Jądro atomowe. Encyklopedia szkolna Składnik jądra atomowego
Chromatyna
1) heterochromatyna;
2) euchromatyna.
heterochromatyna
Strukturalny
Opcjonalny
Euchromatyna
a) białka histonowe;
b) białka niehistonowe.
Siema Białka histonowe (histony
Siema Białka niehistonowe
jąderko
ЁRozmiar - 1-5 mikronów.
Forma jest kulista.
Składnik granulowany
Włókienkowy
koperta jądrowa
1. Zewnętrzna błona jądrowa (m.nucleis externa),
wewnętrzna błona jądrowa
Cechy:
Karioplazma
reprodukcja komórek
aparatura jądrowa
Jądro jest obecne we wszystkich komórkach eukariotycznych, z wyjątkiem dojrzałych erytrocytów i roślinnych rurek sitowych. Komórki zwykle mają jedno jądro, ale czasami można znaleźć komórki wielojądrowe.
Jądro jest kuliste lub owalne.
Niektóre komórki mają segmentowane jądra. Rozmiar jąder wynosi od 3 do 10 mikronów średnicy. Jądro jest niezbędne do życia komórki. Reguluje aktywność komórek. Jądro przechowuje informacje dziedziczne zawarte w DNA. Ta informacja, dzięki jądru, jest przekazywana do komórek potomnych podczas podziału komórki. Jądro determinuje specyficzność białek syntetyzowanych w komórce. Jądro zawiera wiele białek niezbędnych do jego funkcji. RNA jest syntetyzowany w jądrze.
Jądro komórkowe składać się z membrana, sok jądrowy, jedno lub więcej jąderek i chromatyna.
Rola funkcjonalna koperta jądrowa jest izolacja materiału genetycznego (chromosom) komórki eukariotycznej z cytoplazmy z jej licznymi reakcjami metabolicznymi, a także regulacją dwustronnych interakcji jądra i cytoplazmy. Otoczka jądrowa składa się z dwóch membran - zewnętrznej i wewnętrznej, pomiędzy którymi się znajduje przestrzeń okołojądrowa (okołojądrowa). Te ostatnie mogą komunikować się z kanalikami retikulum cytoplazmatycznego. zewnętrzna męmbrana Otoczka jądrowa bezpośrednio styka się z cytoplazmą komórki, posiada szereg cech strukturalnych, które pozwalają przypisać ją właściwemu systemowi błon ER. Zawiera dużą liczbę rybosomów, a także na błonach ergastoplazmy. Wewnętrzna błona otoczki jądrowej nie ma rybosomów na swojej powierzchni, ale jest strukturalnie powiązana z blaszka jądrowa- włóknista warstwa obwodowa macierzy białek jądrowych.
Koperta jądrowa zawiera pory jądrowe o średnicy 80-90 nm, które powstają w wyniku licznych stref fuzji dwóch błon jądrowych i są niejako zaokrąglone przez perforacje całej błony jądrowej. Pory odgrywają ważną rolę w transporcie substancji do iz cytoplazmy. Kompleks porów jądrowych (NPC) o średnicy około 120 nm ma określoną strukturę (składa się z ponad 1000 białek - nukleoporyny, którego masa jest 30 razy większa niż rybosomu), co wskazuje na złożony mechanizm regulacji ruchów jądrowo-cytoplazmatycznych substancji i struktur. W procesie transportu jądrowo-cytoplazmatycznego pory jądrowe działają jak rodzaj sita molekularnego, pasywnie przepuszczając cząstki o określonej wielkości wzdłuż gradientu stężenia (jony, węglowodany, nukleotydy, ATP, hormony, białka do 60 kDa). Pory nie są trwałymi formacjami. Liczba porów wzrasta w okresie największej aktywności jądrowej. Liczba porów zależy od stanu funkcjonalnego komórki. Im wyższa aktywność syntetyczna w komórce, tym większa ich liczba. Obliczono, że u kręgowców niższych w erytroblastach, gdzie hemoglobina jest intensywnie formowana i akumulowana, na 1 μm2 błony jądrowej przypada około 30 porów. W dojrzałych erytrocytach tych zwierząt, które zachowują jądra komórkowe, na 1 μg błony pozostaje do pięciu porów, tj. 6 razy mniej.
W rejonie kompleksu pierza tzw gęsty talerz - warstwa białkowa, która leży pod całą długość wewnętrznej błony błony jądrowej. Ta struktura pełni przede wszystkim funkcję wspierającą, ponieważ w jej obecności kształt jądra jest zachowany, nawet jeśli obie błony otoczki jądrowej zostaną zniszczone. Zakłada się również, że regularne połączenie z substancją gęstej płytki przyczynia się do uporządkowanego ułożenia chromosomów w jądrze międzyfazowym.
Sok jądrowy (karioplazma lub matryca)- wewnętrzna zawartość jądra jest roztworem białek, nukleotydów, jonów, bardziej lepkim niż hialoplazma. Zawiera również białka fibrylarne. Karioplazma zawiera jąderka i chromatynę. Sok jądrowy stanowi wewnętrzne środowisko jądra, dlatego odgrywa ważną rolę w zapewnieniu prawidłowego funkcjonowania materiału genetycznego. Skład soku jądrowego zawiera nitkowaty, lub fibrylarne, białka, z którym związane jest wykonywanie funkcji podporowej: matryca zawiera również podstawowe produkty transkrypcji informacji genetycznej - heterojądrowe RNA (hnRNA), które są tu przetwarzane, zamieniając się w mRNA.
jąderko- obowiązkowy składnik jądra, znajduje się w jądrach międzyfazowych i jest małymi ciałami o kulistym kształcie. Jąderka są gęstsze niż jądro. W jąderkach zachodzi synteza rRNA, innych rodzajów RNA i tworzenie podjednostek. rybosom. Pojawienie się jąderek wiąże się z pewnymi strefami chromosomów zwanymi organizatorami jąderek. Liczba jąderek zależy od liczby organizatorów jąderek. Zawierają geny rRNA. Geny rRNA zajmują określone obszary (w zależności od rodzaju zwierzęcia) jednego lub więcej chromosomów (u ludzi 13-15 i 21-22 par) - organizatorzy jądrowe, w którym tworzą się jąderka. Takie regiony w chromosomach metafazowych wyglądają jak zwężenia i są nazywane zwężenia wtórne. Za pomocą mikroskopu elektronowego w jądrze widoczne są składniki włókniste i ziarniste. Składnik włóknisty (włóknisty) jest reprezentowany przez kompleksy białek i gigantycznych cząsteczek prekursorowych RNA, z których następnie powstają mniejsze cząsteczki dojrzałego rRNA. W procesie dojrzewania włókienka przekształcają się w ziarna (granulki) rybonukleoproteiny, które stanowią składnik ziarnisty.
Struktury chromatyny w postaci grudek, rozproszone w nukleoplazmie są międzyfazową formą istnienia chromosomy komórki.
Rybosom - jest to zaokrąglona cząsteczka rybonukleoproteinowa o średnicy 20-30 nm. Rybosomy to niebłonowe organelle komórkowe. Rybosomy łączą reszty aminokwasowe w łańcuchy polipeptydowe (synteza białek). Rybosomy są bardzo małe i liczne.
Składa się z małych i dużych podjednostek, których połączenie występuje w obecności informacyjnego (informacyjnego) RNA (mRNA). Mała podjednostka zawiera cząsteczki białka i jedną cząsteczkę rybosomalnego RNA (rRNA), natomiast druga zawiera białka i trzy cząsteczki rRNA. Białko i rRNA masowo w równych ilościach biorą udział w tworzeniu rybosomów. rRNA jest syntetyzowany w jąderku.
Jedna cząsteczka mRNA zwykle łączy kilka rybosomów jak sznurek kulek. Taka struktura nazywa się polisom. Polisomy są swobodnie zlokalizowane w substancji podstawowej cytoplazmy lub przyczepione do błon szorstkiej retikulum cytoplazmatycznego. W obu przypadkach służą jako miejsce aktywnej syntezy białek. Porównanie stosunku liczby wolnych i związanych z błoną polisomów w zarodkowych komórkach niezróżnicowanych i nowotworowych z jednej strony oraz w wyspecjalizowanych komórkach dorosłego organizmu, z drugiej strony, doprowadziło do wniosku, że białka powstają na komórkach hialoplazmatycznych. polisomy na własne potrzeby (do użytku „domowego”) tej komórki, natomiast na polisomach sieci ziarnistej syntetyzowane są białka, które są usuwane z komórki i wykorzystywane na potrzeby organizmu (np. enzymy trawienne, mleko matki białka). Rybosomy mogą być swobodnie zlokalizowane w cytoplazmie lub być związane z retikulum endoplazmatycznym, będącym częścią szorstkiego ER.Białka utworzone na rybosomach połączonych z błoną ER zwykle dostają się do zbiorników ER. Białka syntetyzowane na wolnych rybosomach pozostają w hialoplazmie. Na przykład hemoglobina jest syntetyzowana na wolnych rybosomach w erytrocytach. Rybosomy są również obecne w mitochondriach, plastydach i komórkach prokariotycznych.
Poprzednia11121314151617181920212223242526Następna
ZOBACZ WIĘCEJ:
Budowa jądra i jego skład chemiczny
Jądro składa się z chromatyny, jąderka, karioplazmy (nukleoplazmy) i otoczki jądrowej.
W dzielącej się komórce w większości przypadków znajduje się jedno jądro, ale są też komórki, które mają dwa jądra (20% komórek wątroby są dwujądrowe), a także wielojądrowe (osteoklasty tkanki kostnej).
ЁRozmiary - w zakresie od 3-4 do 40 mikronów.
Każdy rodzaj komórki charakteryzuje się stałym stosunkiem objętości jądra do objętości cytoplazmy. Ten stosunek nazywa się indeksem Hertwinga. W zależności od wartości tego wskaźnika komórki dzielą się na dwie grupy:
1. jądrowe – większe znaczenie ma indeks Hertwinga;
2. cytoplazmatyczny – indeks Hertwinga ma nieznaczne wartości.
Yoform - może być kulisty, prętowy, fasolkowy, pierścieniowy, segmentowy.
Yolokalizacja - jądro jest zawsze zlokalizowane w określonym miejscu w komórce. Na przykład w cylindrycznych komórkach żołądka znajduje się w pozycji podstawowej.
Jądro w komórce może znajdować się w dwóch stanach:
a) mitotyczny (podczas podziału);
b) interfaza (między podziałami).
W żywej komórce jądro międzyfazowe wygląda jak optycznie puste, znajduje się tylko jąderko. Struktury jądra w postaci nitek, ziaren można zaobserwować tylko wtedy, gdy na komórkę działają czynniki uszkadzające, gdy przechodzi ona w stan paranekrozy (stan graniczny między życiem a śmiercią). Z tego stanu komórka może powrócić do normalnego życia lub umrzeć. Po śmierci komórki, morfologicznie, w jądrze wyróżnia się następujące zmiany:
1) kariopiknoza - zagęszczenie jądra;
2) karyorrhexis - rozkład jądra;
3) karioliza - rozpuszczenie jądra.
Funkcje: 1) przechowywanie i przekazywanie informacji genetycznej,
2) biosynteza białek, 3) tworzenie podjednostek rybosomów.
Chromatyna
Chromatyna (z greckiego chroma - kolorowa farba) jest główną strukturą jądra międzyfazowego, która bardzo dobrze wybarwia się podstawowymi barwnikami i określa wzór chromatyny jądra dla każdego typu komórki.
Ze względu na zdolność dobrego barwienia różnymi barwnikami, a zwłaszcza głównymi, ten składnik jądra nazwano „chromatyną” (Flemming 1880).
Chromatyna jest strukturalnym analogiem chromosomów, aw jądrze międzyfazowym jest nośnikiem DNA organizmu.
Morfologicznie rozróżnia się dwa rodzaje chromatyny:
1) heterochromatyna;
2) euchromatyna.
heterochromatyna(heterochromatyna) odpowiada częściom chromosomów częściowo skondensowanych w interfazie i jest funkcjonalnie nieaktywna. Ta chromatyna bardzo dobrze się wybarwia i to właśnie tę chromatynę można zobaczyć na preparatach histologicznych.
Z kolei heterochromatynę dzieli się na:
1) strukturalne; 2) opcjonalne.
Strukturalny heterochromatyna to segmenty chromosomów, które są stale w stanie skondensowanym.
Opcjonalny heterochromatyna to heterochromatyna zdolna do dekondensacji i przekształcenia się w euchromatynę.
Euchromatyna- są to regiony chromosomów zdekondensowane w interfazie. Jest to działająca, funkcjonalnie aktywna chromatyna. Ta chromatyna nie jest wybarwiona i nie jest wykrywana na preparatach histologicznych.
Podczas mitozy cała euchromatyna jest maksymalnie skondensowana i staje się częścią chromosomów. W tym okresie chromosomy nie pełnią żadnych funkcji syntetycznych. Pod tym względem chromosomy komórkowe mogą znajdować się w dwóch stanach strukturalnych i funkcjonalnych:
1) aktywne (działające), czasami ulegają częściowej lub całkowitej dekondensacji i przy ich udziale w jądrze zachodzą procesy transkrypcji i reduplikacji;
2) nieaktywne (niepracujące, metaboliczne), gdy są maksymalnie skondensowane, pełnią funkcję dystrybucji i transferu materiału genetycznego do komórek potomnych.
Czasami w niektórych przypadkach cały chromosom podczas interfazy może pozostać w stanie skondensowanym, podczas gdy wygląda jak gładka heterochromatyna. Na przykład jeden z chromosomów X komórek somatycznych kobiecego ciała podlega heterochromatyzacji w początkowych stadiach embriogenezy (podczas cięcia) i nie działa. Ta chromatyna nazywana jest chromatyną płciową lub ciałami Barra.
W różnych komórkach chromatyna płciowa ma inny wygląd:
a) w leukocytach neutrofilowych - rodzaj podudzia;
b) w komórkach nabłonka błony śluzowej - pojawienie się półkulistej grudki.
Oznaczenie chromatyny płciowej służy do określenia płci genetycznej, a także do określenia liczby chromosomów X w kariotypie osobnika (jest równa liczbie ciałek chromatyny płciowej + 1).
Badania pod mikroskopem elektronowym wykazały, że preparaty izolowanej chromatyny międzyfazowej zawierają elementarne fibryle chromosomalne o grubości 20–25 nm, które składają się z włókienek o grubości 10 nm.
Chemicznie fibryle chromatyny są złożonymi kompleksami dezoksyrybonukleoprotein, do których należą:
b) specjalne białka chromosomalne;
Stosunek ilościowy DNA, białka i RNA wynosi 1:1,3:0,2. Udział DNA w preparacie chromatyny wynosi 30-40%. Długość poszczególnych liniowych cząsteczek DNA zmienia się w pośrednich granicach i może sięgać setek mikrometrów, a nawet centymetrów. Całkowita długość cząsteczek DNA we wszystkich chromosomach jednej komórki człowieka wynosi około 170 cm, co odpowiada 6x10-12g.
Białka chromatyny stanowią 60-70% jej suchej masy i są reprezentowane przez dwie grupy:
a) białka histonowe;
b) białka niehistonowe.
Siema Białka histonowe (histony) - białka zasadowe zawierające aminokwasy zasadowe (głównie lizynę, argininę) są nierównomiernie ułożone w bloki na długości cząsteczki DNA. Jeden blok zawiera 8 cząsteczek histonów, które tworzą nukleosom. Wielkość nukleosomu wynosi około 10 nm. Nukleosom powstaje w wyniku zagęszczenia i superzwijania DNA, co prowadzi do około 5-krotnego skrócenia długości włókienka chromosomu.
Siema Białka niehistonowe stanowią 20% liczby histonów, aw jądrach międzyfazowych tworzą sieć strukturalną wewnątrz jądra, zwaną macierzą białek jądrowych. Ta macierz reprezentuje strukturę, która określa morfologię i metabolizm jądra.
Włókna perychromatyny mają grubość 3-5 nm, granulki mają średnicę 45 nm, a granulki międzychromatyny mają średnicę 21-25 nm.
jąderko
Jąderko (jąderko) jest najgęstszą strukturą jądra, która jest wyraźnie widoczna w żywej niezabarwionej komórce i jest pochodną chromosomu, jednym z jego loci o najwyższym stężeniu i aktywnej syntezie RNA w interfazie, ale nie jest niezależna struktura lub organelle.
ЁRozmiar - 1-5 mikronów.
Forma jest kulista.
Jąderko ma niejednorodną strukturę. W mikroskopie świetlnym widoczna jest jego drobnowłóknista organizacja.
Mikroskopia elektronowa ujawnia dwa główne elementy:
a) granulowany; b) fibrylarny.
Składnik granulowany reprezentowane przez granulki o średnicy 15-20 nm, są to dojrzewające podjednostki rybosomów. Czasami ziarnisty składnik tworzy nitkowate struktury - nukleolonemy o grubości około 0,2 µm. Składnik ziarnisty jest zlokalizowany na obwodzie.
Włókienkowy składnik to nici rybonukleoproteinowe prekursorów rybosomów, które są skoncentrowane w centralnej części jąderka.
Ultrastruktura jąderek zależy od aktywności syntezy RNA: przy wysokim poziomie syntezy w jąderku wykrywana jest duża liczba granulek, po zatrzymaniu syntezy liczba granulek maleje, a jąderka zamieniają się w gęste włókniste nici bazofilny charakter.
koperta jądrowa
Otoczka jądrowa (nuclolemma) składa się z:
Fizyka jądra atomowego. Skład rdzenia.
Zewnętrzna błona jądrowa (m.nucleis externa),
2. Błona wewnętrzna (m.nucleis interna), oddzielona przestrzenią okołojądrową lub otoczką jądrową cysterny (cisterna nukleolemmae), o szerokości 20-60 nm.
Każda membrana ma grubość 7-8nm. Ogólnie błona jądrowa przypomina pustą dwuwarstwową torebkę, która oddziela zawartość jądra od cytoplazmy.
Zewnętrzna błona otoczki jądrowej, który jest w bezpośrednim kontakcie z cytoplazmą komórki, posiada szereg cech strukturalnych pozwalających na przypisanie go właściwemu systemowi błon retikulum endoplazmatycznego. Cechy te obejmują: obecność na nim licznych polirybosomów od strony hialoplazmy, a sama zewnętrzna błona jądrowa może bezpośrednio przechodzić do błon ziarnistej retikulum endoplazmatycznego. Powierzchnia zewnętrznej błony jądrowej większości komórek zwierzęcych i roślinnych nie jest gładka i tworzy różnej wielkości wyrostki w kierunku cytoplazmy w postaci pęcherzyków lub długich formacji kanalikowych.
wewnętrzna błona jądrowa związane z materiałem chromosomalnym jądra. Od strony karioplazmy do wewnętrznej błony jądrowej przylega tzw. warstwa włóknista składająca się z włókienek, ale nie jest charakterystyczna dla wszystkich komórek.
Koperta jądrowa nie jest ciągła. Najbardziej charakterystycznymi strukturami otoczki jądrowej są pory jądrowe. Pory jądrowe powstają w wyniku połączenia dwóch błon jądrowych. W tym przypadku powstają zaokrąglone otwory przelotowe (perforacje, pierścienie pori), które mają średnicę około 80-90 nm. Te dziury w błonie jądrowej są wypełnione złożonymi strukturami kulistymi i włóknistymi. Połączenie perforacji błony i tych struktur nazywa się kompleksem porów (complexus pori). Kompleks porów składa się z trzech rzędów granulek, po osiem w każdym rzędzie, średnica granulek wynosi 25 nm, od tych granulek wychodzą wyrostki włókniste. Granulki znajdują się na granicy otworu w otoczce jądrowej: jeden rząd leży po stronie jądra, drugi - po stronie cytoplazmy, trzeci w środkowej części poru. Włókna wystające z obwodowych granulek mogą zbiegać się w środku i tworzyć jakby przegrodę, przeponę w poprzek porów (diaphragma pori). Rozmiary porów tej komórki są zwykle stabilne. Liczba porów jądrowych zależy od aktywności metabolicznej komórek: im intensywniejsze procesy syntezy w komórce, tym więcej porów na jednostkę powierzchni jądra komórkowego.
Cechy:
1. Bariera - oddziela zawartość jądra od cytoplazmy, ogranicza swobodny transport makrocząsteczek między jądrem a cytoplazmą.
2. Tworzenie porządku wewnątrzjądrowego - utrwalanie materiału chromosomalnego w trójwymiarowym świetle jądra.
Karioplazma
Karioplazma to płynna część jądra, w którym znajdują się struktury jądrowe, jest analogiem hialoplazmy w cytoplazmatycznej części komórki.
reprodukcja komórek
Jednym z najważniejszych zjawisk biologicznych, które odzwierciedla ogólne wzorce i jest niezbędnym warunkiem istnienia systemów biologicznych przez wystarczająco długi okres czasu, jest reprodukcja (reprodukcja) ich składu komórkowego. Reprodukcja komórek, zgodnie z teorią komórki, odbywa się poprzez podzielenie oryginału. Ta pozycja jest jedną z głównych w teorii komórki.
Jądro (jądro) komórki
PODSTAWOWE FUNKCJE
Chromatyna -
Chromosomy
który zawiera:
- białka histonowe
– małe ilości RNA;
matryca jądrowa
Składa się z 3 elementów:
układanie koperty jądrowej.
Czym jest jądro - czy w biologii: właściwości i funkcje
Sieć wewnątrzjądrowa (szkielet).
3. Jąderko „szczątkowe”.
Składa się ona z:
- zewnętrzna błona jądrowa;
Nukleoplazma (karioplazma)- płynny składnik jądra, w którym znajduje się chromatyna i jąderka. Zawiera wodę i numer
jąderko
Data publikacji: 2015-02-03; Przeczytaj: 1053 | Naruszenie praw autorskich do strony
Jądro (jądro) komórki- system genetycznej determinacji i regulacji syntezy białek.
PODSTAWOWE FUNKCJE
● przechowywanie i przechowywanie informacji dziedzicznych
● wdrożenie informacji dziedzicznej
Jądro składa się z chromatyny, jąderka, karioplazmy (nukleoplazmy) i otoczki jądrowej, która oddziela ją od cytoplazmy.
Chromatyna - są to strefy gęstej materii w jądrze, które
Rosho dostrzega różne barwniki, zwłaszcza te podstawowe.
W niedzielących się komórkach chromatyna występuje w postaci grudek i granulek, co jest międzyfazową formą istnienia chromosomów.
Chromosomy- fibryle chromatyny, które są złożonymi kompleksami dezoksyrybonukleoprotein (DNP), w składzie
który zawiera:
- białka histonowe
- białka niehistonowe - stanowią 20%, są to enzymy, pełnią funkcje strukturalne i regulacyjne;
– małe ilości RNA;
- niewielkie ilości lipidów, polisacharydów, jonów metali.
matryca jądrowa– jest ramowym systemem wewnątrzjądrowym
mój, jednoczący szkielet dla chromatyny, jąderka, otoczki jądrowej. Ta strukturalna sieć jest podstawą, która określa morfologię i metabolizm jądra.
Składa się z 3 elementów:
1. Lamina (A, B, C) - obwodowa warstwa włóknista, pod-
układanie koperty jądrowej.
2. Sieć wewnątrzjądrowa (szkielet).
3. Jąderko „szczątkowe”.
Koperta jądrowa (kariolemma) to błona, która oddziela zawartość jądra od cytoplazmy komórki.
Składa się ona z:
- zewnętrzna błona jądrowa;
- wewnętrzna błona jądrowa, pomiędzy którymi znajduje się przestrzeń okołojądrowa;
- podwójna membrana jądrowa ma kompleks porów.
Nukleoplazma (karioplazma)- płynny składnik jądra, w którym znajduje się chromatyna i jąderka.
Rdzeń. Składniki jądra
Zawiera wodę i numer
substancje w nim rozpuszczone i zawieszone: RNA, glikoproteiny,
jony, enzymy, metabolity.
jąderko- najgęstsza struktura jądra, utworzona przez wyspecjalizowane obszary - pętle chromosomów, zwane organizatorami jąderkowymi.
W jąderku znajdują się 3 składniki:
1. Składnik fibrylarny to pierwotne transkrypty rRNA.
2. Składnik ziarnisty jest nagromadzeniem pre-
podjednostki rybosomów.
3. Komponent amorficzny – obszary organizatora jąderkowego,
Data publikacji: 2015-02-03; Przeczytaj: 1052 | Naruszenie praw autorskich do strony
studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0,001 s) ...
Jądro jest głównym elementem regulacyjnym komórki. Jego struktura i funkcje.
Jądro jest istotną częścią komórek eukariotycznych. Jest to główny składnik regulacyjny komórki. Odpowiada za przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznych, kontroluje wszystkie procesy metaboliczne w komórce. . Nie organoid, ale składnik komórki.
Rdzeń składa się z:
1) otoczka jądrowa (błona jądrowa), przez którą następuje wymiana między jądrem komórkowym a cytoplazmą.
2) sok jądrowy lub karioplazma jest półpłynną, słabo wybarwioną masą osocza, która wypełnia wszystkie jądra komórki i zawiera pozostałe składniki jądra;
3) chromosomy widoczne w jądrze niedzielącym się tylko za pomocą specjalnych metod mikroskopowych. Nazywa się zestaw chromosomów w komórce aryotyp. Chromatyna na wybarwionych preparatach komórkowych to sieć cienkich pasm (włókien), małych granulek lub grudek.
4) jedno lub więcej ciał kulistych - jąderka, które są wyspecjalizowaną częścią jądra komórkowego i są związane z syntezą kwasu rybonukleinowego i białek.
dwa stany jądra:
1. jądro międzyfazowe - ma jądra. osłona - kariolemma.
2. jądro podczas podziałów komórkowych. tylko chromatyna jest obecna w innym stanie.
Jąderko obejmuje dwie strefy:
1. cząsteczki białka wewnętrznego fibrylarnego i pre-RNA
2. zewnętrzne - ziarniste - tworzą podjednostki rybosomów.
Otoczka jądrowa składa się z dwóch błon oddzielonych przestrzenią okołojądrową. Oba są przesiąknięte licznymi porami, dzięki czemu możliwa jest wymiana substancji między jądrem a cytoplazmą.
Głównymi składnikami jądra są chromosomy, utworzone z cząsteczki DNA i różnych białek. W mikroskopie świetlnym są wyraźnie rozróżnialne dopiero w okresie podziału komórki (mitoza, mejoza). W niedzielącej się komórce chromosomy wyglądają jak długie cienkie nitki rozmieszczone w całej objętości jądra.
Główne funkcje jądra komórkowego to:
- przechowywanie danych;
- przeniesienie informacji do cytoplazmy za pomocą transkrypcji, tj. syntezy i-RNA niosącego informację;
- przekazywanie informacji do komórek potomnych podczas replikacji - podział komórek i jąder.
- reguluje procesy biochemiczne, fizjologiczne i morfologiczne w komórce.
odbywa się w jądrze replikacja- duplikacja cząsteczek DNA, a także transkrypcja- synteza cząsteczek RNA na szablonie DNA. W jądrze zsyntetyzowane cząsteczki RNA ulegają pewnym modyfikacjom (na przykład podczas splatanie nieistotne, pozbawione znaczenia regiony są wykluczone z cząsteczek informacyjnego RNA), po czym wchodzą do cytoplazmy . Zespół rybosomów występuje również w jądrze, w specjalnych formacjach zwanych jąderkami. Komora na jądro - karioteka - powstaje poprzez rozszerzanie i łączenie ze sobą zbiorników retikulum endoplazmatycznego w taki sposób, że jądro ma podwójne ściany ze względu na wąskie przedziały otaczającej je błony jądrowej. Nazywa się wnęka koperty jądrowej lumen lub przestrzeń okołojądrowa. Wewnętrzna powierzchnia otoczki jądrowej jest podszyta jądrową blaszka- sztywną strukturę białkową utworzoną przez białka laminy, do których przyłączone są nici chromosomalnego DNA. W niektórych miejscach błony wewnętrzne i zewnętrzne otoczki jądrowej łączą się i tworzą tak zwane pory jądrowe, przez które zachodzi wymiana materiału między jądrem a cytoplazmą.
12. Organelle dwubłonowe (mitochondria, plastydy). Ich budowa i funkcje.
Mitochondria - są to struktury zaokrąglone lub w kształcie pręta, często rozgałęzione, o grubości 0,5 µm i zwykle do 5-10 µm długości.
Powłoka mitochondriów składa się z dwóch błon różniących się składem chemicznym, zestawem enzymów i funkcjami. Wewnętrzna membrana tworzy wgłębienia o kształcie liścia (cristae) lub rurkowatego (kanaliki). Przestrzeń ograniczona błoną wewnętrzną to matryca
organelle. Za pomocą mikroskopu elektronowego wykrywa się w nim ziarna o średnicy 20-40 nm. Gromadzą jony wapnia i magnezu, a także polisacharydy, takie jak glikogen.
Matryca zawiera własny aparat do biosyntezy białek organelli. Jest reprezentowany przez 2-6 kopii kołowej i wolnej od histonów (jak u prokariotów) cząsteczki DNA, rybosomy, zestaw transportowego RNA (tRNA), enzymy do replikacji DNA, transkrypcji i translacji informacji dziedzicznej. Główna funkcja mitochondria polegają na enzymatycznym pozyskiwaniu energii z pewnych substancji chemicznych (poprzez ich utlenianie) oraz akumulacji energii w postaci biologicznie użytecznej (poprzez syntezę cząsteczek adenozynotrójfosforanu -ATP). Ogólnie proces ten nazywa się fosforylacja oksydacyjna.
Wśród funkcji ubocznych mitochondriów można wymienić udział w syntezie hormonów steroidowych oraz niektórych aminokwasów (glutaminy).
plastydy - są to pół-autonomiczne (mogą istnieć względnie autonomicznie z jądrowego DNA komórki) dwubłonowe organelle charakterystyczne dla fotosyntetycznych organizmów eukariotycznych. Istnieją trzy główne rodzaje plastydów: chloroplasty, chromoplasty i leukoplasty.Całość plastydów w komórce nazywa sięplastydoma . Każdy z tych typów, pod pewnymi warunkami, może przechodzić jeden w drugi. Podobnie jak mitochondria, plastydy zawierają własne cząsteczki DNA. Dzięki temu są również w stanie rozmnażać się niezależnie od podziału komórki. Plastydy znajdują się tylko w komórkach roślinnych.
Chloroplasty. Długość chloroplastów waha się od 5 do 10 mikronów, średnica od 2 do 4 mikronów. Chloroplasty są połączone dwiema błonami. Zewnętrzna membrana jest gładka, wewnętrzna ma skomplikowaną, pofałdowaną strukturę. Najmniejsza fałda nazywa się t ilakoid. Grupa tylakoidów ułożonych jak stos monet nazywa się g rana. Granulki są połączone ze sobą spłaszczonymi kanałami - lamele. Błony tylakoidów zawierają fotosyntetyczne pigmenty i enzymy, które zapewniają syntezę ATP. Głównym pigmentem fotosyntetycznym jest chlorofil, który określa zielony kolor chloroplastów.
Wewnętrzna przestrzeń chloroplastów jest wypełniona stroma. Zrąb zawiera okrągłe nagie DNA, rybosomy, enzymy cyklu Calvina i ziarna skrobi. Wewnątrz każdego tylakoidu znajduje się zbiornik protonowy, akumulacja H +. Chloroplasty, podobnie jak mitochondria, są zdolne do autonomicznej reprodukcji, dzieląc się na dwie części. Chloroplasty roślin niższych nazywają się chromatofory.
leukoplasty. Zewnętrzna błona jest gładka, wewnętrzna tworzy małe tylakoidy. Zrąb zawiera kolisty „nagi” DNA, rybosomy, enzymy do syntezy i hydrolizy rezerwowych składników odżywczych. Nie ma pigmentów. Szczególnie wiele leukoplastów ma komórki podziemnych narządów rośliny (korzenie, bulwy, kłącza itp.). .). Amyloplasty- syntetyzować i przechowywać skrobię elaioplast- oleje , proteinoplasty- białka. W tym samym leukoplastach mogą gromadzić się różne substancje.
Chromoplasty. Błona zewnętrzna jest gładka, wewnętrzna lub również gładka lub tworzy pojedyncze tylakoidy. Zrąb zawiera koliste DNA i pigmenty. - karotenoidy, nadając chromoplastom kolor żółty, czerwony lub pomarańczowy. Forma akumulacji pigmentów jest inna: w postaci kryształów, rozpuszczonych w kroplach lipidowych itp. Chromoplasty są uważane za ostatni etap rozwoju plastydów.
Plastydy mogą się wzajemnie przekształcać: leukoplasty - chloroplasty - chromoplasty.
Organelle jednobłonowe (ER, aparat Golgiego, lizosomy). Ich budowa i funkcje.
rurowy oraz układ wakuolarny utworzone przez połączenie lub oddzielne wnęki rurowe lub spłaszczone (cysterny), ograniczone błonami i rozprzestrzeniające się w cytoplazmie komórki. W tym systemie istnieją surowy oraz gładka retikulum cytoplazmatyczne. Cechą struktury szorstkiej sieci jest przywiązanie polisomów do jej błon. Z tego powodu pełni funkcję syntezy pewnej kategorii białek, które są głównie usuwane z komórki, na przykład wydzielane przez komórki gruczołowe. W obszarze szorstkiej sieci powstają białka i lipidy błon cytoplazmatycznych, a także ich montaż. Gęsto upakowane w warstwową strukturę cysterny o szorstkiej sieci są miejscami najbardziej aktywnej syntezy białek i są nazywane ergastoplazma.
Błony gładkiej retikulum cytoplazmatycznego pozbawione są polisomów. Funkcjonalnie sieć ta związana jest z metabolizmem węglowodanów, tłuszczów i innych substancji niebiałkowych, takich jak hormony steroidowe (w gonadach, korze nadnerczy). Poprzez kanaliki i cysterny substancje przemieszczają się, w szczególności materiał wydzielany przez komórkę gruczołową, z miejsca syntezy do obszaru upakowania w granulki. W obszarach komórek wątroby bogatych w gładkie struktury sieciowe, szkodliwe substancje toksyczne i niektóre leki (barbiturany) są niszczone i unieszkodliwiane. W pęcherzykach i kanalikach gładkiej sieci mięśni poprzecznie prążkowanych gromadzą się (osadzają) jony wapnia, które odgrywają ważną rolę w procesie skurczu.
Kompleks Golgiego-to stos płaskich worków membranowych o nazwie cysterny. Zbiorniki są całkowicie odizolowane od siebie i nie są ze sobą połączone. Liczne kanaliki i pęcherzyki odchodzą od cystern wzdłuż krawędzi. Z EPS od czasu do czasu splecione są wakuole (pęcherzyki) ze zsyntetyzowanymi substancjami, które przenoszą się do kompleksu Golgiego i łączą się z nim. Substancje syntetyzowane w EPS stają się bardziej złożone i gromadzą się w kompleksie Golgiego. Funkcje kompleksu Golgiego :1- W zbiornikach kompleksu Golgiego dochodzi do dalszej przemiany chemicznej i komplikacji substancji, które dostały się do niego z EPS. Na przykład powstają substancje niezbędne do odnowienia błony komórkowej (glikoproteiny, glikolipidy), polisacharydy.
2- W kompleksie Golgiego dochodzi do nagromadzenia substancji i ich tymczasowego „przechowywania”
3- Utworzone substancje są „upakowane” w pęcherzyki (w wakuolach) iw tej postaci przemieszczają się przez komórkę.
4- W kompleksie Golgiego powstają lizosomy (kuliste organelle z enzymami degradującymi).
Lizosomy- małe kuliste organelle, których ściany tworzy pojedyncza błona; zawierają lityczne(rozszczepiające) enzymy. Początkowo lizosomy, splecione z kompleksu Golgiego, zawierają nieaktywne enzymy. W pewnych warunkach ich enzymy są aktywowane. Kiedy lizosom łączy się z wakuolą fagocytarną lub pinocytową, powstaje wakuola trawienna, w której różne substancje są trawione wewnątrzkomórkowo.
Funkcje lizosomów :1- Przeprowadzić rozszczepienie substancji wchłoniętych w wyniku fagocytozy i pinocytozy. Biopolimery są rozkładane na monomery, które dostają się do komórki i są wykorzystywane do jej potrzeb.
Jądro i jego składniki strukturalne
Na przykład mogą być używane do syntezy nowych substancji organicznych lub mogą być dalej rozkładane na energię.
2- Zniszcz stare, zniszczone, nadmiar organelli. Rozszczepianie organelli może również wystąpić podczas głodzenia się komórki.
Wakuole- kuliste organelle jednobłonowe, będące zbiornikami wody i rozpuszczonych w niej substancji. Wakuole obejmują: fagocytarne i pinocytowe wakuole, wakuole przewodu pokarmowego, pęcherzyki, splecione z EPS i kompleksu Golgiego. Wakuole komórek zwierzęcych są małe i liczne, ale ich objętość nie przekracza 5% całkowitej objętości komórek. Ich główna funkcja - transport substancji przez komórkę, realizacja relacji między organellami.
W komórce roślinnej wakuole stanowią do 90% objętości.
W dojrzałej komórce roślinnej jest tylko jedna wakuola, zajmuje ona centralną pozycję. Błona wakuoli komórki roślinnej to tonoplast, jej zawartość to sok komórkowy. Funkcje wakuoli w komórce roślinnej: utrzymywanie napięcia błony komórkowej, gromadzenie różnych substancji, w tym produktów przemiany materii komórki. Wakuole dostarczają wodę do fotosyntezy. Może zawierać:
- substancje zapasowe, które mogą być wykorzystane przez samą komórkę (kwasy organiczne, aminokwasy, cukry, białka). - substancje, które są wydalane z metabolizmu komórki i gromadzą się w wakuoli (fenole, garbniki, alkaloidy itp.) - fitohormony, fitoncydy,
- pigmenty (substancje barwiące), które nadają sokowi komórkowemu kolor fioletowy, czerwony, niebieski, fioletowy, a czasem żółty lub kremowy. To właśnie pigmenty soku komórkowego barwią płatki kwiatów, owoce, rośliny okopowe.
14. Organelle niebłonowe (mikrotubule, centrum komórkowe, rybosomy). Ich budowa i funkcje.Rybosom - niebłonowe organelle komórki, które przeprowadzają syntezę białek. Składa się z dwóch podjednostek - małej i dużej. Rybosom składa się z 3-4 cząsteczek rRNA, które tworzą jego szkielet, oraz kilkudziesięciu cząsteczek różnych białek. Rybosomy są syntetyzowane w jąderku. W komórce rybosomy mogą znajdować się na powierzchni ziarnistego ER lub w hialoplazmie komórki w postaci polisomów. Polisom - jest to kompleks i-RNA i kilka rybosomów, które odczytują z niego informacje. Funkcjonować rybosom- biosynteza białek. Jeżeli rybosomy znajdują się na ER, to syntetyzowane przez nie białka są wykorzystywane na potrzeby całego organizmu, rybosomy hialoplazmatyczne syntetyzują białka na potrzeby samej komórki. Rybosomy komórek prokariotycznych są mniejsze niż u eukariontów. Te same małe rybosomy znajdują się w mitochondriach i plastydach.
mikrotubule - puste cylindryczne struktury komórki, składające się z nieredukowalnej tubuliny białkowej. Mikrotubule nie są zdolne do skurczu. Ścianki mikrotubuli tworzą 13 nici tubuliny białkowej. Mikrotubule znajdują się w grubości hialoplazmy komórek.
rzęski i wici - organelle ruchu. Główna funkcja - ruch komórek lub ruch wzdłuż komórek płynu lub otaczających je cząstek. W organizmie wielokomórkowym rzęski są charakterystyczne dla nabłonka dróg oddechowych, jajowody i wici są charakterystyczne dla plemników. Rzęsy i wici różnią się tylko wielkością - wici są dłuższe. Oparte są na mikrotubulach ułożonych w układzie 9(2) + 2. Oznacza to, że 9 podwójnych mikrotubul (dubletów) tworzy ścianę cylindra, w środku którego znajdują się 2 pojedyncze mikrotubule. Cilia i wici są podtrzymywane przez trzony podstawne. Korpus podstawny ma kształt cylindryczny, utworzony z 9 trojaczków (trojaczków) mikrotubul, w środku korpusu podstawnego nie ma mikrotubul.
Cl mi dokładne centrum — centrum mitotyczne, stała struktura w prawie wszystkich komórkach zwierzęcych i niektórych roślinnych, określa bieguny dzielącej się komórki (patrz Mitoza) . Środek komórki zwykle składa się z dwóch centrioli - gęstych granulek o wielkości 0,2-0,8 mikron, umieszczone pod kątem prostym do siebie. Podczas tworzenia aparatu mitotycznego centriole rozchodzą się w kierunku biegunów komórki, określając orientację wrzeciona podziału komórki. Dlatego bardziej poprawne jest K. c. połączenie centrum mitotyczne, odzwierciedlając przez to jego znaczenie funkcjonalne, zwłaszcza że tylko w niektórych komórkach K. c. położony w jego centrum. W toku rozwoju organizmu zmieniają się wraz z położeniem K.c. w komórkach, taki jest jego kształt. Kiedy komórka się dzieli, każda z komórek potomnych otrzymuje parę centrioli. Proces ich duplikacji następuje częściej pod koniec poprzedniego podziału komórki. Pojawienie się szeregu patologicznych form podziału komórek wiąże się z nieprawidłowym podziałem To.
Na długo przed pojawieniem się wiarygodnych danych o wewnętrznej strukturze wszystkich rzeczy greccy myśliciele wyobrażali sobie materię w postaci najmniejszych ognistych cząstek, które były w ciągłym ruchu. Zapewne ta wizja światowego porządku rzeczy została wyprowadzona z czysto logicznych wniosków. Mimo pewnej naiwności i absolutnego braku dowodów na to stwierdzenie, okazało się to prawdą. Chociaż naukowcy byli w stanie potwierdzić śmiałe przypuszczenie dopiero dwadzieścia trzy wieki później.
Struktura atomów
Pod koniec XIX wieku zbadano właściwości rury wyładowczej, przez którą przepływał prąd. Obserwacje wykazały, że emitowane są dwa strumienie cząstek:
Ujemne cząstki promieni katodowych nazwano elektronami. Następnie w wielu procesach znaleziono cząstki o tym samym stosunku ładunku do masy. Elektrony wydawały się być uniwersalnymi składnikami różnych atomów, dość łatwo oddzielonych bombardowaniem jonów i atomów.
Cząstki o ładunku dodatnim były reprezentowane przez fragmenty atomów po utracie jednego lub więcej elektronów. W rzeczywistości promienie dodatnie były grupami atomów pozbawionych cząstek ujemnych, a zatem mających ładunek dodatni.
Model Thompsona
Na podstawie eksperymentów stwierdzono, że cząstki dodatnie i ujemne reprezentują istotę atomu, są jego składnikami. Swoją teorię przedstawił angielski naukowiec J. Thomson. Jego zdaniem budowa atomu i jądra atomowego była rodzajem masy, w której ładunki ujemne zostały ściśnięte w dodatnio naładowaną kulkę, jak rodzynki w babeczce. Kompensacja ładunku spowodowała, że ciasto stało się elektrycznie obojętne.
Model Rutherforda
Młody amerykański naukowiec Rutherford, analizując ślady pozostawione po cząstkach alfa, doszedł do wniosku, że model Thompsona jest niedoskonały. Niektóre cząstki alfa były odchylane pod małymi kątami - 5-10 o . W rzadkich przypadkach cząstki alfa były odchylane pod dużymi kątami 60-80 o , aw wyjątkowych przypadkach kąty były bardzo duże - 120-150 o . Model atomu Thompsona nie mógł wyjaśnić takiej różnicy.
Rutherford proponuje nowy model wyjaśniający budowę atomu i jądra atomowego. Fizyka procesów mówi, że atom musi być w 99% pusty, z maleńkim jądrem i krążącymi wokół niego elektronami, które poruszają się po orbitach.
Wyjaśnia odchylenia podczas zderzeń tym, że cząsteczki atomu mają własne ładunki elektryczne. Pod wpływem bombardowania naładowanych cząstek pierwiastki atomowe zachowują się jak zwykłe naładowane ciała w makrokosmosie: cząstki o tych samych ładunkach odpychają się, a o przeciwnych ładunkach przyciągają.
Stan atomów
Na początku ubiegłego wieku, kiedy uruchomiono pierwsze akceleratory cząstek, wszystkie teorie wyjaśniające budowę jądra atomowego i samego atomu czekały na weryfikację eksperymentalną. Do tego czasu interakcje promieni alfa i beta z atomami zostały już dokładnie zbadane. Do 1917 wierzono, że atomy są stabilne lub radioaktywne. Atomów stabilnych nie można rozszczepić, nie można kontrolować rozpadu jąder promieniotwórczych. Ale Rutherford zdołał obalić tę opinię.
Pierwszy proton
W 1911 r. E. Rutherford wysunął ideę, że wszystkie jądra składają się z tych samych pierwiastków, których podstawą jest atom wodoru. Ten pomysł naukowca został podsunięty ważnym wnioskiem z wcześniejszych badań struktury materii: masy wszystkich pierwiastków chemicznych są podzielone bez śladu przez masę wodoru. Nowe założenie otworzyło niespotykane dotąd możliwości, pozwalając na nowe spojrzenie na budowę jądra atomowego. Reakcje jądrowe musiały potwierdzić lub obalić nową hipotezę.
Eksperymenty przeprowadzono w 1919 roku z atomami azotu. Bombardując je cząsteczkami alfa Rutherford osiągnął niesamowity rezultat.
Atom N wchłonął cząstkę alfa, a następnie zamienił się w atom tlenu O 17 i wyemitował jądro wodoru. Była to pierwsza sztuczna transformacja atomu jednego pierwiastka w drugi. Takie doświadczenie dało nadzieję, że struktura jądra atomowego, fizyka istniejących procesów umożliwiają przeprowadzenie innych przemian jądrowych.
Naukowiec w swoich eksperymentach zastosował metodę scyntylacji - błysków. Z częstotliwości rozbłysków wyciągnął wnioski dotyczące składu i budowy jądra atomowego, charakterystyki powstających cząstek, ich masy atomowej i numeru seryjnego. Nieznana cząstka została nazwana przez Rutherforda protonem. Miał wszystkie cechy atomu wodoru pozbawionego pojedynczego elektronu - pojedynczy ładunek dodatni i odpowiadającą mu masę. W ten sposób udowodniono, że proton i jądro wodoru to te same cząstki.
W 1930 roku, kiedy zbudowano i uruchomiono pierwsze duże akceleratory, przetestowano i udowodniono model atomu Rutherforda: każdy atom wodoru składa się z pojedynczego elektronu, którego położenia nie można określić, oraz luźnego atomu z samotnym dodatnim protonem w środku. . Ponieważ protony, elektrony i cząstki alfa mogą wylecieć z atomu podczas bombardowania, naukowcy sądzili, że są one składnikami jądra każdego atomu. Ale taki model atomu jądra wydawał się niestabilny - elektrony były zbyt duże, aby zmieścić się w jądrze, dodatkowo pojawiły się poważne trudności związane z naruszeniem prawa pędu i zachowania energii. Te dwie ustawy, podobnie jak surowi księgowi, mówiły, że pęd i masa podczas bombardowania znikają w nieznanym kierunku. Ponieważ te prawa były ogólnie akceptowane, konieczne było znalezienie wyjaśnień takiego wycieku.
Neutrony
Naukowcy z całego świata przeprowadzili eksperymenty mające na celu odkrycie nowych składników jąder atomów. W latach 30. niemieccy fizycy Becker i Bothe bombardowali atomy berylu cząstkami alfa. W tym przypadku zarejestrowano nieznane promieniowanie, które postanowiono nazwać promieniami G. Szczegółowe badania ujawniły pewne cechy nowych wiązek: mogły rozchodzić się ściśle po linii prostej, nie oddziaływały z polami elektrycznymi i magnetycznymi oraz miały dużą moc penetracji. Później cząstki, które tworzą ten rodzaj promieniowania, zostały znalezione w interakcji cząstek alfa z innymi pierwiastkami - borem, chromem i innymi.
Hipoteza Chadwicka
Następnie James Chadwick, kolega i uczeń Rutherforda, przedstawił krótki raport w magazynie Nature, który później stał się dobrze znany. Chadwick zwrócił uwagę na fakt, że sprzeczności w prawach zachowania można łatwo rozwiązać, jeśli założymy, że nowe promieniowanie jest strumieniem cząstek obojętnych, z których każda ma masę w przybliżeniu równą masie protonu. Biorąc pod uwagę to założenie, fizycy znacząco uzupełnili hipotezę wyjaśniającą budowę jądra atomowego. Krótko mówiąc, istota dodatków została zredukowana do nowej cząstki i jej roli w strukturze atomu.
Właściwości neutronu
Odkrytej cząstce nadano nazwę „neutron”. Nowo odkryte cząstki nie tworzyły wokół siebie pól elektromagnetycznych i łatwo przechodziły przez materię, nie tracąc energii. W rzadkich zderzeniach z lekkimi jądrami atomów neutron jest w stanie wybić jądro z atomu, tracąc znaczną część jego energii. Struktura jądra atomowego zakładała obecność w każdej substancji różnej liczby neutronów. Atomy o tym samym ładunku jądrowym, ale różnej liczbie neutronów nazywane są izotopami.
Neutrony doskonale zastępują cząstki alfa. Obecnie służą do badania budowy jądra atomowego. Krótko mówiąc, ich znaczenia dla nauki nie da się opisać, ale to dzięki bombardowaniu jąder atomowych przez neutrony fizycy byli w stanie uzyskać izotopy niemal wszystkich znanych pierwiastków.
Skład jądra atomu
Obecnie struktura jądra atomowego to zbiór protonów i neutronów utrzymywanych razem przez siły jądrowe. Na przykład jądro helu to bryła dwóch neutronów i dwóch protonów. Lekkie pierwiastki mają prawie równą liczbę protonów i neutronów, podczas gdy ciężkie pierwiastki mają znacznie większą liczbę neutronów.
Ten obraz struktury jądra potwierdzają eksperymenty z nowoczesnymi dużymi akceleratorami z szybkimi protonami. Elektryczne siły odpychania protonów są równoważone przez energiczne siły, które działają tylko w samym jądrze. Chociaż natura sił jądrowych nie jest jeszcze w pełni poznana, ich istnienie jest praktycznie udowodnione i w pełni wyjaśnia strukturę jądra atomowego.
Związek między masą a energią
W 1932 roku komora mgłowa wykonała niesamowite zdjęcie dowodzące istnienia dodatnio naładowanych cząstek o masie elektronu.
Wcześniej P. Dirac przewidywał teoretycznie dodatnie elektrony. W promieniowaniu kosmicznym odkryto również prawdziwy dodatni elektron. Nową cząstkę nazwano pozytonem. Zderzając się ze swoim bliźniakiem - elektronem, dochodzi do anihilacji - wzajemnej anihilacji dwóch cząstek. To uwalnia pewną ilość energii.
Tak więc teoria opracowana dla makrokosmosu była w pełni odpowiednia do opisu zachowania najmniejszych elementów materii.
Cechą skażenia radioaktywnego, w przeciwieństwie do skażenia innymi zanieczyszczeniami, jest to, że to nie sam radionuklid (zanieczyszczenie) ma szkodliwy wpływ na ludzi i obiekty środowiskowe, ale promieniowanie, którego jest źródłem.
Zdarzają się jednak przypadki, gdy radionuklid jest pierwiastkiem toksycznym. Na przykład po wypadku w elektrowni jądrowej w Czarnobylu pluton 239, 242 Pu został uwolniony do środowiska wraz z cząsteczkami paliwa jądrowego. Oprócz tego, że pluton jest emiterem alfa i stanowi poważne zagrożenie, gdy dostanie się do organizmu, sam pluton jest pierwiastkiem toksycznym.
Z tego powodu stosuje się dwie grupy wskaźników ilościowych: 1) do oceny zawartości radionuklidów oraz 2) do oceny wpływu promieniowania na obiekt.
Czynność- ilościowy pomiar zawartości radionuklidów w analizowanym obiekcie. Aktywność zależy od liczby rozpadów promieniotwórczych atomów w jednostce czasu. Jednostką aktywności SI jest Becquerel (Bq) równy jednemu rozpadowi na sekundę (1Bq = 1 rozpad/s). Czasami używana jest jednostka miary aktywności poza systemem - Curie (Ci); 1Ci = 3,7 × 1010 Bq.
Dawka promieniowania jest ilościową miarą oddziaływania promieniowania na obiekt.
Z uwagi na to, że oddziaływanie promieniowania na obiekt można oceniać na różnych poziomach: fizycznym, chemicznym, biologicznym; na poziomie poszczególnych cząsteczek, komórek, tkanek lub organizmów itp. stosuje się kilka rodzajów dawek: pochłonięty, skuteczny ekwiwalent, ekspozycja.
Aby ocenić zmianę dawki promieniowania w czasie, stosuje się wskaźnik „moc dawki”. Dawka to stosunek dawki do czasu. Na przykład moc dawki ekspozycji zewnętrznej z naturalnych źródeł promieniowania w Rosji wynosi 4-20 μR/h.
Główny standard dla ludzi - główny limit dawki (1 mSv / rok) - jest wprowadzany w jednostkach skutecznej dawki równoważnej. Istnieją normy w jednostkach działalności, poziomach zanieczyszczenia gruntu, VDU, GWP, SanPiN itp.
Struktura jądra atomowego.
Atom to najmniejsza cząsteczka pierwiastka chemicznego, która zachowuje wszystkie swoje właściwości. W swojej strukturze atom jest złożonym układem składającym się z dodatnio naładowanego jądra o bardzo małych rozmiarach (10 -13 cm) znajdującego się w centrum atomu i ujemnie naładowanych elektronów obracających się wokół jądra po różnych orbitach. Ujemny ładunek elektronów jest równy dodatniemu ładunkowi jądra, podczas gdy ogólnie okazuje się, że jest elektrycznie obojętny.
Jądra atomowe składają się z nukleony - protony jądrowe ( Z- liczba protonów) i neutronów jądrowych (N to liczba neutronów). Protony i neutrony „jądrowe” różnią się od cząstek w stanie swobodnym. Na przykład wolny neutron, w przeciwieństwie do związanego w jądrze, jest niestabilny i zamienia się w proton i elektron.
Liczba nukleonów Am (liczba masowa) jest sumą liczby protonów i neutronów: Am = Z + N.
Proton - elementarna cząstka dowolnego atomu ma ładunek dodatni równy ładunkowi elektronu. Liczba elektronów w powłoce atomu zależy od liczby protonów w jądrze.
Neutron - inny rodzaj cząstek jądrowych wszystkich pierwiastków. Nie ma go tylko w jądrze lekkiego wodoru, który składa się z jednego protonu. Nie ma ładunku i jest elektrycznie obojętny. W jądrze atomowym neutrony są stabilne, podczas gdy w stanie wolnym są niestabilne. Liczba neutronów w jądrach atomów tego samego pierwiastka może się zmieniać, więc liczba neutronów w jądrze nie charakteryzuje pierwiastka.
Nukleony (protony + neutrony) są utrzymywane wewnątrz jądra atomowego przez jądrowe siły przyciągania. Siły jądrowe są 100 razy silniejsze niż siły elektromagnetyczne i dlatego utrzymują podobnie naładowane protony wewnątrz jądra. Siły jądrowe przejawiają się tylko w bardzo małych odległościach (10 -13 cm), stanowią potencjalną energię wiązania jądra, która częściowo uwalniana podczas niektórych przemian przechodzi w energię kinetyczną.
W przypadku atomów różniących się składem jądra stosuje się nazwę „nuklidy”, a dla atomów promieniotwórczych - „radionuklidy”.
Nuklidy nazywamy atomy lub jądra o określonej liczbie nukleonów i danym ładunku jądra (oznaczenie nuklidu A X).
Nuklidy o tej samej liczbie nukleonów (Am = const) nazywamy izobary. Na przykład nuklidy 96 Sr, 96 Y, 96 Zr należą do szeregu izobar o liczbie nukleonów Am = 96.
Nuklidy o tej samej liczbie protonów (Z= const) są nazywane izotopy. Różnią się tylko liczbą neutronów, dlatego należą do tego samego pierwiastka: 234 U , 235 jedn., 236 jedn , 238 U .
izotopy- nuklidy o tej samej liczbie neutronów (N = Am -Z = const). Nuklidy: 36 S, 37 Cl, 38 Ar, 39 K, 40 Ca należą do szeregu izotopów z 20 neutronami.
Izotopy są zwykle oznaczane jako Z X M, gdzie X jest symbolem pierwiastka chemicznego; M to liczba masowa równa sumie liczby protonów i neutronów w jądrze; Z to liczba atomowa lub ładunek jądra, równy liczbie protonów w jądrze. Ponieważ każdy pierwiastek chemiczny ma swoją stałą liczbę atomową, zwykle pomija się go i ogranicza się do zapisania tylko liczby masowej, na przykład: 3 H, 14 C, 137 Cs, 90 Sr itd.
Atomy jądra, które mają te same liczby masowe, ale różne ładunki, a w konsekwencji różne właściwości, nazywane są „izobarami”, na przykład jeden z izotopów fosforu ma liczbę masową 32 - 15 Р 32, jeden z izotopów siarki ma taką samą liczbę masową - 16 S 32 .
Nuklidy mogą być stabilne (jeśli ich jądra są stabilne i nie ulegają rozkładowi) lub niestabilne (jeśli ich jądra są niestabilne i ulegają zmianom, które ostatecznie zwiększają stabilność jądra). Niestabilne jądra atomowe, które mogą samorzutnie się rozpadać, nazywane są radionuklidy. Zjawisko spontanicznego rozpadu jądra atomu, któremu towarzyszy emisja cząstek i (lub) promieniowania elektromagnetycznego, nazywa się radioaktywność.
W wyniku rozpadu promieniotwórczego może powstać zarówno stabilny, jak i promieniotwórczy izotop, który z kolei samorzutnie się rozpada. Takie łańcuchy pierwiastków promieniotwórczych połączone serią przemian jądrowych nazywa się rodziny radioaktywne.
Obecnie IUPAC (Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej) oficjalnie nazwała 109 pierwiastków chemicznych. Spośród nich tylko 81 ma stabilne izotopy, z których najcięższym jest bizmut. (Z= 83). Dla pozostałych 28 pierwiastków znane są tylko izotopy promieniotwórcze, z uranu (u~ 92) jest najcięższym pierwiastkiem występującym w przyrodzie. Największy z naturalnych nuklidów zawiera 238 nukleonów. Łącznie udowodniono obecnie istnienie około 1700 nuklidów tych 109 pierwiastków, przy czym liczba znanych izotopów poszczególnych pierwiastków waha się od 3 (dla wodoru) do 29 (dla platyny).
jądro atomowe jest centralną częścią atomu, złożoną z protonów i neutronów (zwanych łącznie nukleony).
Jądro zostało odkryte przez E. Rutherforda w 1911 roku podczas badania tego fragmentu α -cząstki przez materię. Okazało się, że prawie cała masa atomu (99,95%) jest skoncentrowana w jądrze. Rozmiar jądra atomowego jest rzędu 10–13–10–12 cm, czyli 10 000 razy mniejszy niż rozmiar powłoki elektronowej.
Planetarny model atomu zaproponowany przez E. Rutherforda i jego eksperymentalna obserwacja jąder wodoru wybita α -cząstki z jąder innych pierwiastków (1919-1920), doprowadziły naukowca do pomysłu proton. Termin proton został wprowadzony na początku lat 20. XX wieku.
Proton (z greckiego. protony- pierwsza postać P) jest stabilną cząstką elementarną, jądrem atomu wodoru.
Proton- cząstka naładowana dodatnio, której ładunek jest równy w wartości bezwzględnej ładunkowi elektronu mi\u003d 1,6 10 -19 Cl. Masa protonu jest 1836 razy większa od masy elektronu. Masa spoczynkowa protonu poseł= 1,6726231 10 -27 kg = 1.007276470 amu
Druga cząstka w jądrze to neutron.
Neutron (od łac. nijaki- ani jedno, ani drugie, symbol n) jest cząstką elementarną, która nie ma ładunku, tj. jest neutralna.
Masa neutronu jest 1839 razy większa od masy elektronu. Masa neutronu jest prawie równa (nieco większa) masie protonu: masa spoczynkowa wolnego neutronu m n= 1,6749286 10 -27 kg = 1,0008664902 amu i przekracza masę protonu o 2,5 mas elektronów. Neutron wraz z protonem pod wspólną nazwą nukleon jest częścią jądra atomowego.
Neutron został odkryty w 1932 roku przez D. Chadwiga, ucznia E. Rutherforda, podczas bombardowania berylu α -cząstki. Powstałe promieniowanie o dużej sile penetracji (pokonało przeszkodę wykonaną z płyty ołowianej o grubości 10–20 cm) zintensyfikowało swoje działanie przy przechodzeniu przez płytę parafinową (patrz rysunek). Oszacowanie energii tych cząstek z torów w komorze mgłowej dokonane przez Joliot-Curies oraz dodatkowe obserwacje pozwoliły wykluczyć wstępne założenie, że to γ -kwanty. Wielką penetrację nowych cząstek, zwanych neutronami, tłumaczyła ich neutralność elektryczna. W końcu naładowane cząstki aktywnie oddziałują z materią i szybko tracą energię. E. Rutherford przewidział istnienie neutronów na 10 lat przed eksperymentami D. Chadwiga. Na trafienie α -cząstki w jądrach berylu, zachodzi następująca reakcja:
Oto symbol neutronu; jego ładunek jest równy zero, a względna masa atomowa jest w przybliżeniu równa jeden. Neutron to niestabilna cząstka: wolny neutron w czasie ~15 min. rozpada się na proton, elektron i neutrino - cząsteczkę pozbawioną masy spoczynkowej.
Po odkryciu neutronu przez J. Chadwicka w 1932 r. D. Ivanenko i W. Heisenberg niezależnie zaproponowali protonowo-neutronowy (nukleonowy) model jądra. Zgodnie z tym modelem jądro składa się z protonów i neutronów. Liczba protonów Z pokrywa się z numerem seryjnym elementu w tabeli D. I. Mendelejewa.
Opłata podstawowa Q określona przez liczbę protonów Z, które są częścią jądra i są wielokrotnością wartości bezwzględnej ładunku elektronu mi:
Q = + Ze.
Numer Z nazywa numer ładunku jądrowego lub Liczba atomowa.
Liczba masowa jądra A nazwany całkowitą liczbą nukleonów, czyli zawartych w niej protonów i neutronów. Liczba neutronów w jądrze jest oznaczona literą n. Więc liczba masowa to:
A = Z + N.
Nukleonom (protonowi i neutronowi) przypisuje się liczbę masową równą jeden, a elektronowi wartość zerową.
Pomysł na skład jądra ułatwiło również odkrycie izotopy.
Izotopy (z greki. isos równe, takie same i topoa- miejsce) - są to odmiany atomów tego samego pierwiastka chemicznego, których jądra atomowe mają taką samą liczbę protonów ( Z) i inną liczbę neutronów ( n).
Jądra takich atomów nazywane są również izotopami. Izotopy są nuklidy jeden element. Nuklid (od łac. jądro- jądro) - dowolne jądro atomowe (odpowiednio atom) o podanych numerach Z oraz n. Ogólne oznaczenie nuklidów to ……. gdzie x- symbol pierwiastka chemicznego, A=Z+N- Liczba masowa.
Izotopy zajmują to samo miejsce w układzie okresowym pierwiastków, stąd ich nazwa. Z reguły izotopy różnią się znacznie właściwościami jądrowymi (na przykład zdolnością do wchodzenia w reakcje jądrowe). Właściwości chemiczne (i prawie równie fizyczne) izotopów są takie same. Wyjaśnia to fakt, że właściwości chemiczne pierwiastka są określone przez ładunek jądra, ponieważ to właśnie ten ładunek wpływa na strukturę powłoki elektronowej atomu.
Wyjątkiem są izotopy pierwiastków lekkich. Izotopy wodoru 1 h — prot, 2 h— deuter, 3 h — tryt różnią się one masą tak bardzo, że mają różne właściwości fizyczne i chemiczne. Deuter jest stabilny (tj. nie radioaktywny) i jest zawarty jako małe zanieczyszczenie (1:4500) w zwykłym wodorze. Deuter łączy się z tlenem, tworząc ciężką wodę. Wrze przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym w temperaturze 101,2°C i zamarza w temperaturze +3,8°C. Tryt β jest radioaktywny z okresem półtrwania około 12 lat.
Wszystkie pierwiastki chemiczne mają izotopy. Niektóre pierwiastki mają tylko niestabilne (radioaktywne) izotopy. W przypadku wszystkich pierwiastków izotopy promieniotwórcze zostały sztucznie uzyskane.
Izotopy uranu. Pierwiastek uran ma dwa izotopy - o liczbach masowych 235 i 238. Izotop ten jest tylko 1/140 bardziej powszechnych.
Badając skład materii, naukowcy doszli do wniosku, że cała materia składa się z cząsteczek i atomów. Przez długi czas atom (przetłumaczony z greckiego jako „niepodzielny”) był uważany za najmniejszą strukturalną jednostkę materii. Jednak dalsze badania wykazały, że atom ma złożoną strukturę i z kolei zawiera mniejsze cząstki.
Z czego zrobiony jest atom?
W 1911 roku naukowiec Rutherford zasugerował, że centralna część atomu ma ładunek dodatni. W ten sposób po raz pierwszy pojawiła się koncepcja jądra atomowego.
Zgodnie ze schematem Rutherforda, zwanym modelem planetarnym, atom składa się z jądra i cząstek elementarnych o ładunku ujemnym - elektronów poruszających się wokół jądra, tak jak planety krążą wokół Słońca.
W 1932 inny naukowiec, Chadwick, odkrył neutron, cząstkę pozbawioną ładunku elektrycznego.
Według współczesnych koncepcji jądro odpowiada modelowi planetarnemu zaproponowanemu przez Rutherforda. Jądro przenosi większość masy atomowej. Ma również ładunek dodatni. Jądro atomowe zawiera protony – dodatnio naładowane cząstki i neutrony – cząstki, które nie niosą ładunku. Protony i neutrony nazywane są nukleonami. Ujemnie naładowane cząstki - elektrony - krążą wokół jądra.
Liczba protonów w jądrze jest równa tym, które poruszają się po orbicie. Dlatego sam atom jest cząsteczką, która nie przenosi ładunku. Jeśli atom przechwytuje obce elektrony lub traci własne, staje się dodatni lub ujemny i nazywa się jonem.
Elektrony, protony i neutrony są zbiorczo określane jako cząstki subatomowe.
Ładunek jądra atomowego
Jądro ma numer ładunku Z. Jest on określany przez liczbę protonów tworzących jądro atomowe. Ustalenie tej kwoty jest proste: wystarczy odwołać się do układu okresowego Mendelejewa. Liczba atomowa pierwiastka, do którego należy atom, jest równa liczbie protonów w jądrze. Tak więc, jeśli pierwiastek chemiczny tlen odpowiada numerowi seryjnemu 8, to liczba protonów również będzie równa ośmiu. Ponieważ liczba protonów i elektronów w atomie jest taka sama, będzie też osiem elektronów.
Liczba neutronów nazywana jest liczbą izotopową i jest oznaczona literą N. Ich liczba może się różnić w atomie tego samego pierwiastka chemicznego.
Suma protonów i elektronów w jądrze nazywana jest liczbą masową atomu i jest oznaczona literą A. Tak więc wzór na obliczenie liczby masowej wygląda następująco: A \u003d Z + N.
izotopy
W przypadku, gdy pierwiastki mają równą liczbę protonów i elektronów, ale różną liczbę neutronów, nazywamy je izotopami pierwiastka chemicznego. Może być jeden lub więcej izotopów. Są one umieszczane w tej samej komórce układu okresowego.
Izotopy mają ogromne znaczenie w chemii i fizyce. Na przykład izotop wodoru - deuter - w połączeniu z tlenem daje zupełnie nową substancję, którą nazywamy ciężką wodą. Ma inną temperaturę wrzenia i zamarzania niż zwykle. A połączenie deuteru z innym izotopem wodoru - trytem prowadzi do reakcji fuzji termojądrowej i może być wykorzystane do wygenerowania ogromnej ilości energii.
Masa jądra i cząstek subatomowych
Rozmiar i masa atomów są w ludzkim umyśle znikome. Rozmiar jąder wynosi około 10 -12 cm Masa jądra atomowego jest mierzona w fizyce w tak zwanych jednostkach masy atomowej - amu.
O jedną w nocy weź jedną dwunastą masy atomu węgla. Używając zwykłych jednostek miary (kilogramy i gramy), masę można wyrazić równaniem: 1 w nocy. \u003d 1,660540 10 -24 g. Wyrażona w ten sposób nazywana jest bezwzględną masą atomową.
Pomimo tego, że jądro atomowe jest najmasywniejszym składnikiem atomu, jego wymiary w stosunku do otaczającej go chmury elektronowej są niezwykle małe.
siły nuklearne
Jądra atomowe są niezwykle stabilne. Oznacza to, że protony i neutrony są utrzymywane w jądrze przez pewne siły. Nie mogą to być siły elektromagnetyczne, ponieważ protony są podobnie naładowanymi cząstkami, a wiadomo, że cząstki o tym samym ładunku odpychają się nawzajem. Siły grawitacyjne są zbyt słabe, aby utrzymać razem nukleony. W konsekwencji cząstki są utrzymywane w jądrze przez inną interakcję - siły jądrowe.
Oddziaływanie jądrowe jest uważane za najsilniejsze ze wszystkich istniejących w przyrodzie. Dlatego ten rodzaj interakcji między elementami jądra atomowego nazywa się silnym. Jest obecny w wielu cząstkach elementarnych, a także w siłach elektromagnetycznych.
Cechy sił jądrowych
- Krótka akcja. Siły jądrowe, w przeciwieństwie do sił elektromagnetycznych, pojawiają się tylko na bardzo małych odległościach porównywalnych z rozmiarami jądra.
- Niezależność ładowania. Cecha ta przejawia się w fakcie, że siły jądrowe działają jednakowo na protony i neutrony.
- Nasycenie. Nukleony jądra oddziałują tylko z określoną liczbą innych nukleonów.
Energia wiązania rdzenia
Co innego jest ściśle związane z pojęciem oddziaływania silnego - energia wiązania jąder. Energia wiązania jądrowego to ilość energii potrzebna do rozszczepienia jądra atomowego na tworzące go nukleony. Jest równa energii potrzebnej do utworzenia jądra z pojedynczych cząstek.
Aby obliczyć energię wiązania jądra, konieczna jest znajomość masy cząstek subatomowych. Z obliczeń wynika, że masa jądra jest zawsze mniejsza niż suma tworzących go nukleonów. Defekt masy to różnica między masą jądra a sumą jego protonów i elektronów. Korzystając z relacji między masą a energią (E \u003d mc 2), możesz obliczyć energię generowaną podczas tworzenia jądra.
Siłę energii wiązania jądra można ocenić na następującym przykładzie: powstanie kilku gramów helu daje taką samą ilość energii, jak spalanie kilku ton węgla.
Reakcje jądrowe
Jądra atomów mogą wchodzić w interakcje z jądrami innych atomów. Takie interakcje nazywane są reakcjami jądrowymi. Reakcje są dwojakiego rodzaju.
- Reakcje rozszczepienia. Występują, gdy cięższe jądra rozpadają się na lżejsze w wyniku interakcji.
- Reakcje syntezy. Proces ten jest odwrotnością rozszczepienia: jądra zderzają się, tworząc w ten sposób cięższe pierwiastki.
Wszystkim reakcjom jądrowym towarzyszy uwolnienie energii, która jest następnie wykorzystywana w przemyśle, wojsku, energetyce i tak dalej.
Po zapoznaniu się ze składem jądra atomowego możemy wyciągnąć następujące wnioski.
- Atom składa się z jądra zawierającego protony i neutrony oraz elektrony wokół niego.
- Liczba masowa atomu jest równa sumie nukleonów jego jądra.
- Nukleony są utrzymywane razem przez potężną siłę.
- Ogromne siły, które zapewniają stabilność jądra atomowego, nazywane są energiami wiązania jądra.
