

Koľko váži atóm? ?

Hmotnosť atómu je určená hlavne jadrom. Elektróny, ktoré tvoria atóm a atómové jadro, vážia menej ako jednu tisícinu celkovej hmotnosti. Keďže hmotnosť sa považuje za mieru energetickej rezervy, ktorú látka má, táto skutočnosť sa považuje za neuveriteľne dôležitú pri štúdiu takej problematiky, ako je zloženie jadra atómu.

Rádioaktivita

Najťažšie otázky vyvstali po objave Rádioaktívne prvky vyžarujú alfa, beta a gama vlny. Ale takéto žiarenie musí mať zdroj. Rutherford v roku 1902 ukázal, že takýmto zdrojom je samotný atóm alebo presnejšie jadro. Na druhej strane rádioaktivita nie je len vyžarovanie lúčov, ale aj premena jedného prvku na iný, s úplne novými chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami. To znamená, že rádioaktivita je zmena v jadre.

Čo vieme o jadrovej štruktúre?

Takmer pred sto rokmi fyzik Prout vyslovil myšlienku, že prvky v periodickej sústave prvkov nie sú nekoherentné formy, ale sú to kombinácie. Preto by sa dalo očakávať, že náboje aj hmotnosti jadier budú vyjadrené ako celok, resp. viacnásobné náboje samotného vodíka. Nie je to však celkom pravda. Štúdiom vlastností atómových jadier pomocou elektromagnetických polí fyzik Aston zistil, že prvky, ktorých atómové hmotnosti neboli celé a násobky, sú v skutočnosti kombináciou rôznych atómov, a nie jednej látky. Vo všetkých prípadoch, kde atómová hmotnosť nie je celé číslo, pozorujeme zmes rôznych izotopov. Čo to je? Ak hovoríme o zložení jadra atómu, izotopy sú atómy s rovnakým nábojom, ale s rôznymi hmotnosťami.

Einstein a jadro atómu

Teória relativity hovorí, že hmotnosť nie je mierou, ktorou sa určuje množstvo hmoty, ale mierou energie, ktorú hmota má. V súlade s tým môže byť hmota meraná nie hmotnosťou, ale nábojom, ktorý tvorí túto hmotu, a energiou náboja. Keď sa rovnaký náboj priblíži k inému podobnému, energia sa zvýši, inak sa zníži. To určite neznamená zmenu hmoty. Z tejto pozície teda jadro atómu nie je zdrojom energie, ale skôr zvyškom po jeho uvoľnení. To znamená, že existuje určitý druh rozporu.

Neutróny

Curieovci pri bombardovaní berýlia alfa časticami objavili akési zvláštne lúče, ktoré ho pri zrážke s jadrom atómu odpudzujú obrovskou silou. Sú však schopné prejsť veľkou hrúbkou hmoty. Tento rozpor bol vyriešený tým, že sa ukázalo, že táto častica má neutrálny elektrický náboj. Podľa toho sa nazýval neutrón. Vďaka ďalšiemu výskumu sa ukázalo, že je takmer rovnaký ako protón. Vo všeobecnosti sú neutrón a protón neuveriteľne podobné. Berúc do úvahy tento objav, bolo definitívne možné zistiť, že jadro atómu obsahuje protóny aj neutróny a to v rovnakých množstvách. Všetko do seba postupne zapadalo. Počet protónov je atómové číslo. Atómová hmotnosť je súčet hmotností neutrónov a protónov. Izotop možno nazvať prvkom, v ktorom sa počet neutrónov a protónov navzájom nerovná. Ako bolo uvedené vyššie, v takom prípade, hoci prvok zostáva v podstate rovnaký, jeho vlastnosti sa môžu výrazne zmeniť.

Atóm pozostáva z kladne nabitého jadra a elektrónov, ktoré ho obklopujú. Atómové jadrá majú rozmery približne 10 -14 ... 10 -15 m (lineárne rozmery atómu sú 10 -10 m).

Atómové jadro pozostáva z elementárnych častíc - protóny a neutróny. Protón-neutrónový model jadra navrhol ruský fyzik D. D. Ivanenko a následne ho vyvinul W. Heisenberg.

protón ( R) má kladný náboj rovný náboju elektrónu a pokojovú hmotnosť T p = 1,6726∙10 -27 kg 1836 m e, Kde m eelektrónová hmotnosť. Neutrón ( n) – neutrálna častica s pokojovou hmotnosťou m n= 1,6749∙10 -27 kg 1839T e ,. Hmotnosť protónov a neutrónov sa často vyjadruje v inej jednotke - atómových hmotnostných jednotkách (amu, jednotka hmotnosti rovnajúca sa 1/12 hmotnosti atómu uhlíka
). Hmotnosti protónu a neutrónu sú približne jedna atómová hmotnostná jednotka. Protóny a neutróny sa nazývajú nukleóny(z lat. jadrojadro). Celkový počet nukleónov v atómovom jadre sa nazýva hmotnostné číslo A).

Polomery jadier sa zvyšujú so zvyšujúcim sa hmotnostným číslom v súlade so vzťahom R= 1,4A 1/3 10 -13 cm.

Experimenty ukazujú, že jadrá nemajú ostré hranice. V strede jadra je určitá hustota jadrovej hmoty a s rastúcou vzdialenosťou od stredu postupne klesá k nule. Kvôli absencii jasne definovanej hranice jadra je jeho "polomer" definovaný ako vzdialenosť od stredu, v ktorej je hustota jadrovej hmoty znížená na polovicu. Priemerná distribúcia hustoty hmoty pre väčšinu jadier je viac než len sférická. Väčšina jadier je deformovaná. Často majú jadrá tvar predĺžených alebo sploštených elipsoidov

Charakteristické je atómové jadro poplatokze, Kde Zčíslo poplatku nucleus, ktorý sa rovná počtu protónov v jadre a zhoduje sa so sériovým číslom chemického prvku v Mendelejevovej periodickej tabuľke prvkov.

Jadro je označené rovnakým symbolom ako neutrálny atóm:
, Kde X- symbol chemického prvku, Zatómové číslo (počet protónov v jadre), Ahmotnostné číslo (počet nukleónov v jadre). Hromadné číslo A približne rovná hmotnosti jadra v jednotkách atómovej hmotnosti.

Keďže atóm je neutrálny, náboj na jadre Z určuje počet elektrónov v atóme. Ich distribúcia medzi stavmi v atóme závisí od počtu elektrónov. Jadrový náboj určuje špecifiká daného chemického prvku, to znamená, že určuje počet elektrónov v atóme, konfiguráciu ich elektrónových obalov, veľkosť a povahu vnútroatómového elektrického poľa.

Jadrá s rovnakými číslami náboja Z, ale s rôznymi hmotnostnými číslami A(t. j. s rôznym počtom neutrónov N = A – Z), sa nazývajú izotopy a jadrá s tým istým A, ale iné Z – izobary. Napríklad vodík ( Z= l) má tri izotopy: N – protium ( Z= l, N= 0), N – deutérium ( Z= l, N= 1), N – trícium ( Z= l, N= 2), cín - desať izotopov atď. Vo veľkej väčšine prípadov majú izotopy toho istého chemického prvku rovnaké chemické a takmer rovnaké fyzikálne vlastnosti.

E, MeV

Energetické hladiny

a pozorovali prechody pre atómové jadro bóru

Kvantová teória prísne obmedzuje energie, ktoré môžu mať jednotlivé časti jadier. Súbory protónov a neutrónov v jadrách môžu byť len v určitých diskrétnych energetických stavoch charakteristických pre daný izotop.

Keď elektrón prechádza z vyššieho do nižšieho energetického stavu, energetický rozdiel je emitovaný ako fotón. Energia týchto fotónov je rádovo niekoľko elektrónvoltov. Pre jadrá sú energie hladín v rozsahu približne od 1 do 10 MeV. Počas prechodov medzi týmito úrovňami sú emitované fotóny s veľmi vysokou energiou (γ kvanta). Na ilustráciu takýchto prechodov na obr. 6.1 znázorňuje prvých päť úrovní jadrovej energie
.Zvislé čiary označujú pozorované prechody. Napríklad pri prechode jadra zo stavu s energiou 3,58 MeV do stavu s energiou 2,15 MeV je emitované γ-kvantum s energiou 1,43 MeV.