Ядро атома, що складається з двох нуклонів. Склад та будова атомного ядра (коротко). Особливості ядерних сил

Хроматин

1) гетерохроматин;

2) еухроматін.

Гетерохроматин

Структурний

Факультативний

Еухроматін

а) гістоновими білками;

б) негістоновими білками.

Ё Гістонові білки (гістони

Ё Негістонові білки

Ядрішко

Розмір - 1-5 мкм.

ЕФорма - сферична.

Гранулярний компонент

Фібрилярний

Ядерна оболонка

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

Внутрішня ядерна мембрана

ЕФункції:

Каріоплазма

Репродукція клітин

Ядерний апарат

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

Ядро буває кулястої чи овальної форми.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Попередня11121314151617181920212223242526Наступна

ПОДИВИТИСЯ ЩЕ:

Структура ядра та його хімічний склад

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

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

Розміри - коливаються від 3-4 до 40 мкм.

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

1. ядерні - індекс Гертвінга має більше значення;

2. Цитоплазматичні - індекс Гертвінга має незначні значення.

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

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

Ядро в клітині може перебувати у двох станах:

а) мітотичний (під час поділу);

б) інтерфазному (між розподілами).

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

1) каріопікноз - ущільнення ядра;

2) каріорексіс - розкладання ядра;

3) каріолізис – розчинення ядра.

Функції: 1) зберігання та передача генетичної інформації,

2) біосинтез білка; 3) утворення субодиниць рибосом.

Хроматин

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

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

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

Морфологічно розрізняють два види хроматину:

1) гетерохроматин;

2) еухроматін.

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

Гетерохроматин у свою чергу поділяється на:

1) структурний; 2) факультативний.

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

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

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

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

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

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

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

У різних клітинах статевий хроматин має різний вигляд:

а) у нейтрофільних лейкоцитах - вид барабанної палички;

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

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

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

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

б) спеціальні хромосомні білки;

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

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

а) гістоновими білками;

б) негістоновими білками.

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

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

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

Ядрішко

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

Розмір - 1-5 мкм.

ЕФорма - сферична.

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

Електронна мікроскопія дозволяє виявити два основні компоненти:

а) гранулярний; б) фібрилярний.

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

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

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

Ядерна оболонка

Ядерна оболонка (nuclolemma) складається з:

Фізика атомного ядра. склад ядра.

Зовнішня ядерна мембрана (m. nuclearis externa),

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

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

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

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

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

ЕФункції:

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

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

Каріоплазма

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

Репродукція клітин

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

Ядро (nucleus) клітини

ФУНКЦІЇ ЯДРУ

Хроматин –

Хромосоми

яких входять:

– гістонові білки

- Невеликі кількості РНК;

Ядерний матрикс

Складається з 3 компонентів:

стиляє ядерну оболонку.

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

Внутрішньодерна мережа (кістя).

3. «Залишкове» ядерце.

Вона складається з:

- Зовнішньої ядерної мембрани;

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

Ядрішко

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

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

ФУНКЦІЇ ЯДРУ

● зберігання та підтримання спадкової інформації

● реалізація спадкової інформації

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

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

рошо сприймає різні барвники, особливо основні.

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

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

яких входять:

– гістонові білки

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

- Невеликі кількості РНК;

- Невеликі кількості ліпідів, полісахаридів, іонів металу.

Ядерний матрикс– є каркасною внутрішньоядерною системою.

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

Складається з 3 компонентів:

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

стиляє ядерну оболонку.

2. Внутрішньодеревна мережа (кістя).

3. «Залишкове» ядерце.

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

Вона складається з:

- Зовнішньої ядерної мембрани;

– внутрішньої ядерної мембрани, між якими знаходиться перинуклеарний простір;

– двомембранна ядерна оболонка має поровий комплекс.

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

Ядро. Компоненти ядра

Містить воду та ряд

розчинених та зважених у ній речовин: РНК, глікопротеїнів,

іонів, ферментів, метаболітів.

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

Виділяють 3 компоненти ядерця:

1. Фібрилярний компонент є первинними транскриптами р-РНК.

2. Гранулярний компонент являє собою скупчення перед-

шанувальників субодиниць рибосом.

3. Аморфний компонент – ділянки ядерцевого організатора,

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

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

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

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

Ядро складається з:

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

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

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

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

два стани ядра:

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

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

ядерця включають дві зони:

1. внутрішня-фібрилярна-молекул білка і пре РНК

2. зовнішня-гранулярна-формують субодиниці рибосом.

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

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

Основні функції клітинного ядра такі:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ядро та його структурні компоненти

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

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

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

У клітині рослин частку вакуолей доводиться до 90% обсягу.

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

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

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

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

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

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

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

Кожен атом складається з ядраі атомної оболонки, До складу яких входять різні елементарні частинки - нуклониі електрони(Рис. 5.1). Ядро - центральна частина атома, що містить практично всю масу атома і має позитивний заряд. Ядро складається з протоніві нейтронів, які є двозарядними станами однієї елементарної частки - Нуклон. Заряд протону +1; нейтрону 0.

Заряд ядраатома дорівнює Z . ē , де Z– порядковий номер елементів (Атомний номер)у періодичній системі Менделєєва, що дорівнює числу протонів в ядрі; ē - Заряд електрона.

Число нуклонів у ядрі називається масовим числом елемента(A):

A = Z + N,

де Z- Число протонів; N- Число нейтронів в атомному ядрі.

Для протонів і нейтронів масове число приймають 1, для електронів 0.

Рис. 5.1. Будова атома

Загальноприйняті такі позначення для якогось хімічного елемента X: , тут A- Масове число, Z- Атомний номер елемента.

Атомні ядра одного і того ж елемента можуть містити різну кількість нейтронів N. Такі різновиди атомних ядер називаються ізотопамицього елемента. Таким чином, ізотопи мають: однаковий атомний номер, але різні масові числа A. Більшість хімічних елементів є сумішшю різних ізотопів, наприклад ізотопи урану:

.

Атомні ядра різних хімічних елементів можуть мати однакове масове число А(з різним числом протонів Z). Такі різновиди атомних ядер називаються ізобарами. Наприклад:

– – – ; –

Атомна маса

Для характеристики маси атомів та молекул використовують поняття атомної маси M- Це відносна величина, яка визначається по відношенню
до маси атома вуглецю і приймається рівною mа = 12,000 000. Для
абсолютного визначення атомної маси було введено атомна одиниця
маси(а.е.м.), яка визначається по відношенню до маси атома вуглецю в наступному вигляді:

.

Тоді атомну масу елемента можна визначити як:

де М- Атомна маса ізотопів аналізованого елемента. Це полегшує визначення маси ядер елементів, елементарних частинок, частинок – продуктів радіоактивних перетворень тощо.

Дефект маси ядра та енергія зв'язку ядра

Енергія зв'язку нуклону– фізична величина, чисельно рівна роботі, яку треба зробити видалення нуклону з ядра без повідомлення йому кінетичної енергії.

Нуклони пов'язані в ядрі завдяки ядерним силам, які значно перевершують сили електростатичного відштовхування, що діють між протонами. Для розщеплення ядра необхідно подолати ці сили, тобто витратити енергію. З'єднання нуклонів з утворенням ядра, навпаки, супроводжується вивільненням енергії, яку називають енергією зв'язку ядраΔ Wсв:

,

де - Так званий дефект маси ядра; з ≈ 3 . 10 8 м/с – швидкість світла у вакуумі.

Енергія зв'язку ядра- фізична величина, рівна роботі, яку потрібно здійснити для розщеплення ядра на окремі нуклони без повідомлення кінетичної енергії.

При утворенні ядра відбувається зменшення його маси, тобто маса ядра менше, ніж сума мас нуклонів, що складають, ця різниця називається дефектом масΔ m:

де m p- Маса протона; m n- Маса нейтрону; mядр – маса ядра.

При переході від маси ядра mядр до атомних мас елемента mа, цей вираз можна записати в наступному вигляді:

де m H – маса водню; m n-Маса нейтрону і mа – атомна маса елемента, визначені через атомну одиницю маси(А.е.м.).

Критерієм стійкості ядра є сувора відповідність у ньому числа протонів та нейтронів. Для стійкості ядер справедливе таке співвідношення:

,

де Z- Число протонів; A- Масове число елемента.

З відомих на цей час приблизно 1700 видів ядер, лише близько 270 є стабільними. Причому в природі переважають парно-парні ядра (тобто з парним числом протонів та нейтронів), які є особливо стабільними.

Радіоактивність

Радіоактивність- Перетворення нестійких ізотопів одного хімічного елемента в ізотопи іншого хімічного елемента з виділенням деяких елементарних частинок. Розрізняють: природну та штучну радіоактивність.

До основних видів відносять:

- α-випромінювання (розпад);

- β-випромінювання (розпад);

- Спонтанний поділ ядра.

Ядро елемента, що розпадається, називається материнським, а ядро ​​елемента, що утворюється - дочірнім. Мимовільний розпад атомних ядер підпорядковується наступному закону радіоактивного розпаду:

де N 0 – число ядер у хімічному елементі у початковий час; N- Число ядер в момент часу t; – так звана «постійна» розпаду, яка є частка ядер, що розпалися в одиницю часу.

Величина зворотна «постійної» розпаду, характеризує середню тривалість життя ізотопу. Характеристика стійкості ядер щодо розпаду є період напіврозпаду, Т. е. час, протягом якого початкова кількість ядер зменшується вдвічі:

Зв'язок між і :

, .

При радіоактивному розпаді виконується закон збереження заряду:

,

де – заряд «осколків», що розпалися або вийшли (утворилися); і правило збереження масових чисел:

де – масове число «уламків», що утворилися (розпалися).

5.4.1. α та β-розпад

α-розпадє випромінювання ядер гелію. Характерний для «важких» ядер із великими масовими числами A> 200 і зарядом z > 82.

Правило усунення при α-розпаді має такий вигляд (відбувається утворення нового елемента):

.

; .

Зазначимо, що α-розпад (випромінювання) має найбільшу іонізуючу здатність, але найменшу проникність.

Розрізняють такі види β-розпаду:

– електронний β-розпад (β – -розпад);

– позитронний β-розпад (β+-розпад);

- Електронне захоплення (k-захоплення).

β - -розпадвідбувається при надлишку нейтронів з виділенням електронів та антинейтрино:

.

β + -розпадвідбувається при надлишку протонів з виділенням позитронів і нейтрино:

.

Для електронного захоплення ( k-захоплення)характерно наступне перетворення:

.

Правило усунення при β-розпаді має такий вигляд (відбувається утворення нового елемента):

для β - -розпаду: ;

для β + -розпаду: .

β-розпад (випромінювання) має найменшу іонізуючу здатність, але найбільшу проникність.

α та β-випромінювання супроводжуються γ-випромінюванням, Яке є випромінювання фотонів і не є самостійним видом радіоактивного випромінювання.

γ-фотони виділяються при зменшенні енергії збуджених атомів і не викликають зміну масового числа Aта зміна заряду Z. γ-випромінювання має найбільшу проникаючу здатність.

Активність радіонуклідів

Активність радіонуклідів– міра радіоактивності, що характеризує кількість розпадів ядер за одиницю часу. Для певної кількості радіонуклідів у певному енергетичному стані в заданий момент часу активність Азадається у вигляді:

де – очікуване число спонтанних ядерних перетворень (кількість розпадів ядер), які у джерелі іонізуючого випромінювання за інтервал часу .

Мимовільне ядерне перетворення називають радіоактивним розпадом.

Одиницею вимірювання активності радіонуклідів є зворотна секунда (), що має спеціальну назву бекерель (Бк).

Беккерель дорівнює активності радіонукліда в джерелі, в якому протягом 1 сек. відбувається одне спонтанне ядерне перетворення.

Позасистемна одиниця активності – кюрі (Ku).

Кюрі – активність радіонукліду у джерелі, у якому протягом 1 сек. відбувається 3,7 . 10 10 спонтанних ядерних перетворень, тобто 1 Ku = 3,7 . 10 10 Бк.

Наприклад, приблизно 1 г чистого радію дає активність 3,7 . 10 10 ядерних розпадів за секунду.

Не всі ядра радіонукліду розпадаються одночасно. У кожну одиницю часу мимовільне ядерне перетворення відбувається з певною часткою ядер. Частка ядерних перетворень для різних радіонуклідів різна. Наприклад, із загальної кількості ядер радію щомиті розпадається 1,38 . частина, а з загальної кількостіядер радону – 2,1 . частина. Частка ядер, що розпадаються в одиницю часу, називається постійною розпаду λ .

З наведених визначень випливає, що активність Апов'язана з числом радіоактивних атомів Nу джерелі на даний момент часу співвідношенням:

З часом кількість радіоактивних атомів зменшується за законом:

, (3) – 30 років, радона поверхневої або лінійноїактивністю.

Вибір одиниць питомої активності визначається конкретним завданням. Наприклад, активність у повітрі виражають у беккерелях на кубічний метр (Бк/м 3) – об'ємна активність. Активність у воді, молоці та інших рідинах також виражається як об'ємна активність, оскільки кількість води та молока вимірюється у літрах (Бк/л). Активність у хлібі, картоплі, м'ясі та інших продуктах виражається як питома активність (Бк/кг).

Очевидно, що біологічний ефект впливу радіонуклідів на організм людини залежатиме від їхньої активності, тобто від кількості радіонукліду. Тому об'ємна та питома активність радіонуклідів у повітрі, воді, продуктах харчування, будівельних та інших матеріалах нормуються.

Оскільки протягом певного часу людина може опромінюватися різними шляхами (від надходження радіонуклідів в організм до зовнішнього опромінення), всі фактори опромінення пов'язують певною величиною, яка називається дозою опромінення.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Е, МеВ

Рівні енергії

і спостерігаються переходи для ядра атома бору

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

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

Атомне ядро
Atomic nucleus

Атомне ядро – центральна та дуже компактна частина атома, в якій зосереджена практично вся його маса та весь позитивний електричний заряд. Ядро, утримуючи поблизу себе кулонівськими силами електрони у кількості, що компенсує його позитивний заряд, утворює нейтральний атом. Більшість ядер мають форму близьку до сферичної та діаметр ≈ 10 -12 см, що на чотири порядки менше діаметра атома (10 -8 см). Щільність речовини в ядрі - близько 230 млн. Тонн/см 3 .
Атомне ядро ​​було відкрито в 1911 р. в результаті серії експериментів з розсіяння альфа-частинок тонкими золотими та платиновими фольгами, виконаних у Кембриджі (Англія) під керівництвом Е. Резерфорда. У 1932 р. після відкриття там же Дж. Чедвіком нейтрону стало ясно, що ядро ​​складається з протонів та нейтронів.
(В. Гейзенберг, Д.Д. Іваненко, Е. Майорана).
Для позначення атомного ядра використовується символ хімічного елемента атома, до складу якого входить ядро, причому верхній лівий індекс цього символу показує число нуклонів (масове число) в даному ядрі, а лівий нижній індекс - число протонів в ньому. Наприклад, ядро ​​нікелю, що містить 58 нуклонів, у тому числі 28 протонів, позначається . Це ядро ​​можна також позначати 58 Ni, або нікель-58.

Ядро – система щільно упакованих протонів і нейтронів, що рухаються зі швидкістю 10 9 -10 10 см/сек і утримуються потужними та короткодіючими ядерними силами взаємного тяжіння (область їх дії обмежена відстанями ≈ 10 -13 см). Протони і нейтрони мають розмір близько 10 -13 см і розглядаються як два різні стани однієї частинки, яка називається нуклоном. Радіус ядра можна приблизно оцінити за формулою R ≈ (1.0-1.1)·10 -13 А 1/3 см, де А – число нуклонів (сумарне число протонів та нейтронів) в ядрі. На рис. 1 показано, як змінюється щільність речовини (в одиницях 10 14 г/см 3) всередині ядра нікелю, що складається з 28 протонів і 30 нейтронів, залежно від відстані r (в одиницях 10 -13 см) до центру ядра.
Ядерна взаємодія (взаємодія між нуклонами в ядрі) виникає за рахунок того, що нуклон обмінюються мезонами. Ця взаємодія – прояв більш фундаментального сильного взаємодії між кварками, у тому числі складаються нуклони і мезони (так само сили хімічного зв'язку у молекулах – прояв більш фундаментальних електромагнітних сил).
Світ ядер дуже різноманітний. Відомо близько 3000 ядер, що відрізняються один від одного або числом протонів, або нейтронів, або тим і іншим. Більшість їх отримано штучним шляхом.
Лише 264 ядра стабільні, тобто. не відчувають згодом ніяких мимовільних перетворень, іменованих розпадами. Інші відчувають різні форми розпаду - альфа-розпад (випускання альфа-частинки, тобто ядра атома гелію); бета-розпад (одночасне випромінювання – електрона та антинейтрино або позитрону та нейтрино, а також поглинання атомарного електрона з випромінюванням нейтрино); гамма-розпад (випускання фотона) та інші.
Різні типи ядер часто називають нуклідами. Нукліди з однаковим числом протонів та різним числом нейтронів називають ізотопами. Нукліди з однаковим числом нуклонів, але різним співвідношенням протонів та нейтронів називаються ізобарами. Легкі ядра містять приблизно рівні кількості протонів та нейтронів. У важких ядер число нейтронів приблизно 1,5 разу перевищує число протонів. Найлегше ядро ​​– ядро ​​атома водню, що з одного протона. У найважчих відомих ядер (вони отримані штучно) число нуклонів ≈290. З них 116-118 протонів.
Різні комбінації кількості протонів Z та нейтронів відповідають різним атомним ядрам. Атомні ядра існують (тобто їх час життя t > 10 -23 c) ​​у досить вузькому діапазоні змін чисел Z і N. При цьому всі атомні ядра поділяються на дві великі групи – стабільні та радіоактивні (нестабільні). Стабільні ядра групуються поблизу лінії стабільності, що визначається рівнянням

Рис. 2. NZ-діаграма атомних ядер.

На рис. 2 показано NZ-діаграма атомних ядер. Чорними точками показані стабільні ядра. Область розташування стабільних ядер зазвичай називають долиною стабільності. З лівої сторони від стабільних ядер знаходяться ядра, перевантажені протонами (протоннадлишкові ядра), праворуч - ядра, перевантажені нейтронами (надмірні надлишкові ядра). Колір виділено атомні ядра, виявлені в даний час. Їх близько 3,5 тисяч. Вважається, що загалом їх має бути 7 – 7.5 тисяч. Протонадлишкові ядра (малиновий колір) є радіоактивними і перетворюються на стабільні в основному в результаті β + -розпадів, протон, що входить до складу ядра при цьому перетворюється на нейтрон. Нейтронадлишкові ядра (блакитний колір) також є радіоактивними і перетворюються на стабільні в результаті -розпадів, з перетворенням нейтрона ядра в протон.
Найважчими стабільними ізотопами є ізотопи свинцю (Z = 82) та вісмуту (Z = 83). Тяжкі ядра поряд з процесами β + і β - -розпаду схильні також α-розпаду (жовтий колір) і спонтанному поділу, які стають їх основними каналами розпаду. Пунктирна лінія на рис. 2 окреслює сферу можливого існування атомних ядер. Лінія B p = 0 (B p – енергія відділення протону) обмежує сферу існування атомних ядер зліва (proton drip-line). Лінія B n = 0 (B n – енергія відокремлення нейтрону) – справа (neutron drip-line). Поза цими кордонами атомні ядра існувати що неспроможні, оскільки вони розпадаються за характерний ядерний час (~10 -23 – 10 -22 c) з нуклонів.
При з'єднанні (синтезі) двох легких ядер і розподілі важкого ядра на два легших осколка виділяється велика енергія. Ці два способи отримання енергії – найефективніші з усіх відомих. Так 1 грам ядерного палива еквівалентний 10 тонн хімічного палива. Синтез ядер (термоядерні реакції) є джерелом енергії зірок. Некерований (вибуховий) синтез здійснюється при підриві термоядерної (або так званої "водневої") бомби. Керований (повільний) синтез лежить в основі перспективного джерела енергії, що розробляється - термоядерного реактора.
Некерований (вибуховий) поділ відбувається під час вибуху атомної бомби. Керований поділ здійснюється в ядерних реакторах, що є джерелами енергії в атомних електростанціях.
Для теоретичного опису атомних ядер використовується квантова механіка та різні моделі.
Ядро може поводитися як і газ (квантовий газ) і як рідина (квантова рідина). Холодна ядерна рідина має властивості надплинності. У сильно нагрітому ядрі відбувається розпад нуклонів на їх кварки. Ці кварки взаємодіють обміном глюон. Внаслідок такого розпаду сукупність нуклонів усередині ядра перетворюється на новий стан матерії – кварк-глюонну плазму.

Ядро атома складається з нуклонів, які поділяються на протони та нейтрони.

Символічне позначення ядра атома:

А-число нуклонів, тобто. протонів + нейтронів (або атомна маса)
Z- число протонів (рівно числу електронів)
N-число нейтронів (або атомний номер)

ЯДЕРНІ СИЛИ

Діють між усіма нуклонами у ядрі;
- сили тяжіння;
- короткодіючі

Нуклони притягуються один до одного ядерними силами, які зовсім не схожі ні на гравітаційні, ні на електростатичні. . Ядерні сили дуже швидко спадають з відстанню. Радіус їхньої дії близько 0,000 000 000 000 001 метра.
Для цієї надмалої довжини, що характеризує розміри атомних ядер, запровадили спеціальне позначення - 1 Фм (на честь італійського фізика Еге. Фермі, 1901-1954). Усі ядра мають розміри кількох ферм. Радіус ядерних сил дорівнює розміру нуклону, тому ядра - згустки щільної матерії. Можливо, найщільнішою в земних умовах.
Ядерні сили – сильні взаємодії. Вони багаторазово перевершують кулонівську силу (на однаковій відстані). Короткодія обмежує дію ядерних сил. Зі зростанням числа нуклонів ядра стають нестійкими, і тому більшість важких ядер радіоактивні, а дуже важкі взагалі можуть існувати.
Кінцева кількість елементів у природі – наслідок короткодії ядерних сил.

Будова атома - Класна фізика

Чи знаєте ви?

У середині ХХ століття теорія ядра передбачила існування стабільних елементів із порядковими номерами Z = =110 -114.
У Дубні був отриманий 114-й елемент з атомною масою А = 289, який "жив" всього 30 секунд, що неймовірно довго для атома з ядром такого розміру.
Сьогодні теоретики вже обговорюють властивості надважких ядер масою 300 і навіть 500.

Атоми з однаковими атомними номерами називають ізотопами: у таблиці Менделєєва
вони розташовані в одній клітинці (грецькою ізос - рівний, топос - місце).
Хімічні властивості ізотопів майже тотожні.
Якщо елементів всього у природі - близько 100, то ізотопів - понад 2000. Багато хто з них нестійкі, тобто радіоактивні, і розпадаються, випромінюючи різні види випромінювань.
Ізотопи того самого елемента за складом відрізняються лише кількістю нейтронів в ядрі.

Ізотопи водню.

Якщо видалити простір з усіх атомів людського тілате, що залишиться, зможе пролізти в вушко голки.

Допитливим

«Глісуючі» автомобілі

Якщо, рухаючись на автомобілі мокрою дорогою з великою швидкістю, різко загальмувати, то автомобіль поведеться як глісер; шини його почнуть ковзати тонкою плівкою води, практично не торкаючись дороги. Чому це відбувається? Чому автомобіль не завжди ковзає на мокрій дорозі, навіть якщо гальмо не натиснуто? Чи існує такий рисунок протектора, який зменшує цей ефект?

Виявляється...
Пропонувалося кілька малюнків протектора, що зменшує ймовірність "аквапланування". Наприклад, канавка може відводити воду до задньої точки контакту протектора з дорогою, звідки вода викидатиметься назовні. За іншими, дрібнішими канавками вода може відводитися убік. Нарешті, невеликі заглиблення на протекторі можуть «промокати» водяний шар на дорозі, торкаючись до нього безпосередньо перед зоною основного контакту протектора з дорожнім покриттям. У всіх випадках завдання полягає в тому, щоб якнайшвидше прибрати воду із зони контакту і не допустити аквапланування.