Nucleul atomic. Enciclopedie şcolară Componentă a nucleului atomic

Cromatina

1) heterocromatină;

2) eucromatina.

Heterocromatina

Structural

Opțional

Eucromatina

a) proteine ​​histone;

b) proteine ​​non-histone.

Eu Proteine ​​histonice (histonele

Eu Proteine ​​non-histone

Nucleol

Mărimea E - 1-5 microni.

ЁForma - sferică.

Componentă granulară

Fibrilar

Carcasă nucleară

1. Membrana nucleară externă (m. Nuclearis externa),

Membrana nucleara interioara

Funcții:

Carioplasma

Reproducerea celulară

Aparat nuclear

Nucleul este prezent în toate celulele eucariote, cu excepția eritrocitelor mature și a tuburilor sită de plante. Celulele au de obicei un singur nucleu, dar uneori se găsesc celule multinucleate.

Nucleul este sferic sau oval.

În unele celule se găsesc nuclei segmentați. Dimensiunile nucleelor ​​sunt de la 3 la 10 microni în diametru. Nucleul este esențial pentru viața celulei. Reglează activitatea celulei. Nucleul stochează informații ereditare conținute în ADN. Această informație, datorită nucleului, este transmisă celulelor fiice în timpul diviziunii celulare. Nucleul determină specificitatea proteinelor sintetizate în celulă. Nucleul conține multe proteine ​​necesare funcțiilor sale. ARN-ul este sintetizat în nucleu.

Nucleul celular este format din membrana, suc nuclear, unul sau mai mulți nucleoli și cromatina.

Rol funcțional plic nuclear este izolarea materialului genetic (cromozomi) celule eucariote din citoplasmă cu numeroasele sale reacții metabolice inerente, precum și reglarea interacțiunilor bilaterale dintre nucleu și citoplasmă. Învelișul nuclear este format din două membrane - externă și internă, între care se află spațiu perinuclear (perinuclear).... Acesta din urmă poate comunica cu tubii reticulului citoplasmatic. Membrana exterioaraînvelișul nuclear este în contact direct cu citoplasma celulei, are o serie de caracteristici structurale care îi permit să fie atribuit sistemului EPR membranar adecvat. Pe ea se află un număr mare de ribozomi, precum și pe membranele ergastoplasmei. Membrana interioară a învelișului nuclear nu are ribozomi pe suprafața sa, dar este înrudită structural cu lamina nucleară- stratul periferic fibros al matricei proteice nucleare.

Învelișul nuclear conține porii nucleari 80-90 nm în diametru, care se formează datorită numeroaselor zone de fuziune a două membrane nucleare și reprezintă, parcă, rotunde, prin perforații ale întregului înveliș nuclear. Porii joacă un rol important în transportul substanțelor în și din citoplasmă. Complexul de pori nucleari (NPK) cu un diametru de aproximativ 120 nm are o structură specifică (constă din mai mult de 1000 de proteine ​​- nucleoporine, a cărui masă este de 30 de ori mai mare decât ribozomul), ceea ce indică un mecanism complex de reglare a mișcărilor nuclear-citoplasmatice ale substanțelor și structurilor. În procesul de transport nuclear-citoplasmatic, porii nucleari funcționează ca un fel de sită moleculară, trecând pasiv particule de o anumită dimensiune, de-a lungul unui gradient de concentrație (ioni, carbohidrați, nucleotide, ATP, hormoni, proteine ​​de până la 60 kDa). Porii nu sunt formațiuni permanente. Numărul de pori crește în perioada de cea mai mare activitate nucleară. Numărul de pori depinde de starea funcțională a celulei. Cu cât activitatea sintetică în celulă este mai mare, cu atât numărul acestora este mai mare. Se estimează că la vertebratele inferioare din eritroblaste, unde hemoglobina se formează și se acumulează intens, există aproximativ 30 de pori pe 1 μm2 din învelișul nuclear. În eritrocitele mature ale animalelor menționate mai sus, care își păstrează nucleul, rămân până la cinci pori la 1 μg de membrană, adică. de 6 ori mai putin.

În zona primului complex, așa-numitul placă densă - stratul proteic care stă la baza întregii membrane interioare a învelișului nuclear. Această structură îndeplinește în primul rând o funcție de susținere, deoarece, în prezența sa, forma nucleului este păstrată chiar dacă ambele membrane ale învelișului nuclear sunt distruse. De asemenea, se presupune că legătura regulată cu substanța plăcii dense contribuie la aranjarea ordonată a cromozomilor în nucleul de interfaza.

Sucul nuclear (carioplasmă sau matrice)- continutul interior al nucleului este o solutie de proteine, nucleotide, ioni, mai vascos decat hialoplasma. Contine si proteine ​​fibrilare. Carioplasma conține nucleoli și cromatina. Seva nucleară formează mediul intern al nucleului și, prin urmare, joacă un rol important în asigurarea funcționării normale a materialului genetic. Compoziția sucului nuclear conține filamentos, sau fibrilare, proteine, cu care este asociată îndeplinirea funcției de susținere: matricea conține și produsele primare de transcriere a informațiilor genetice - ARN heteronuclear (ARNhn), care sunt și ele procesate aici, transformându-se în ARNm.

Nucleol- o componentă obligatorie a nucleului, întâlnită în nucleele interfazate și sunt corpuri mici, de formă sferică. Nucleolii sunt mai densi decât nucleul. În nucleoli are loc sinteza ARNr, alte tipuri de ARN și formarea subunităților ribozom... Apariția nucleolilor este asociată cu anumite zone de cromozomi, numite organizatori nucleolari. Numărul de nucleoli este determinat de numărul de organizatori nucleolari. Ele conțin gene ARNr. Genele RARN ocupă anumite zone (în funcție de tipul de animal) ale unuia sau mai multor cromozomi (la om, 13-15 și 21-22 de perechi) - organizatori nucleolari, în zona căreia se formează nucleoli. Astfel de regiuni din cromozomii metafazici arată ca îngustări și sunt numite constricții secundare. Folosind un microscop electronic, componentele filamentoase și granulare sunt detectate în nucleol. Componenta filamentoasă (fibrilară) este reprezentată de complexe de proteine ​​și molecule precursoare gigantice de ARN, din care se formează apoi molecule mai mici de ARNr matur. În timpul maturării, fibrilele sunt transformate în boabe de ribonucleoproteine ​​(granule), care reprezintă componenta granulară.

Structuri cromatinei sub formă de bulgări,împrăștiate în nucleoplasmă sunt o formă de existență interfazică cromozomii celule.

Ribozom - este o particulă de ribonucleoproteină rotunjită cu un diametru de 20-30 nm. Ribozomii sunt clasificați ca organele celulare non-membranare. Pe ribozomi, reziduurile de aminoacizi sunt combinate în lanțuri polipeptidice (sinteza proteinelor). Ribozomii sunt foarte mici și numeroși.

Este alcătuit din subunități mici și mari, a căror combinație are loc în prezența ARN-ului mesager (mesager) (ARNm). Subunitatea mică include molecule de proteine ​​și o moleculă de ARN ribozomal (ARNr), a doua conține proteine ​​și trei molecule de ARNr. Proteinele și ARNr-ul în greutate în cantități egale sunt implicate în formarea ribozomilor. ARNr este sintetizat în nucleol.

O moleculă de ARNm combină de obicei mai mulți ribozomi ca un șir de margele. Această structură se numește polizom. Polizomii sunt localizați liber în substanța principală a citoplasmei sau sunt atașați de membranele reticulului citoplasmatic aspru. În ambele cazuri, ele servesc ca locuri pentru sinteza proteinelor active. Compararea raportului dintre numărul de polizomi liberi și atașați de membrană în celulele embrionare nediferențiate și tumorale, pe de o parte, și în celulele specializate ale unui organism adult, pe de altă parte, a condus la concluzia că proteinele pentru propriile nevoi ( pentru uz „casnic”) se formează pe polizomii hialoplasmei acestei celule, în timp ce proteinele sunt sintetizate pe polizomii rețelei granulare, care sunt îndepărtați din celulă și utilizate pentru nevoile organismului (de exemplu, enzimele digestive). , proteine ​​din laptele matern). Ribozomii pot fi localizați liber în citoplasmă sau pot fi asociați cu reticulul endoplasmatic, făcând parte din EPS rugos.Proteinele formate pe ribozomii legați de membrana EPS pătrund de obicei în cisternele EPS. Proteinele sintetizate pe ribozomi liberi rămân în hialoplasmă. De exemplu, hemoglobina din eritrocite este sintetizată pe ribozomi liberi. Ribozomii sunt de asemenea prezenți în mitocondrii, plastide și celulele procariote.

Anterior11121314151617181920212223242526Următorul

VEZI MAI MULT:

Structura nucleului și compoziția chimică

Nucleul include cromatina, nucleol, carioplasmă (nucleoplasmă), înveliș nuclear.

Într-o celulă care se divide, în cele mai multe cazuri există un singur nucleu, dar există celule care au doi nuclei (20% din celulele hepatice sunt binucleate), precum și multinucleate (osteoclaste ale țesutului osos).

Dimensiuni - variază de la 3-4 la 40 de microni.

Fiecare tip de celulă este caracterizat printr-un raport constant între volumul nucleului și volumul citoplasmei. Acest raport se numește indicele Gertving. În funcție de valoarea acestui indice, celulele sunt împărțite în două grupuri:

1. nuclear - indicele Gertving este mai important;

2. citoplasmatică - indicele Götwing are valori nesemnificative.

ЁShape - poate fi sferică, în formă de tijă, în formă de fasole, inelară, segmentată.

ЁLocalizare - nucleul este întotdeauna localizat într-un anumit loc al celulei. De exemplu, în celulele cilindrice ale stomacului, acesta se află în poziție bazală.

Nucleul unei celule poate fi în două stări:

a) mitotică (în timpul diviziunii);

b) interfaza (între diviziuni).

Într-o celulă vie, nucleul de interfază arată ca unul gol optic, se găsește doar nucleolul. Structurile nucleului sub formă de fire, boabe pot fi observate numai atunci când factorii dăunători acționează asupra celulei, atunci când aceasta intră într-o stare de paranecroză (o stare de limită între viață și moarte). Din această stare, celula poate reveni la viața normală sau poate muri. După moartea celulei, din punct de vedere morfologic, în nucleu se disting următoarele modificări:

1) cariopicnoza - compactarea nucleului;

2) cariorexis - descompunerea nucleului;

3) carioliza - dizolvarea nucleului.

Funcții: 1) stocarea și transmiterea informațiilor genetice,

2) biosinteza proteinelor, 3) formarea subunităților de ribozom.

Cromatina

Cromatina (din grecescul chroma - culoarea vopselei) este structura principală a nucleului de interfază, care este foarte bine colorată cu coloranți de bază și determină modelul cromatinei al nucleului pentru fiecare tip de celulă.

Datorită capacității de a se colora bine cu diverși coloranți, și în special cu cei principali, această componentă a nucleului se numește „cromatina” (Flemming 1880).

Cromatina este un analog structural al cromozomilor și în nucleul de interfază se află corpuri purtătoare de ADN.

Două tipuri de cromatină se disting morfologic:

1) heterocromatină;

2) eucromatina.

Heterocromatina(heterocromatinum) corespunde regiunilor cromozomiale parțial condensate în interfază și este funcțional inactiv. Această cromatină se colorează foarte bine și poate fi văzută pe preparatele histologice.

Heterocromatina, la rândul său, este împărțită în:

1) structural; 2) optional.

Structural Heterocromatina reprezintă regiuni ale cromozomilor care sunt în mod constant într-o stare condensată.

Opțional heterocromatina este o heterocromatina capabilă să se decondenseze și să se transforme în eucromatină.

Eucromatina- sunt cromozomi decondensati in interfaza. Este o cromatină funcțională, activă funcțional. Această cromatină nu este colorată și nu este detectată pe preparatele histologice.

În timpul mitozei, toată eucromatina se condensează cât mai mult posibil și face parte din cromozomi. În această perioadă, cromozomii nu îndeplinesc nicio funcție sintetică. În acest sens, cromozomii celulelor pot fi în două stări structurale și funcționale:

1) active (de lucru), uneori sunt parțial sau complet decondensate și cu participarea lor la nucleu au loc procesele de transcripție și reduplicare;

2) inactive (nefuncționează, repaus metabolic), atunci când sunt condensate maxim, îndeplinesc funcția de distribuire și transfer de material genetic către celulele fiice.

Uneori, în unele cazuri, întregul cromozom în timpul perioadei de interfază poate rămâne într-o stare condensată, în timp ce arată ca o heterocromatină netedă. De exemplu, unul dintre cromozomii X ai celulelor somatice ale corpului feminin este supus heterocromatizării în stadiile inițiale ale embriogenezei (în timpul clivajului) și nu funcționează. Această cromatină se numește cromatina sexuală sau corpurile lui Barr.

În diferite celule, cromatina sexuală are un aspect diferit:

a) în leucocitele neutrofile - un tip de tobă;

b) în celulele epiteliale ale mucoasei - un fel de bulgăre emisferică.

Determinarea cromatinei sexuale este utilizată pentru a stabili sexul genetic, precum și pentru a determina numărul de cromozomi X din cariotipul unui individ (este egal cu numărul de corpuri cromatinei sexuale + 1).

Studiile microscopice electronice au arătat că preparatele de cromatină de interfaza izolată conțin fibrile cromozomiale elementare cu grosimea de 20-25 nm, care constau din fibrile groase de 10 nm.

Din punct de vedere chimic, fibrilele de cromatină sunt complexe complexe de dezoxiribonucleoproteine, care includ:

b) proteine ​​cromozomiale speciale;

Raportul cantitativ dintre ADN, proteine ​​și ARN este de 1: 1,3: 0,2. Ponderea ADN-ului în preparatul de cromatină este de 30-40%. Lungimea moleculelor individuale de ADN liniar variază într-un interval indirect și poate ajunge la sute de micrometri și chiar centimetri. Lungimea totală a moleculelor de ADN din toți cromozomii unei celule umane este de aproximativ 170 cm, ceea ce corespunde la 6x10-12g.

Proteinele cromatinei reprezintă 60-70% din greutatea sa uscată și sunt prezentate în două grupe:

a) proteine ​​histone;

b) proteine ​​non-histone.

Eu Proteine ​​histonice (histonele) - proteinele alcaline care conțin aminoacizi bazici (în principal lizină, arginină) sunt dispuse neuniform sub formă de blocuri de-a lungul lungimii moleculei de ADN. Un bloc conține 8 molecule de histonă care formează un nucleozom. Nucleozomul are o dimensiune de aproximativ 10 nm. Nucleozomul se formează prin compactarea și supraînfăşurarea ADN-ului, ceea ce duce la o scurtare a lungimii fibrilei cromozomiale de aproximativ 5 ori.

Eu Proteine ​​non-histone alcătuiesc 20% din cantitatea de histone și în nucleele de interfază formează o rețea structurală în interiorul nucleului, care se numește matrice proteică nucleară. Această matrice reprezintă coloana vertebrală care determină morfologia și metabolismul nucleului.

Fibrilele de pericromatină au o grosime de 3-5 nm, granulele au diametrul de 45 nm iar granulele de intercromatină au un diametru de 21-25 nm.

Nucleol

Nucleolul (nucleolul) este cea mai densă structură a nucleului, care este clar vizibilă într-o celulă vie necolorată și este un derivat al cromozomului, unul dintre locii săi cu cea mai mare concentrație și sinteză activă de ARN în interfază, dar nu este o structură sau un organel independent.

Mărimea E - 1-5 microni.

ЁForma - sferică.

Nucleolul are o structură eterogenă. Într-un microscop cu lumină, organizarea sa fin-fibroasă este vizibilă.

Microscopia electronică detectează două componente principale:

a) granulare; b) fibrilare.

Componentă granulară reprezentate de granule cu diametrul de 15-20 nm, acestea sunt subunităţi ribozomale în curs de maturizare. Uneori, componenta granulară formează structuri filamentoase - nucleoloneme, de aproximativ 0,2 microni grosime. Componenta granulară este localizată de-a lungul periferiei.

Fibrilar componenta este catenele ribonucleoproteice ale precursorilor ribozomului, care sunt concentrate în partea centrală a nucleolului.

Ultrastructura nucleolilor depinde de activitatea de sinteză a ARN: la un nivel ridicat de sinteză, în nucleol sunt detectate un număr mare de granule, când sinteza se oprește, numărul de granule scade și nucleolii se transformă în cordoane fibrilare dense de o natură bazofilă.

Carcasă nucleară

Învelișul nuclear (nuclolema) este format din:

Fizica nucleului atomic. Compoziția miezului.

Membrana nucleară externă (m. Nuclearis externa),

2.Membrană interioară (m. Nuclearis interna), care sunt separate de spațiul perinuclear sau cisterna membranei nucleare (cisterna nucleolemmae), lățime de 20-60 nm.

Fiecare membrană are o grosime de 7-8 nm. În general, învelișul nuclear seamănă cu un sac gol cu ​​două straturi care separă conținutul nucleului de citoplasmă.

Membrana exterioară a învelișului nuclear, care este în contact direct cu citoplasma celulei, are o serie de caracteristici structurale care îi permit să fie atribuit sistemului membranar propriu-zis al reticulului endoplasmatic. Aceste caracteristici includ: prezența a numeroși poliribozomi pe partea laterală a hialoplasmei, iar membrana nucleară exterioară însăși poate trece direct în membranele reticulului endoplasmatic granular. Suprafața membranei nucleare exterioare din majoritatea celulelor animale și vegetale nu este netedă și formează excrescențe de diferite dimensiuni către citoplasmă sub formă de vezicule sau formațiuni tubulare lungi.

Membrana nucleara interioara asociat cu materialul cromozomial al nucleului. Pe partea laterală a carioplasmei, așa-numitul strat fibrilar, format din fibrile, este adiacent membranei nucleare interioare, dar nu este caracteristic tuturor celulelor.

Învelișul nuclear nu este continuu. Cele mai caracteristice structuri ale învelișului nuclear sunt porii nucleari. Porii nucleari sunt formați prin fuziunea a două membrane nucleare. În acest caz, se formează găuri traversante rotunjite (perforații, inelare pori), care au un diametru de aproximativ 80-90 nm. Aceste deschideri ale învelișului nuclear sunt umplute cu structuri globulare și fibrilare complexe. Combinația dintre perforațiile membranei și aceste structuri se numește complex de pori (complexus pori). Complexul de pori este format din trei rânduri de granule, opt bucăți pe fiecare rând, diametrul granulelor este de 25 nm, procesele fibrilare se extind din aceste granule. Granulele sunt situate la marginea găurii din învelișul nuclear: un rând se află pe partea laterală a nucleului, al doilea pe partea laterală a citoplasmei și al treilea în partea centrală a porului. Fibrilele care se extind din granulele periferice pot converge în centru și pot crea, așa cum ar fi, un sept, o diafragmă peste por (diaphragma pori). Dimensiunile porilor unei celule date sunt de obicei stabile. Numărul de pori nucleari depinde de activitatea metabolică a celulelor: cu cât procesele sintetice din celulă sunt mai intense, cu atât mai mulți pori pe unitate de suprafață a nucleului celular.

Funcții:

1. Bariera - separă conținutul nucleului de citoplasmă, restricționează transportul liber al macromoleculelor între nucleu și citoplasmă.

2. Crearea ordinii intranucleare - fixarea materialului cromozomial în lumenul tridimensional al nucleului.

Carioplasma

Carioplasma este partea lichidă a nucleului, în care se află structurile nucleare; este un analog al hialoplasmei din partea citoplasmatică a celulei.

Reproducerea celulară

Unul dintre cele mai importante fenomene biologice, care reflectă legile generale și este o condiție esențială pentru existența sistemelor biologice pentru o perioadă de timp suficient de lungă, este reproducerea (reproducția) compoziției lor celulare. Reproducerea celulelor, conform teoriei celulare, se realizează prin împărțirea originalului. Această poziție este una dintre cele mai importante în teoria celulară.

Nucleul (nucleul) unei celule

FUNCȚIILE DE BUNĂ

cromatina -

Cromozomii

care include:

- proteine ​​histone

- cantitati mici de ARN;

Matricea nucleară

Constă din 3 componente:

stilizarea plicului nuclear.

Care este nucleul - este în biologie: proprietăți și funcții

Rețea intranucleară (schelet).

3. Nucleol „rezidual”.

Se compune din:

- membrana nucleara exterioara;

Nucleoplasma (carioplasma)- componenta lichidă a nucleului, în care se află cromatina și nucleolii. Conține apă și un număr

Nucleol

Data publicării: 2015-02-03; Citește: 1053 | Încălcarea drepturilor de autor ale paginii

Nucleul (nucleul) unei celule- un sistem de determinare genetică și reglare a sintezei proteinelor.

FUNCȚIILE DE BUNĂ

● stocarea și întreținerea informațiilor ereditare

● implementarea informațiilor ereditare

Nucleul este format din cromatină, nucleol, carioplasmă (nucleoplasmă) și învelișul nuclear care îl separă de citoplasmă.

cromatina - acestea sunt zone de materie densă din miez, care

percepe bine diverși coloranți, în special cei de bază.

În celulele nedivizate, cromatina se găsește sub formă de bulgări și granule, care este o formă de interfaz a existenței cromozomilor.

Cromozomii- fibrile de cromatină, care sunt complexe complexe de dezoxiribonucleoproteine ​​(DNP), în compoziție

care include:

- proteine ​​histone

- proteine ​​non-histone - alcătuiesc 20%, acestea sunt enzime care îndeplinesc funcții structurale și de reglare;

- cantitati mici de ARN;

- cantitati mici de lipide, polizaharide, ioni metalici.

Matricea nucleară- este un sistem intranuclear cadru

a mea, baza unificatoare pentru cromatină, nucleol, înveliș nuclear. Această rețea structurală este coloana vertebrală care determină morfologia și metabolismul nucleului.

Constă din 3 componente:

1. Lamina (A, B, C) - strat fibrilar periferic, sub-

stilizarea plicului nuclear.

2. Rețea intranucleară (schelet).

3. Nucleol „rezidual”.

teaca nucleara (caryolema)- Aceasta este învelișul care separă conținutul nucleului de citoplasma celulei.

Se compune din:

- membrana nucleara exterioara;

- membrana nucleara interioara, intre care se afla spatiul perinuclear;

- învelișul nuclear cu două membrane are un complex de pori.

Nucleoplasma (carioplasma)- componenta lichidă a nucleului, în care se află cromatina și nucleolii.

Miez. Componentele kernelului

Conține apă și un număr

substanțe dizolvate și suspendate în el: ARN, glicoproteine,

ioni, enzime, metaboliți.

Nucleol- structura cea mai densă a nucleului, formată din zone specializate - bucle de cromozomi, care se numesc organizatori nucleolari.

Există 3 componente ale nucleolului:

1. Componenta fibrilară este transcriptele primare de ARNr.

2. Componenta granulară este o acumulare de pre-

procesiuni de subunități ribozomale.

3. Componentă amorfă - zone ale organizatorului nucleolar,

Data publicării: 2015-02-03; Citește: 1052 | Încălcarea drepturilor de autor ale paginii

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

Nucleul ca principal component reglator al celulei. Structura și funcția sa.

Nucleul este o parte esențială a celulelor eucariote. Aceasta este principala componentă de reglementare a celulei. Este responsabil pentru stocarea și transmiterea informațiilor ereditare, controlează toate procesele metabolice din celulă ... Nu un organoid, ci o componentă a unei celule.

Nucleul este format din:

1) învelișul nuclear (membrană nucleară), prin porii căreia are loc schimbul dintre nucleul celular și citoplasmă.

2) sucul nuclear, sau carioplasma, este o masă de plasmă semi-lichidă, slab colorată, care umple toți nucleii celulei și conține restul componentelor nucleului;

3) cromozomi, care sunt vizibili în nucleul nedivizabil numai cu ajutorul unor metode microscopice speciale. Setul de cromozomi ai unei celule se numește k ariotip. Cromatina pe preparatele celulare colorate este o rețea de fire subțiri (fibrile), granule mici sau bulgări.

4) unul sau mai multe corpuri sferice - nucleoli, care sunt o parte specializată a nucleului celular și sunt asociate cu sinteza acidului ribonucleic și a proteinelor.

două stări ale nucleului:

1. nucleu de interfaza - are nuclei. coajă - karyolemma.

2. nucleul în timpul diviziunii celulare. doar cromatina este prezentă într-o stare diferită.

nucleolii includ două zone:

1.intern - fibrilare - molecule proteice și pre ARN

2. extern - granular - formează subunităţi ribozomale.

Membrana nucleului este formată din două membrane separate de spațiul perinuclear. Ambele sunt pătrunse de numeroși pori, datorită cărora este posibil schimbul de substanțe între nucleu și citoplasmă.

Componentele principale ale nucleului sunt cromozomii, formați dintr-o moleculă de ADN și diverse proteine. Într-un microscop cu lumină, ele se disting clar numai în timpul perioadei de diviziune celulară (mitoză, meioză). Într-o celulă nedivizată, cromozomii arată ca niște filamente lungi și subțiri distribuite pe întregul volum al nucleului.

Principalele funcții ale nucleului celular sunt următoarele:

1. stocare a datelor;
2. transferul de informații către citoplasmă folosind transcripție, adică sinteza i-ARN purtător de informații;
3. transferul de informații către celulele fiice în timpul replicării - diviziunea celulelor și nucleelor.
4. reglează procesele biochimice, fiziologice și morfologice din celulă.

În miez se întâmplă replicare- dublarea moleculelor de ADN și transcriere- sinteza moleculelor de ARN pe o matrice de ADN. În nucleu, moleculele de ARN sintetizate suferă unele modificări (de exemplu, în timpul îmbinare zonele nesemnificative, fără sens sunt excluse din moleculele de ARN mesager), după care intră în citoplasmă ... Asamblarea ribozomilor apare și în nucleu, în formațiuni speciale numite nucleoli. Compartimentul pentru nucleu - carioteca - se formează datorită expansiunii și fuziunii cisternelor reticulului endoplasmatic între ele în așa fel încât nucleul să aibă pereți dubli datorită compartimentelor înguste ale învelișului nuclear care îl înconjoară. Cavitatea învelișului nuclear se numește - lumen sau spaţiul perinuclear... Suprafața interioară a anvelopei nucleare este acoperită de un nuclear lamina- o structură proteică rigidă formată din proteine-lamine, de care sunt atașate catene de ADN cromozomial. În unele locuri, membranele interioare și exterioare ale învelișului nuclear se contopesc și formează așa-numiții pori nucleari, prin care are loc schimbul de materiale între nucleu și citoplasmă.

12. Organele cu două membrane (mitocondrii, plastide). Structura și funcția lor.

Mitocondriile - Acestea sunt structuri rotunjite sau în formă de tijă, adesea ramificate, de 0,5 µm grosime și de obicei până la 5-10 µm lungime.

Membrana mitocondrială este formată din două membrane, care diferă ca compoziție chimică, set de enzime și funcții. Membrana interioara formează o invaginare în formă de frunză (crista) sau tubulară (tubul). Spațiul delimitat de membrana interioară este matrice organele... În ea, cu ajutorul unui microscop electronic, sunt detectate boabe cu diametrul de 20-40 nm. Acestea stochează ioni de calciu și magneziu, precum și polizaharide precum glicogenul.
Matricea conține aparatul de biosinteză a proteinelor propriu al organelului. Este reprezentat de 2-6 copii ale unei molecule de ADN circulare lipsite de histone (ca la procariote), ribozomi, un set de ARN de transport (ARNt), enzime de reduplicare a ADN-ului, transcriere și traducere a informațiilor ereditare. Functie principala mitocondriile constau in extragerea enzimatica a energiei din anumite substante chimice (prin oxidarea lor) si acumularea de energie intr-o forma utilizabila biologic (prin sinteza moleculelor de adenozin trifosfat-ATP). În general, acest proces se numește fosforilarea oxidativă. Printre funcțiile secundare ale mitocondriilor, se poate numi participarea la sinteza hormonilor steroizi și a unor aminoacizi (glutamic).

Plastide - acestea sunt semi-autonome (pot exista relativ autonom de ADN-ul nuclear al celulei) două organite membranare, caracteristice organismelor eucariote fotosintetice. Există trei tipuri principale de plastide: cloroplaste, cromoplaste și leucoplaste.Setul de plastide dintr-o celulă se numeșteplastidomul . Fiecare dintre aceste tipuri, în anumite condiții, se poate transforma unul în altul. La fel ca mitocondriile, plastidele conțin propriile molecule de ADN. Prin urmare, ei sunt, de asemenea, capabili să se reproducă independent de diviziunea celulară. Plastidele sunt caracteristice numai celulelor vegetale.

Cloroplaste. Lungimea cloroplastelor variază de la 5 la 10 microni, diametrul este de la 2 până la 4 microni. Cloroplastele sunt limitate de două membrane. Membrana exterioară este netedă, cea interioară are o structură pliată complexă. Cea mai mică îndoire se numește t ilakoid... Un grup de tilacoizi stivuiți ca un teanc de monede se numește g răni... Boabele sunt conectate între ele prin canale aplatizate - lamele. Pigmenții și enzimele fotosintetice sunt încorporate în membranele tilacoide, care asigură sinteza ATP. Principalul pigment fotosintetic este clorofila, care determină culoarea verde a cloroplastelor.

Spațiul interior al cloroplastelor este umplut stroma... Stroma conține ADN circular „gol”, ribozomi, enzime ale ciclului Calvin și boabe de amidon. Există un rezervor de protoni în interiorul fiecărui tilacoid și se acumulează H +. Cloroplastele, ca și mitocondriile, sunt capabile de reproducere autonomă prin împărțirea în două. Cloroplastele plantelor inferioare sunt numite cromatofori.

Leucoplaste... Membrana exterioară este netedă, membrana interioară formează puțini tilacoizi. Stroma conține ADN circular „gol”, ribozomi, enzime pentru sinteza și hidroliza nutrienților de rezervă. Nu există pigmenți. Mai ales multe leucoplaste au celule ale organelor subterane ale plantelor (rădăcini, tuberculi, rizomi etc. .). amiloplaste-sintetizeaza si acumuleaza amidonul , elioplaste- uleiuri , proteinoplaste- proteine. În aceeași leucoplastă se pot acumula diferite substanțe.

Cromoplastele. Membrana exterioară este netedă, cea interioară sau, de asemenea, netedă, sau formează tilacoizi unici. Stroma conține ADN circular și pigmenți - carotenoide dând cromoplastelor o culoare galbenă, roșie sau portocalie. Forma de acumulare a pigmentului este diferită: sub formă de cristale, dizolvate în picături de lipide etc. Cromoplastele sunt considerate stadiul final al dezvoltării plastidelor.

Plastidele se pot transforma reciproc unele în altele: leucoplaste - cloroplaste - cromoplaste.

Organele cu o singură membrană (EPS, aparat Golgi, lizozomi). Structura și funcția lor.

Tubularși sistemul vacuolar formate din cavități comunicante sau separate tubulare sau turtite (cisterna), limitate de membrane și răspândite în toată citoplasma celulei. În sistemul numit, există stare brutăși reticul citoplasmatic neted... Particularitatea structurii unei rețele brute este că este atașată de membranele sale printr-un polis. Din această cauză, îndeplinește funcția de sinteză a unei anumite categorii de proteine, în principal îndepărtate din celulă, de exemplu, secretate de celulele glandelor. În zona rețelei brute, se formează proteine ​​și lipide ale membranelor citoplasmatice, precum și asamblarea acestora. Cisternele unei rețele brute, împachetate dens într-o structură stratificată, sunt locurile celei mai active sinteze de proteine ​​și sunt numite ergastoplasma.

Membranele reticulului citoplasmatic neted sunt lipsite de polizomi. Din punct de vedere funcțional, această rețea este asociată cu schimbul de carbohidrați, grăsimi și alte substanțe non-proteice, cum ar fi hormonii steroizi (în gonade, cortexul suprarenal). Mișcarea substanțelor, în special a materialului secretat de celula glandulare, are loc de-a lungul tubilor și cisternelor de la locul de sinteză până la zona de împachetare în granule. În zonele celulelor hepatice bogate în structuri ale unei rețele netede, substanțe toxice nocive, unele medicamente (barbiturice) sunt distruse și devin inofensive. În veziculele și tubii rețelei netede a mușchilor striați sunt stocați (depuși) ionii de calciu, care joacă un rol important în procesul de contracție.

Complexul Golgi-este un teanc de saci cu membrane plate, care se numesc cisterne... Rezervoarele sunt complet izolate unele de altele și nu se interconectează. Numeroase tuburi și bule se ramifică din cisterne de-a lungul marginilor. Din când în când, din EPS se desprind vacuole (bule) cu substanțe sintetizate, care se deplasează în complexul Golgi și se combină cu acesta. Substanțele sintetizate în EPS devin mai complexe și se acumulează în complexul Golgi. Funcțiile complexului Golgi :1- În rezervoarele complexului Golgi are loc o transformare chimică ulterioară și o complicare a substanțelor primite de la EPS. De exemplu, se formează substanțe care sunt necesare pentru reînnoirea membranei celulare (glicoproteine, glicolipide), polizaharide.

2- În complexul Golgi există o acumulare de substanțe și „depozitarea” temporară a acestora

3- Substanțele formate sunt „împachetate” în bule (în vacuole) și în această formă se deplasează prin celulă.

4- În complexul Golgi se formează lizozomi (organite sferice cu enzime de scindare).

Lizozomi- mici organele sferice, ai căror pereți sunt formați dintr-o singură membrană; conţin litice enzime (de scindare). În primul rând, lizozomii care sunt detașați din complexul Golgi conțin enzime inactive. În anumite condiții, enzimele lor sunt activate. Când lizozomul se contopește cu o vacuola fagocitară sau pinocitară, se formează o vacuola digestivă, în care are loc digestia intracelulară a diferitelor substanțe.

Funcțiile lizozomilor :1- Se efectuează descompunerea substanțelor absorbite ca urmare a fagocitozei și pinocitozei. Biopolimerii se descompun în monomeri, care intră în celulă și sunt utilizați pentru nevoile acesteia.

Miezul și componentele sale structurale

De exemplu, ele pot fi folosite pentru a sintetiza noi substanțe organice sau pot fi degradate în continuare pentru a genera energie.

2- Distrugeți organele vechi, deteriorate, în exces. Divizarea organelelor poate avea loc și în timpul înfometării celulelor.

Vacuole- organele sferice cu o singură membrană, care sunt rezervoare de apă și substanțe dizolvate în ea. Vacuolele includ: vacuole fagocitare şi pinocitare, vacuole digestive, vezicule care se desprind din EPS și complexul Golgi. Vacuolele celulei animale sunt mici, numeroase, dar volumul lor nu depășește 5% din volumul total al celulei. Funcția lor principală - transportul substantelor prin celula, implementarea relatiei dintre organite.

Într-o celulă vegetală, vacuolele reprezintă până la 90% din volum.

Într-o celulă vegetală matură, o vacuolă ocupă o poziție centrală. Membrana vacuolei unei celule vegetale este o tonoplastă, conținutul său este seva celulară. Funcțiile vacuolelor într-o celulă vegetală: menținerea membranei celulare în tensiune, acumularea diferitelor substanțe, inclusiv deșeurile celulei. Vacuolele furnizează apă pentru procesele fotosintetice. Poate include:

- substante de rezerva care pot fi folosite chiar de celula (acizi organici, aminoacizi, zaharuri, proteine). - substanțe care sunt îndepărtate din metabolismul celular și se acumulează în vacuole (fenoli, taninuri, alcaloizi etc.) - fitohormoni, fitoncide,

- pigmenti (coloranti) care dau sevei celulei violet, rosu, albastru, violet si uneori galben sau crem. Pigmenții sevei celulare sunt cei care colorează petalele florilor, fructelor, rădăcinilor

14. Organele nemembranare (microtubuli, centru celular, ribozomi). Structura și funcția lor.Ribozom - un organoid celular nemembranar care realizează biosinteza proteinelor. Este format din două subunități - mici și mari. Ribozomul este format din 3-4 molecule de r-ARN care formează cadrul său și câteva zeci de molecule de diferite proteine. Ribozomii sunt sintetizați în nucleol. Într-o celulă, ribozomii pot fi localizați pe suprafața EPS granular sau în hialoplasma celulei sub formă de polizom. polizom - este un complex de i-ARN și mai mulți ribozomi care citesc informații din acesta. Funcţie ribozom- biosinteza proteinelor. Dacă ribozomii sunt localizați pe EPS, atunci proteinele pe care le sintetizează sunt folosite pentru nevoile întregului organism, ribozomii hialoplasmei sintetizează proteine ​​pentru nevoile celulei în sine. Ribozomii celulelor procariote sunt mai mici decât ribozomii eucariotelor. Aceiași ribozomi mici se găsesc în mitocondrii și plastide.

Microtubuli - structuri celulare cilindrice goale, formate din tubulina proteica ireductibila. Microtubulii sunt incapabili de contractare. Pereții microtubulilor sunt formați din 13 filamente de proteină tubulină. Microtubulii sunt localizați în grosimea hialoplasmei celulelor.

Cili și flageli - organele de mișcare. Functie principala - mișcarea celulelor sau mișcarea de-a lungul celulelor fluidului sau particulelor din jur. Într-un organism multicelular, cilii sunt caracteristici epiteliului tractului respirator, trompelor uterine și flagelilor - pentru spermatozoizi. Cilii și flagelii diferă doar ca mărime - flagelii sunt mai lungi. Se bazează pe microtubuli dispuși conform sistemului 9 (2) + 2. Aceasta înseamnă că 9 microtubuli dubli (dublete) formează peretele unui cilindru, în centrul căruia se află 2 microtubuli unici. Corpusculii bazali sunt suportul cililor și flagelilor. Corpul bazal are o formă cilindrică, format din 9 tripleți (tripleți) de microtubuli, nu există microtubuli în centrul corpului bazal.

Cl e centrul exact — centrul mitotic, structura constantă a aproape tuturor celulelor animale și a unor celule vegetale, determină polii unei celule în diviziune (vezi Mitoza) . Centrul celular constă de obicei din doi centrioli - granule dense care măsoară 0,2-0,8 μm, situate în unghi drept unul față de celălalt. Când se formează aparatul mitotic, centriolii diverg către polii celulei, determinând orientarea fusului de diviziune celulară. Prin urmare, este mai corect să K. c. apel centru mitotic, reflectând această semnificație funcțională, mai ales că numai în unele celule To. c. situat în centrul ei. În cursul dezvoltării organismului, atât poziția lui To. C. se schimbă. în celule și forma acesteia. În timpul diviziunii celulare, fiecare dintre celulele fiice primește o pereche de centrioli. Procesul de dublare a acestora are loc mai des la sfârșitul diviziunii celulare anterioare. Apariția unui număr de forme patologice de diviziune celulară este asociată cu diviziunea anormală To. C.

Cu mult înainte de apariția datelor fiabile despre structura internă a tuturor lucrurilor, gânditorii greci și-au imaginat materia sub forma celor mai mici particule de foc care se aflau în mișcare constantă. Probabil, această viziune asupra ordinii mondiale a lucrurilor a fost dedusă din inferențe pur logice. În ciuda unei anumite naivitati și a lipsei absolute de dovezi ale acestei afirmații, s-a dovedit a fi adevărată. Deși oamenii de știință au putut confirma presupunerea îndrăzneață doar douăzeci și trei de secole mai târziu.

Structura atomilor

La sfârșitul secolului al XIX-lea au fost investigate proprietățile unui tub de descărcare prin care trecea un curent. Observațiile au arătat că, în acest caz, sunt emise două fluxuri de particule:

Particulele negative ale razelor catodice au fost numite electroni. Ulterior, particule cu același raport sarcină-masă au fost descoperite în multe procese. Electronii păreau a fi constituenți universali ai diferiților atomi, destul de ușor separați atunci când ionii și atomii erau bombardați.

Particulele care poartă o sarcină pozitivă păreau a fi fragmente de atomi după ce au pierdut unul sau mai mulți electroni. De fapt, razele pozitive erau grupuri de atomi lipsite de particule negative și, ca urmare, au o sarcină pozitivă.

modelul lui Thompson

Pe baza experimentelor, s-a constatat că particulele pozitive și negative reprezentau esența atomului, erau componentele acestuia. Omul de știință englez J. Thomson și-a propus teoria. În opinia sa, structura atomului și a nucleului atomic era un fel de masă în care sarcinile negative erau strânse într-o bilă încărcată pozitiv, ca stafidele într-o prăjitură. Compensarea sarcinii a făcut tortul neutru din punct de vedere electric.

modelul lui Rutherford

Tânărul om de știință american Rutherford, analizând urmele lăsate după particulele alfa, a ajuns la concluzia că modelul lui Thompson este imperfect. Unele particule alfa au fost deviate la unghiuri mici - 5-10 o. În cazuri rare, particulele alfa au deviat la unghiuri mari de 60-80 o, iar în cazuri excepționale, unghiurile au fost foarte mari - 120-150 o. Modelul atomic al lui Thompson nu a putut explica o asemenea diferență.

Rutherford propune un nou model pentru a explica structura atomului și a nucleului atomic. Fizica proceselor afirmă că un atom ar trebui să fie 99% gol, cu un nucleu minuscul și electroni care orbitează în jurul lui.

El explică deviațiile în timpul impactului prin faptul că particulele atomului au propriile lor sarcini electrice. Sub influența bombardării particulelor încărcate, elementele atomice se comportă ca corpuri încărcate obișnuite din macrocosmos: particulele cu aceleași sarcini se resping unele pe altele, iar cele cu sarcini opuse se atrag.

Starea atomilor

La începutul secolului trecut, când au fost lansate primele acceleratoare de particule, toate teoriile care explicau structura nucleului atomic și atomul însuși așteptau verificarea experimentală. Până în acel moment, interacțiunile razelor alfa și beta cu atomii fuseseră deja studiate temeinic. Până în 1917, se credea că atomii erau fie stabili, fie radioactivi. Atomii stabili nu pot fi divizați, dezintegrarea nucleelor ​​radioactive nu poate fi controlată. Dar Rutherford a reușit să infirme această părere.

Primul proton

În 1911, E. Rutherford a prezentat ideea că toate nucleele constau din aceleași elemente, a căror bază este atomul de hidrogen. Această idee a omului de știință a fost determinată de o concluzie importantă a studiilor anterioare asupra structurii materiei: masele tuturor elementelor chimice sunt împărțite fără rest de masa hidrogenului. Noua presupunere a deschis posibilități fără precedent, permițând să vedem structura nucleului atomic într-un mod nou. Reacțiile nucleare trebuiau să confirme sau să infirme noua ipoteză.

Experimentele au fost efectuate în 1919 cu atomi de azot. Bombardându-le cu particule alfa, Rutherford a obținut un rezultat uimitor.

Atomul de N a absorbit o particulă alfa, apoi s-a transformat într-un atom de oxigen O 17 și a emis un nucleu de hidrogen. Aceasta a fost prima transformare artificială a unui atom al unui element în altul. O astfel de experiență a inspirat speranța că structura nucleului atomic și fizica proceselor existente permit realizarea altor transformări nucleare.

Omul de știință a folosit în experimentele sale metoda scintilației - flash. Prin frecvența erupțiilor, el a tras concluzii despre compoziția și structura nucleului atomic, despre caracteristicile particulelor produse, despre masa atomică și numărul de serie a acestora. Particula necunoscută a fost numită de Rutherford un proton. Avea toate caracteristicile unui atom de hidrogen, lipsit de singurul său electron - o singură sarcină pozitivă și o masă corespunzătoare. Astfel, s-a dovedit că protonul și nucleul de hidrogen sunt una și aceeași particule.

În 1930, când au fost construite și lansate primele acceleratoare mari, modelul lui Rutherford al atomului a fost verificat și dovedit: fiecare atom de hidrogen este format dintr-un electron singur, a cărui poziție nu poate fi determinată și un atom liber cu un proton singur pozitiv în interior. . Deoarece protonii, electronii și particulele alfa pot zbura din atom în timpul bombardamentului, oamenii de știință au crezut că acestea sunt componentele oricărui nucleu al atomului. Dar un astfel de model al atomului nucleului părea instabil - electronii erau prea mari pentru a se potrivi în nucleu, în plus, existau dificultăți grave asociate cu încălcarea legii impulsului și conservării energiei. Aceste două legi, precum contabilii stricti, spuneau că impulsul și masa atunci când sunt bombardate dispar într-o direcție necunoscută. Deoarece aceste legi erau în general acceptate, a trebuit să se găsească o explicație pentru o astfel de scurgere.

Neutroni

Oamenii de știință din întreaga lume au efectuat experimente menite să descopere noi nuclee constitutive ale atomilor. În anii 1930, fizicienii germani Becker și Bothe au bombardat atomii de beriliu cu particule alfa. În acest caz, a fost înregistrată o radiație necunoscută, pe care s-a decis să o numească raze G. Studiile detaliate au spus despre unele dintre caracteristicile noilor raze: ele se puteau propaga strict în linie dreaptă, nu interacționau cu câmpurile electrice și magnetice și aveau o mare capacitate de penetrare. Mai târziu, particulele care formează acest tip de radiație au fost găsite în interacțiunea particulelor alfa cu alte elemente - bor, crom și altele.

Ipoteza lui Chadwick

Apoi, James Chadwick, un coleg și student cu Rutherford, a transmis un scurt mesaj în revista Nature, care mai târziu a devenit general cunoscut. Chadwick a atras atenția asupra faptului că contradicțiile din legile de conservare sunt ușor de rezolvat dacă presupunem că noua radiație este un flux de particule neutre, fiecare dintre ele având o masă aproximativ egală cu masa unui proton. Având în vedere această presupunere, fizicienii au completat substanțial ipoteza care explică structura nucleului atomic. Pe scurt, esența adăugărilor a fost redusă la o nouă particulă și rolul acesteia în structura atomului.

Proprietățile neutronilor

Particulei descoperite i s-a dat numele de „neutron”. Particulele nou descoperite nu au format câmpuri electromagnetice în jurul lor, au trecut ușor prin substanță, fără a pierde energie. În ciocnirile rare cu nucleele ușoare ale atomilor, neutronul este capabil să scoată nucleul din atom, pierzând în același timp o parte semnificativă a energiei sale. Structura nucleului atomic presupunea prezența unui număr diferit de neutroni în fiecare substanță. Atomii cu aceeași sarcină nucleară, dar cu un număr diferit de neutroni, se numesc izotopi.

Neutronii au servit ca un excelent înlocuitor pentru particulele alfa. În prezent, ei sunt folosiți pentru a studia structura nucleului atomic. Este imposibil să descriem pe scurt semnificația lor pentru știință, dar datorită bombardării nucleelor ​​atomice cu neutroni, fizicienii au reușit să obțină izotopi ai aproape tuturor elementelor cunoscute.

Compoziția nucleului atomic

În prezent, structura nucleului atomic este o colecție de protoni și neutroni ținute împreună de forțele nucleare. De exemplu, un nucleu de heliu este o bucată de doi neutroni și doi protoni. Elementele ușoare au un număr aproape egal de protoni și neutroni, în timp ce elementele grele au mult mai mulți neutroni.

Această imagine a structurii nucleului este confirmată de experimente pe acceleratoare mari moderne cu protoni rapizi. Forțele electrice de respingere a protonilor sunt echilibrate de forțe viguroase care acționează numai în nucleul însuși. Deși natura forțelor nucleare nu a fost încă pe deplin înțeleasă, existența lor este practic dovedită și explică pe deplin structura nucleului atomic.

Legătura dintre masă și energie

În 1932, camera lui Wilson a capturat o fotografie uimitoare care dovedește existența particulelor încărcate pozitive cu masa unui electron.

Înainte de aceasta, electronii pozitivi au fost preziși teoretic de P. Dirac. Un adevărat electron pozitiv a fost găsit și în radiația cosmică. Noua particulă a fost numită pozitron. Când se ciocnește cu geamănul său - un electron, are loc anihilarea - anihilarea reciprocă a două particule. Aceasta eliberează o anumită cantitate de energie.

Astfel, teoria dezvoltată pentru macrocosmos a fost complet potrivită pentru a descrie comportamentul celor mai mici elemente ale materiei.

O caracteristică a contaminării radioactive, spre deosebire de contaminarea cu alți poluanți, este că efectul nociv asupra oamenilor și asupra obiectelor din mediu nu este cauzat de radionuclidul (poluantul) în sine, ci de radiația din care este sursa.

Cu toate acestea, există momente în care un radionuclid este un element toxic. De exemplu, după accidentul de la centrala nucleară de la Cernobîl, plutoniul 239, 242 Ru a fost eliberat în mediu cu particule de combustibil nuclear. Pe lângă faptul că plutoniul este un emițător alfa și, atunci când este ingerat, reprezintă un pericol semnificativ, plutoniul în sine este un element toxic.

Din acest motiv, se folosesc două grupe de indicatori cantitativi: 1) pentru a evalua conținutul de radionuclizi și 2) pentru a evalua impactul radiațiilor asupra unui obiect.
Activitate- masura cantitativa a continutului de radionuclizi din obiectul analizat. Activitatea este determinată de numărul de descompuneri radioactive ale atomilor pe unitatea de timp. Unitatea de măsurare a activității SI este Becquerel (Bq) egală cu o dezintegrare pe secundă (1Bq = 1 dec/s). Uneori se folosește o unitate de măsură a activității nesistemice - Curie (Ki); 1Ci = 3,7 × 1010 Bq.

Doza de radiații- o măsură cantitativă a efectului radiației asupra unui obiect.
Datorită faptului că impactul radiațiilor asupra unui obiect poate fi evaluat la diferite niveluri: fizic, chimic, biologic; la nivelul moleculelor, celulelor, ţesuturilor sau organismelor individuale, etc. se folosesc mai multe tipuri de doze: absorbite, echivalente efective, expunere.

Pentru a evalua modificarea dozei de radiații în timp, se folosește indicatorul „rata dozei”. Rata dozei este raportul dintre doză și timp. De exemplu, rata dozei de expunere externă de la surse naturale de radiații este de 4-20 μR / h pe teritoriul Rusiei.

Principalul standard pentru om - limita principală de doză (1 mSv/an) - este introdus în unități de doză echivalentă efectivă. Există standarde în unități de activitate, niveluri de contaminare a terenurilor, VDU, GWP, SanPiN etc.

Structura nucleului atomic.

Un atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care își păstrează toate proprietățile. Prin structura sa, atomul este un sistem complex format dintr-un nucleu foarte mic încărcat pozitiv (10 -13 cm) situat în centrul atomului și electroni încărcați negativ care se rotesc în jurul nucleului pe diferite orbite. Sarcina negativă a electronilor este egală cu sarcina pozitivă a nucleului, în timp ce, în general, se dovedește a fi neutră din punct de vedere electric.

Nucleii atomici sunt compusi din nucleoni - protoni nucleari ( Z - numărul de protoni) și neutronii nucleari (N este numărul de neutroni). Protonii și neutronii „nucleari” diferă de particulele în stare liberă. De exemplu, un neutron liber, spre deosebire de cel legat într-un nucleu, este instabil și se transformă într-un proton și un electron.

Numărul de nucleoni Am (numărul de masă) este suma numerelor de protoni și neutroni: Am = Z + N.

proton - particulă elementară a oricărui atom, are o sarcină pozitivă egală cu sarcina unui electron. Numărul de electroni din învelișul unui atom este determinat de numărul de protoni din nucleu.

neutroni - un alt tip de particule nucleare din toate elementele. Este absent doar în nucleul de hidrogen ușor, care constă dintr-un proton. Nu are încărcare și este neutru din punct de vedere electric. Într-un nucleu atomic, neutronii sunt stabili, iar în stare liberă, sunt instabili. Numărul de neutroni din nucleele atomilor aceluiași element poate fluctua, prin urmare numărul de neutroni din nucleu nu caracterizează elementul.

Nucleonii (protoni + neutroni) sunt ținuți în interiorul nucleului atomic de forțele nucleare de atracție. Forțele nucleare sunt de 100 de ori mai puternice decât forțele electromagnetice și, prin urmare, păstrează protonii încărcați similar în interiorul nucleului. Forțele nucleare se manifestă doar la distanțe foarte mici (10 -13 cm), ele constituie energia potențială de legare a nucleului, care se eliberează parțial în timpul unor transformări, se transformă în energie cinetică.

Pentru atomii care diferă în compoziția nucleului, se folosește denumirea de „nuclizi”, iar pentru atomii radioactivi - „radionuclizi”.

Nuclizi numiți atomi sau nuclee cu un număr dat de nucleoni și o sarcină nucleară dată (denumirea nuclidului A X).

Nuclizii care au același număr de nucleoni (Am = const) se numesc izobare. De exemplu, nuclizii 96 Sr, 96 Y, 96 Zr aparțin unei serii de izobare cu numărul de nucleoni Am = 96.

Nuclizi cu același număr de protoni (Z = const) sunt numite izotopi. Diferă doar prin numărul de neutroni, prin urmare aparțin aceluiași element: 234 U , 235 U, 236 U , 238 U .

Izotopi- nuclizi cu același număr de neutroni (N = Am -Z = const). Nuclizii: 36 S, 37 Cl, 38 Ar, 39 K, 40 Ca aparțin unei serii de izotopi cu 20 de neutroni.

Izotopii sunt desemnați de obicei ca Z X M, unde X este un simbol al unui element chimic; M este numărul de masă egal cu suma numărului de protoni și neutroni din nucleu; Z este numărul atomic sau sarcina nucleului, egal cu numărul de protoni din nucleu. Deoarece fiecare element chimic are propriul său număr atomic constant, acesta este de obicei omis și limitat la scrierea doar a numărului de masă, de exemplu: 3 H, 14 C, 137 Cs, 90 Sr etc.

Atomii nucleari care au aceleași numere de masă, dar sarcini diferite și, în consecință, proprietăți diferite sunt numiți „izobare”, deci, de exemplu, unul dintre izotopii de fosfor are un număr de masă de 32-15 P 32, același număr de masă are unul dintre izotopii de sulf - 16 S 32.

Nuclizii pot fi stabili (dacă nucleii lor sunt stabili și nu se descompun) și instabili (dacă nucleii lor sunt instabili și suferă modificări care duc în cele din urmă la o creștere a stabilității nucleului). Se numesc nuclee atomice instabile capabile să se descompună spontan radionuclizi. Fenomenul de dezintegrare spontană a unui nucleu atomic, însoțit de emisia de particule și (sau) radiații electromagnetice, se numește radioactivitate.

Ca rezultat al dezintegrarii radioactive, se pot forma atât un izotop stabil, cât și unul radioactiv, care, la rândul său, se descompune spontan. Se numesc astfel de lanțuri de elemente radioactive, conectate printr-o serie de transformări nucleare familii radioactive.

În prezent, IURAC (Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată) a denumit oficial 109 elemente chimice. Dintre aceștia, doar 81 au izotopi stabili, dintre care cel mai greu este bismutul (Z= 83). Pentru restul de 28 de elemente sunt cunoscuți doar izotopi radioactivi și uraniu (U ~ 92) este cel mai greu element găsit în natură. Cel mai mare dintre nuclizi naturali are 238 de nucleoni. În total, existența a aproximativ 1700 de nuclizi din aceste 109 elemente a fost acum dovedită, iar numărul de izotopi cunoscuți pentru elementele individuale variază de la 3 (pentru hidrogen) la 29 (pentru platină).

Nucleul atomic- aceasta este partea centrală a atomului, constând din protoni și neutroni (care împreună se numesc nucleonii).

Nucleul a fost descoperit de E. Rutherford în 1911 în timp ce studia pasajul α -particule prin materie. S-a dovedit că aproape toată masa atomului (99,95%) este concentrată în nucleu. Dimensiunea nucleului atomic este de ordinul 10 -1 3 -10 - 12 cm, care este de 10.000 de ori mai mică decât dimensiunea învelișului de electroni.

Modelul planetar al atomului propus de E. Rutherford și observația sa experimentală a nucleelor ​​de hidrogen au fost eliminate α -particulele din nucleele altor elemente (1919-1920), l-au condus pe om de știință la ideea de proton... Termenul de proton a fost introdus la începutul anilor 1920.

Proton (din greacă. protoni- primul, simbol p) Este o particulă elementară stabilă, nucleul unui atom de hidrogen.

Proton- o particulă încărcată pozitiv, a cărei sarcină este egală în valoare absolută cu sarcina unui electron e= 1,6 10 -1 9 Cl. Masa unui proton este de 1836 de ori masa unui electron. Masa de repaus a unui proton m p= 1,6726231 10 -27 kg = 1,007276470 amu

A doua particulă din nucleu este neutroni.

Neutron (din lat. neutru- nici una, nici alta, simbolul n) Este o particulă elementară care nu are sarcină, adică neutră.

Masa neutronului este de 1839 de ori masa electronului. Masa unui neutron este aproape egală (puțin mai mare) cu masa unui proton: masa în repaus a unui neutron liber m n= 1,6749286 10 -27 kg = 1,0008664902 amu și depășește masa unui proton de 2,5 ori masa unui electron. Neutron, împreună cu protonul sub denumirea generală nucleon face parte din nucleele atomice.

Neutronul a fost descoperit în 1932 de studentul lui E. Rutherford, D. Chadwig, în timpul bombardamentului cu beriliu. α -particule. Radiația rezultată cu o mare capacitate de penetrare (depășirea barierei unei plăci de plumb de 10-20 cm grosime) și-a intensificat efectul la trecerea prin placa de parafină (vezi figura). Estimarea energiei acestor particule din urmele din camera Wilson, făcută de Joliot-Curies, și observațiile suplimentare au făcut posibilă excluderea ipotezei inițiale că acest lucru γ -quanti. Marea capacitate de penetrare a particulelor noi, numite neutroni, a fost explicată prin electroneutralitatea lor. La urma urmei, particulele încărcate interacționează activ cu materia și își pierd rapid energia. Existența neutronilor a fost prezisă de E. Rutherford cu 10 ani înainte de experimentele lui D. Chadwig. La lovitura α -particule din nucleul de beriliu, are loc următoarea reacție:

Aici este simbolul neutronului; sarcina sa este egală cu zero, iar masa atomică relativă este aproximativ egală cu unu. Un neutron este o particulă instabilă: un neutron liber într-un timp de ~ 15 min. se descompune într-un proton, un electron și un neutrin - o particulă lipsită de masă în repaus.

După descoperirea neutronului de către J. Chadwick în 1932, D. Ivanenko și V. Heisenberg au propus în mod independent model nuclear proton-neutron (nucleon).... Conform acestui model, nucleul este format din protoni și neutroni. Numărul de protoni Z coincide cu numărul ordinal al elementului din tabelul lui D. I. Mendeleev.

Taxa de bază Q determinată de numărul de protoni Z constituind nucleul și este un multiplu al valorii absolute a sarcinii electronului e:

Q = + Ze.

Număr Z numit numărul de sarcină al nucleului sau numar atomic.

Numărul de masă al miezului A numit numărul total de nucleoni, adică protoni și neutroni, conținute în acesta. Numărul de neutroni din nucleu este notat cu literă N... Astfel, numărul de masă este:

A = Z + N.

Nucleonilor (protoni și neutroni) li se atribuie un număr de masă egal cu unu, electron - zero.

Ideea compoziției nucleului a fost facilitată și de descoperire izotopi.

Izotopi (din greacă. isos- egal, același și topoa- loc) sunt varietăți de atomi ai aceluiași element chimic, ale căror nuclee atomice au același număr de protoni ( Z) și diferite numere de neutroni ( N).

Nucleele unor astfel de atomi sunt numite și izotopi. Izotopii sunt nuclizi un element. Nuclid (din lat. nucleu- nucleu) - orice nucleu atomic (respectiv, atom) cu numere date Zși N... Denumirea generală a nuclizilor este ……. Unde X- simbolul unui element chimic, A = Z + N- numar de masa.

Izotopii ocupă același loc în Tabelul Periodic al Elementelor, de unde provine numele lor. Izotopii, de regulă, diferă semnificativ în proprietățile lor nucleare (de exemplu, în capacitatea lor de a intra în reacții nucleare). Proprietățile chimice (b aproape în aceeași măsură fizice) ale izotopilor sunt aceleași. Acest lucru se datorează faptului că proprietățile chimice ale unui element sunt determinate de sarcina nucleului, deoarece el este cel care afectează structura învelișului de electroni a atomului.

Excepție fac izotopii elementelor ușoare. Izotopi ai hidrogenului 1 N — protium, 2 N— deuteriu, 3 N — tritiu diferă atât de puternic ca masă, încât proprietățile lor fizice și chimice sunt diferite. Deuteriul este stabil (adică nu este radioactiv) și este inclus ca o impuritate mică (1: 4500) în hidrogenul obișnuit. Când deuteriul se combină cu oxigenul, se formează apă grea. Fierbe la 101,2 ° C la presiunea atmosferică normală și îngheață la +3,8 ° C. tritiu β -Radioactiv cu un timp de înjumătățire de aproximativ 12 ani.

Toate elementele chimice au izotopi. Unele elemente au doar izotopi instabili (radioactivi). Pentru toate elementele, izotopii radioactivi au fost obținuți artificial.

Izotopi de uraniu. Elementul uraniu are doi izotopi - cu numerele de masă 235 și 238. Izotopul este doar 1/140 din cel mai comun.

Studiind compoziția materiei, oamenii de știință au ajuns la concluzia că toată materia constă din molecule și atomi. Multă vreme, atomul (tradus din grecescul „indivizibil”) a fost considerată cea mai mică unitate structurală a materiei. Cu toate acestea, cercetările ulterioare au arătat că atomul are o structură complexă și, la rândul său, include particule mai mici.

Din ce este format un atom?

În 1911, omul de știință Rutherford a sugerat că atomul are o parte centrală cu o sarcină pozitivă. Așa a apărut pentru prima dată conceptul de nucleu atomic.

Conform schemei lui Rutherford, numită model planetar, un atom este format dintr-un nucleu și particule elementare cu sarcină negativă - electroni care se mișcă în jurul nucleului, la fel cum planetele se învârt în jurul Soarelui.

În 1932, un alt om de știință, Chadwick, a descoperit neutronul, o particulă care nu are sarcină electrică.

Conform conceptelor moderne, nucleele corespund modelului planetar propus de Rutherford. Nucleul transportă cea mai mare parte a masei atomice. Are și o sarcină pozitivă. Nucleul atomic conține protoni - particule încărcate pozitiv și neutroni - particule care nu poartă o sarcină. Protonii și neutronii se numesc nucleoni. Particule încărcate negativ - electroni - orbitează în jurul nucleului.

Numărul de protoni din nucleu este egal cu cei care se mișcă pe orbită. În consecință, atomul în sine este o particulă care nu poartă o sarcină. Dacă un atom captează electronii altor oameni sau îi pierde pe ai săi, atunci devine pozitiv sau negativ și se numește ion.

Electronii, protonii și neutronii sunt denumiți în mod colectiv particule subatomice.

Sarcina nucleara

Nucleul are un număr de sarcină Z. Acesta este determinat de numărul de protoni care formează nucleul atomic. Este ușor să aflați această sumă: doar referiți-vă la sistemul periodic al lui Mendeleev. Numărul ordinal al elementului căruia îi aparține atomul este egal cu numărul de protoni din nucleu. Astfel, dacă numărul de serie 8 corespunde elementului chimic oxigen, atunci și numărul de protoni va fi egal cu opt. Deoarece numărul de protoni și electroni dintr-un atom este același, atunci vor fi și opt electroni.

Numărul de neutroni se numește număr izotopic și este notat cu litera N. Numărul lor poate diferi într-un atom al aceluiași element chimic.

Suma protonilor și electronilor din nucleu se numește numărul de masă al atomului și se notează cu litera A. Astfel, formula de calcul a numărului de masă arată astfel: A = Z + N.

Izotopi

În cazul în care elementele au un număr egal de protoni și electroni, dar un număr diferit de neutroni, se numesc izotopi ai unui element chimic. Pot exista unul sau mai mulți izotopi. Ele sunt plasate în aceeași celulă a tabelului periodic.

Izotopii sunt de mare importanță în chimie și fizică. De exemplu, izotopul hidrogenului - deuteriul - se combină cu oxigenul pentru a forma o substanță complet nouă numită apă grea. Are un punct de fierbere și de congelare diferit de cel obișnuit. Iar combinația deuteriului cu un alt izotop de hidrogen, tritiul, duce la o reacție de fuziune termonucleară și poate fi folosită pentru a genera o cantitate uriașă de energie.

Masa nucleului și a particulelor subatomice

Dimensiunile și masa atomilor sunt neglijabile în mintea omului. Dimensiunea nucleelor ​​este de aproximativ 10 -12 cm.Masa unui nucleu atomic se măsoară în fizică în așa-numitele unități de masă atomică - amu.

Pentru un amu ia o doisprezecea parte din masa unui atom de carbon. Folosind unitățile de măsură uzuale (kilograme și grame), masa poate fi exprimată prin următoarea ecuație: 1 amu. = 1,660540 · 10 -24 g. Exprimată astfel, se numește masă atomică absolută.

În ciuda faptului că nucleul atomic este cea mai masivă componentă a atomului, dimensiunile sale în raport cu norul de electroni care îl înconjoară sunt extrem de mici.

Forțele nucleare

Nucleele atomice sunt extrem de rezistente. Aceasta înseamnă că protonii și neutronii sunt ținuți în nucleu printr-un fel de forță. Acestea nu pot fi forțe electromagnetice, deoarece protonii sunt ca particulele încărcate și se știe că particulele cu aceeași sarcină se resping reciproc. Forțele gravitaționale sunt prea slabe pentru a ține nucleonii împreună. În consecință, particulele sunt reținute în nucleu printr-o altă interacțiune - forțele nucleare.

Interacțiunea nucleară este considerată a fi cea mai puternică dintre toate cele existente în natură. Prin urmare, acest tip de interacțiune între elementele nucleului atomic se numește puternic. Este prezent în multe particule elementare, precum și în forțele electromagnetice.

Caracteristicile forțelor nucleare

1. Actorie scurtă. Forțele nucleare, spre deosebire de cele electromagnetice, se manifestă doar la distanțe foarte mici, comparabile cu dimensiunea nucleului.
2. Încarcă independența. Această caracteristică se manifestă prin faptul că forțele nucleare acționează în același mod asupra protonilor și neutronilor.
3. Saturare. Nucleonii nucleului interacționează numai cu un anumit număr de alți nucleoni.

Energia de legare a miezului

Un alt concept strâns legat este energia de legare a nucleelor. Energia unei legături nucleare este înțeleasă ca cantitatea de energie necesară pentru a împărți un nucleu atomic în nucleonii săi constitutivi. Este egală cu energia necesară pentru a forma un nucleu din particule individuale.

Pentru a calcula energia de legare a unui nucleu, este necesar să se cunoască masa particulelor subatomice. Calculele arată că masa unui nucleu este întotdeauna mai mică decât suma nucleonilor săi constitutivi. Un defect de masă este diferența dintre masa unui nucleu și suma protonilor și electronilor săi. Cu ajutorul relației dintre masă și energie (E = mc 2), puteți calcula energia generată în timpul formării nucleului.

Puterea energiei de legare a nucleului poate fi judecată după următorul exemplu: atunci când se formează mai multe grame de heliu, se generează aceeași cantitate de energie ca atunci când se ard mai multe tone de cărbune.

Reacții nucleare

Nucleele atomilor pot interacționa cu nucleele altor atomi. Astfel de interacțiuni se numesc reacții nucleare. Există două tipuri de reacții.

1. Reacții de fisiune. Ele apar atunci când nucleele mai grele se dezintegrează în altele mai ușoare ca rezultat al interacțiunii.
2. Reacții de sinteză. Procesul invers al fisiunii: nucleele se ciocnesc, formând astfel elemente mai grele.

Toate reacțiile nucleare sunt însoțite de eliberarea de energie, care este utilizată ulterior în industrie, în armată, în sectorul energetic și așa mai departe.

După trecerea în revistă a compoziției nucleului atomic, se pot trage următoarele concluzii.

1. Un atom este format dintr-un nucleu care conține protoni și neutroni și electroni în jurul lui.
2. Numărul de masă al unui atom este egal cu suma nucleonilor nucleului său.
3. Nucleonii sunt ținuți împreună prin interacțiuni puternice.
4. Forțele enorme care dau stabilitate nucleului atomic se numesc energii de legare a nucleului.