Upang mga nucleic acid isama ang mga high-polymer compound na nabubulok sa panahon ng hydrolysis sa purine at pyrimidine base, pentose at phosphoric acid. Ang mga nucleic acid ay naglalaman ng carbon, hydrogen, phosphorus, oxygen at nitrogen. Mayroong dalawang klase ng mga nucleic acid: ribonucleic acids (RNA) at mga deoxyribonucleic acid (DNA).

Istraktura at pag-andar ng DNA

DNA- isang polimer na ang mga monomer ay deoxyribonucleotides. Ang modelo ng spatial na istraktura ng molekula ng DNA sa anyo ng isang double helix ay iminungkahi noong 1953 nina J. Watson at F. Crick (upang bumuo ng modelong ito, ginamit nila ang gawain ni M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff).

Molekyul ng DNA nabuo sa pamamagitan ng dalawang polynucleotide chain, spirally twisted sa paligid ng bawat isa at magkasama sa paligid ng isang haka-haka axis, i.e. ay isang double helix (exception - ilang mga virus na naglalaman ng DNA ay may single-stranded DNA). Ang diameter ng DNA double helix ay 2 nm, ang distansya sa pagitan ng mga katabing nucleotides ay 0.34 nm, at mayroong 10 pares ng nucleotides sa bawat pagliko ng helix. Ang haba ng molekula ay maaaring umabot ng ilang sentimetro. Molecular weight - sampu at daan-daang milyon. Ang kabuuang haba ng DNA sa human cell nucleus ay humigit-kumulang 2 m. Sa eukaryotic cells, ang DNA ay bumubuo ng mga complex na may mga protina at may partikular na spatial conformation.

DNA monomer - nucleotide (deoxyribonucleotide)- binubuo ng mga nalalabi ng tatlong sangkap: 1) isang nitrogenous base, 2) isang limang-carbon monosaccharide (pentose) at 3) phosphoric acid. Ang mga nitrogenous base ng mga nucleic acid ay nabibilang sa mga klase ng pyrimidines at purines. Pyrimidine base ng DNA(may isang singsing sa kanilang molekula) - thymine, cytosine. Mga base ng purine(may dalawang singsing) - adenine at guanine.

Ang monosaccharide ng DNA nucleotide ay kinakatawan ng deoxyribose.

Ang pangalan ng nucleotide ay nagmula sa pangalan ng kaukulang base. Ang mga nucleotide at nitrogenous base ay ipinahiwatig ng malalaking titik.

Ang isang polynucleotide chain ay nabuo bilang isang resulta ng nucleotide condensation reactions. Sa kasong ito, sa pagitan ng 3 "-carbon ng deoxyribose na nalalabi ng isang nucleotide at ng phosphoric acid na nalalabi ng isa pa, bono ng phosphoether( nabibilang sa kategorya ng malakas na covalent bonds). Ang isang dulo ng polynucleotide chain ay nagtatapos sa isang 5 "carbon (ito ay tinatawag na 5" na dulo), ang isa ay nagtatapos sa isang 3 "carbon (3" na dulo).

Laban sa isang kadena ng mga nucleotides ay isang pangalawang kadena. Ang pag-aayos ng mga nucleotide sa dalawang chain na ito ay hindi random, ngunit mahigpit na tinukoy: ang thymine ay palaging matatagpuan sa tapat ng adenine ng isang chain sa kabilang chain, at ang cytosine ay palaging matatagpuan sa tapat ng guanine, dalawang hydrogen bond ang lumitaw sa pagitan ng adenine at thymine, tatlong hydrogen. mga bono sa pagitan ng guanine at cytosine. Ang pattern ayon sa kung saan ang mga nucleotide ng iba't ibang mga strand ng DNA ay mahigpit na iniutos (adenine - thymine, guanine - cytosine) at piling kumonekta sa isa't isa ay tinatawag ang prinsipyo ng complementarity. Dapat pansinin na sina J. Watson at F. Crick ay naunawaan ang prinsipyo ng complementarity pagkatapos basahin ang mga gawa ni E. Chargaff. E. Chargaff, na pinag-aralan ang isang malaking bilang ng mga sample ng mga tisyu at organo ng iba't ibang mga organismo, natagpuan na sa anumang fragment ng DNA ang nilalaman ng mga residu ng guanine ay palaging eksaktong tumutugma sa nilalaman ng cytosine, at adenine sa thymine ( "Pamumuno ni Chargaff"), ngunit hindi niya maipaliwanag ang katotohanang ito.

Mula sa prinsipyo ng complementarity, ito ay sumusunod na ang nucleotide sequence ng isang chain ay tumutukoy sa nucleotide sequence ng isa pa.

Ang mga hibla ng DNA ay antiparallel (kabaligtaran), i.e. Ang mga nucleotide ng iba't ibang mga kadena ay matatagpuan sa magkasalungat na direksyon, at, samakatuwid, sa tapat ng 3 "dulo ng isang kadena ay ang 5" na dulo ng isa pa. Ang molekula ng DNA kung minsan ay inihahambing sa isang spiral staircase. Ang "rehas" ng hagdan na ito ay ang sugar-phosphate backbone (alternating residues ng deoxyribose at phosphoric acid); Ang "mga hakbang" ay mga pantulong na nitrogenous base.

Pag-andar ng DNA- imbakan at paghahatid ng namamana na impormasyon.

Pagtitiklop (reduplikasyon) ng DNA

- ang proseso ng pagdodoble sa sarili, ang pangunahing pag-aari ng molekula ng DNA. Ang pagtitiklop ay kabilang sa kategorya ng mga reaksyon ng synthesis ng matrix at kinabibilangan ng mga enzyme. Sa ilalim ng pagkilos ng mga enzyme, ang molekula ng DNA ay nag-unwinds, at sa paligid ng bawat strand na kumikilos bilang isang template, isang bagong strand ay nakumpleto ayon sa mga prinsipyo ng complementarity at antiparallelism. Kaya, sa bawat DNA ng anak na babae, ang isang strand ay ang parent strand, at ang pangalawang strand ay bagong synthesize. Ang ganitong uri ng synthesis ay tinatawag semi-konserbatibo.

Ang "materyal na gusali" at pinagmumulan ng enerhiya para sa pagtitiklop ay deoxyribonucleoside triphosphate(ATP, TTP, GTP, CTP) na naglalaman ng tatlong phosphoric acid residues. Kapag ang mga deoxyribonucleoside triphosphate ay kasama sa polynucleotide chain, dalawang terminal residues ng phosphoric acid ay pinuputol, at ang inilabas na enerhiya ay ginagamit upang bumuo ng isang phosphodiester bond sa pagitan ng mga nucleotides.

Ang mga sumusunod na enzyme ay kasangkot sa pagtitiklop:

1. helicase ("unwind" DNA);
2. destabilizing protina;
3. DNA topoisomerases (cut DNA);
4. DNA polymerases (piliin ang deoxyribonucleoside triphosphate at komplementaryong ikabit ang mga ito sa DNA template chain);
5. RNA primases (form RNA primers, primers);
6. DNA ligases (magtahi ng mga fragment ng DNA).

Sa tulong ng mga helicase, ang DNA ay hindi nababaluktot sa ilang mga rehiyon, ang mga single-stranded na rehiyon ng DNA ay nakatali sa pamamagitan ng mga destabilizing na protina, at tinidor ng pagtitiklop. Sa pagkakaiba ng 10 pares ng nucleotides (isang pagliko ng helix), ang molekula ng DNA ay dapat kumpletuhin ang isang kumpletong rebolusyon sa paligid ng axis nito. Upang maiwasan ang pag-ikot na ito, pinuputol ng DNA topoisomerase ang isang DNA strand, na nagpapahintulot dito na umikot sa paligid ng pangalawang strand.

Ang DNA polymerase ay maaari lamang mag-attach ng nucleotide sa 3" carbon ng deoxyribose ng nakaraang nucleotide, kaya ang enzyme na ito ay nakakagalaw sa template DNA sa isang direksyon lamang: mula sa 3" dulo hanggang 5" na dulo ng template na DNA na ito. Dahil ang mga kadena sa maternal DNA ay antiparallel , sa magkaibang mga kadena nito ang pagpupulong ng mga anak na babae na polynucleotide chain ay nangyayari sa iba't ibang paraan at sa magkasalungat na direksyon. Sa 3 "-5" chain, ang synthesis ng anak na babae na polynucleotide chain ay nagpapatuloy nang walang pagkagambala; ito anak na kadena ang tatawagin nangunguna. Sa kadena 5 "-3" - paulit-ulit, sa mga fragment ( mga fragment ng Okazaki), na, pagkatapos makumpleto ang pagtitiklop ng DNA ligases, ay pinagsama sa isang strand; tatawagin itong child chain nahuhuli (nahuhuli).

Ang isang tampok ng DNA polymerase ay na maaari nitong simulan ang trabaho nito lamang sa "mga buto" (panimulang aklat). Ang papel na ginagampanan ng "mga buto" ay ginagampanan ng mga maikling RNA sequence na nabuo kasama ng partisipasyon ng RNA primase enzyme at ipinares sa template na DNA. Ang mga primer ng RNA ay tinanggal pagkatapos makumpleto ang pagpupulong ng mga polynucleotide chain.

Parehong nagpapatuloy ang pagtitiklop sa mga prokaryote at eukaryotes. Ang rate ng DNA synthesis sa prokaryotes ay isang order ng magnitude na mas mataas (1000 nucleotides per second) kaysa sa eukaryotes (100 nucleotides per second). Ang pagtitiklop ay nagsisimula nang sabay-sabay sa ilang mga rehiyon ng molekula ng DNA. Ang isang piraso ng DNA mula sa isang pinagmulan ng pagtitiklop patungo sa isa pa ay bumubuo ng isang yunit ng pagtitiklop - replicon.

Ang pagtitiklop ay nangyayari bago ang paghahati ng cell. Salamat sa kakayahang ito ng DNA, ang paglipat ng namamana na impormasyon mula sa cell ng ina sa mga cell ng anak na babae ay isinasagawa.

Pag-aayos ("pag-aayos")

reparasyon ay ang proseso ng pag-aayos ng pinsala sa nucleotide sequence ng DNA. Ito ay isinasagawa ng mga espesyal na sistema ng enzyme ng cell ( pag-aayos ng mga enzyme). Ang mga sumusunod na yugto ay maaaring makilala sa proseso ng pagkukumpuni ng istruktura ng DNA: 1) Kinikilala at inaalis ng mga DNA-repairing nucleases ang nasirang lugar, na nagreresulta sa isang puwang sa DNA chain; 2) Pinupuan ng DNA polymerase ang puwang na ito sa pamamagitan ng pagkopya ng impormasyon mula sa pangalawang (“magandang”) strand; 3) Ang DNA ligase ay "nag-crosslink" sa mga nucleotide, na nakumpleto ang pag-aayos.

Tatlong mekanismo ng pagkukumpuni ang pinakamaraming pinag-aralan: 1) photoreparation, 2) excise o pre-replicative repair, 3) post-replicative repair.

Ang mga pagbabago sa istraktura ng DNA ay patuloy na nangyayari sa cell sa ilalim ng impluwensya ng mga reaktibong metabolite, ultraviolet radiation, mabibigat na metal at kanilang mga asing-gamot, atbp. Samakatuwid, ang mga depekto sa mga sistema ng pag-aayos ay nagpapataas ng rate ng mga proseso ng mutation at nagiging sanhi ng mga namamana na sakit (xeroderma pigmentosa, progeria , atbp.).

Istraktura at pag-andar ng RNA

ay isang polimer na ang mga monomer ay ribonucleotides. Hindi tulad ng DNA, ang RNA ay nabuo hindi ng dalawa, ngunit ng isang polynucleotide chain (pagbubukod - ang ilang mga virus na naglalaman ng RNA ay may double-stranded na RNA). Ang mga nucleotide ng RNA ay may kakayahang bumuo ng mga bono ng hydrogen sa bawat isa. Ang mga chain ng RNA ay mas maikli kaysa sa mga chain ng DNA.

RNA monomer - nucleotide (ribonucleotide)- binubuo ng mga nalalabi ng tatlong sangkap: 1) isang nitrogenous base, 2) isang limang-carbon monosaccharide (pentose) at 3) phosphoric acid. Ang mga nitrogenous base ng RNA ay nabibilang din sa mga klase ng pyrimidines at purines.

Ang mga base ng pyrimidine ng RNA ay uracil, cytosine, at ang mga base ng purine ay adenine at guanine. Ang RNA nucleotide monosaccharide ay kinakatawan ng ribose.

Maglaan tatlong uri ng RNA: 1) impormasyon(matrix) RNA - mRNA (mRNA), 2) transportasyon RNA - tRNA, 3) ribosomal RNA - rRNA.

Ang lahat ng mga uri ng RNA ay walang sanga na polynucleotides, mayroong isang tiyak na spatial conformation at nakikibahagi sa mga proseso ng synthesis ng protina. Ang impormasyon tungkol sa istruktura ng lahat ng uri ng RNA ay nakaimbak sa DNA. Ang proseso ng RNA synthesis sa isang template ng DNA ay tinatawag na transkripsyon.

Ilipat ang mga RNA karaniwang naglalaman ng 76 (mula 75 hanggang 95) nucleotides; molekular na timbang - 25,000-30,000. Ang bahagi ng tRNA ay humigit-kumulang 10% ng kabuuang nilalaman ng RNA sa cell. mga function ng tRNA: 1) transportasyon ng mga amino acid sa site ng synthesis ng protina, sa ribosomes, 2) translational mediator. Humigit-kumulang 40 uri ng tRNA ang matatagpuan sa cell, bawat isa sa kanila ay may katangian ng pagkakasunud-sunod ng nucleotide para lamang dito. Gayunpaman, ang lahat ng mga tRNA ay may ilang mga intramolecular na pantulong na rehiyon, dahil sa kung saan ang mga tRNA ay nakakakuha ng isang conform na kahawig ng isang dahon ng klouber sa hugis. Anumang tRNA ay may loop para sa contact sa ribosome (1), isang anticodon loop (2), isang loop para sa contact sa enzyme (3), isang acceptor stem (4), at isang anticodon (5). Ang amino acid ay nakakabit sa 3' dulo ng acceptor stem. Anticodon- tatlong nucleotides na "kinikilala" ang mRNA codon. Dapat itong bigyang-diin na ang isang partikular na tRNA ay maaaring maghatid ng isang mahigpit na tinukoy na amino acid na naaayon sa anticodon nito. Ang pagtitiyak ng koneksyon ng mga amino acid at tRNA ay nakamit dahil sa mga katangian ng enzyme aminoacyl-tRNA synthetase.

Ribosomal RNA naglalaman ng 3000-5000 nucleotides; molekular na timbang - 1,000,000-1,500,000. Ang rRNA ay bumubuo ng 80-85% ng kabuuang nilalaman ng RNA sa cell. Sa kumbinasyon ng mga ribosomal na protina, ang rRNA ay bumubuo ng mga ribosom - mga organel na nagsasagawa ng synthesis ng protina. Sa mga eukaryotic cells, ang rRNA synthesis ay nangyayari sa nucleolus. mga function ng rRNA: 1) isang kinakailangang bahagi ng istruktura ng mga ribosom at, sa gayon, tinitiyak ang paggana ng mga ribosom; 2) tinitiyak ang pakikipag-ugnayan ng ribosome at tRNA; 3) paunang pagbubuklod ng ribosome at ang mRNA initiator codon at pagpapasiya ng frame ng pagbabasa, 4) pagbuo ng aktibong sentro ng ribosome.

Impormasyon RNA iba-iba ang nilalaman ng nucleotide at molekular na timbang (mula 50,000 hanggang 4,000,000). Ang bahagi ng mRNA ay umabot ng hanggang 5% ng kabuuang nilalaman ng RNA sa cell. Mga function ng mRNA: 1) paglipat ng genetic na impormasyon mula sa DNA patungo sa ribosome, 2) isang matrix para sa synthesis ng isang molekula ng protina, 3) pagpapasiya ng pagkakasunud-sunod ng amino acid ng pangunahing istraktura ng isang molekula ng protina.

Ang istraktura at pag-andar ng ATP

Adenosine triphosphoric acid (ATP) ay isang unibersal na pinagmumulan at pangunahing nagtitipon ng enerhiya sa mga buhay na selula. Ang ATP ay matatagpuan sa lahat ng mga selula ng halaman at hayop. Ang halaga ng ATP ay nasa average na 0.04% (ng hilaw na masa ng cell), ang pinakamalaking halaga ng ATP (0.2-0.5%) ay matatagpuan sa mga kalamnan ng kalansay.

Ang ATP ay binubuo ng mga nalalabi: 1) isang nitrogenous base (adenine), 2) isang monosaccharide (ribose), 3) tatlong phosphoric acid. Dahil ang ATP ay naglalaman ng hindi isa, ngunit tatlong nalalabi ng phosphoric acid, ito ay kabilang sa ribonucleoside triphosphates.

Para sa karamihan ng mga uri ng trabaho na nagaganap sa mga cell, ang enerhiya ng ATP hydrolysis ay ginagamit. Kasabay nito, kapag ang terminal residue ng phosphoric acid ay na-cleaved, ang ATP ay na-convert sa ADP (adenosine diphosphoric acid), kapag ang pangalawang phosphoric acid residue ay na-cleaved, ito ay nagiging AMP (adenosine monophosphoric acid). Ang ani ng libreng enerhiya sa panahon ng pag-aalis ng parehong terminal at ang pangalawang nalalabi ng phosphoric acid ay 30.6 kJ bawat isa. Ang cleavage ng ikatlong pangkat ng pospeyt ay sinamahan ng paglabas ng 13.8 kJ lamang. Ang mga bono sa pagitan ng terminal at ang pangalawa, ikalawa at unang nalalabi ng phosphoric acid ay tinatawag na macroergic (high-energy).

Ang mga reserbang ATP ay patuloy na pinupunan. Sa mga selula ng lahat ng mga organismo, ang ATP synthesis ay nangyayari sa proseso ng phosphorylation, i.e. pagdaragdag ng phosphoric acid sa ADP. Ang phosphorylation ay nangyayari na may iba't ibang intensity sa panahon ng paghinga (mitochondria), glycolysis (cytoplasm), photosynthesis (chloroplasts).

Ang ATP ay ang pangunahing link sa pagitan ng mga proseso na sinamahan ng pagpapalabas at akumulasyon ng enerhiya, at mga proseso na nangangailangan ng enerhiya. Bilang karagdagan, ang ATP, kasama ang iba pang ribonucleoside triphosphate (GTP, CTP, UTP), ay isang substrate para sa RNA synthesis.

Pumunta sa lektura №3"Ang istraktura at pag-andar ng mga protina. Mga Enzyme»

Pumunta sa lektura bilang 5"Teorya ng Cell. Mga uri ng organisasyong cellular»

Para sa karagdagang pag-unlad ng nuclear physics (sa partikular, upang pag-aralan ang istraktura ng atomic nuclei), kinakailangan ang mga espesyal na aparato kung saan posible na magrehistro ng nuclei at iba't ibang mga particle, pati na rin pag-aralan ang kanilang mga pakikipag-ugnayan.

Ang isa sa mga paraan ng pag-detect ng particle na kilala mo - ang paraan ng scintillation - ay hindi nagbibigay ng kinakailangang katumpakan, dahil ang resulta ng pagbibilang ay kumikislap sa screen sa isang malaking lawak ay nakasalalay sa visual acuity ng tagamasid. Bilang karagdagan, imposible ang pangmatagalang pagmamasid, dahil ang mata ay mabilis na napapagod.

Ang isang mas advanced na aparato para sa pagrerehistro ng mga particle ay ang tinatawag na Geiger counter, na imbento noong 1908 ng German physicist na si Hans Geiger.

Upang isaalang-alang ang device at ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng device na ito, buksan natin ang Figure 159. Ang Geiger counter ay binubuo ng isang metal cylinder, na siyang cathode (i.e., isang negatively charged electrode), at isang manipis na wire na nakaunat sa axis nito - ang anode (i.e., positibong elektrod). Ang katod at anode ay konektado sa pamamagitan ng paglaban R sa isang mataas na boltahe na pinagmulan (ng pagkakasunud-sunod ng 200-1000 V), dahil sa kung saan ang isang malakas na electric field ay lumitaw sa espasyo sa pagitan ng mga electrodes. Ang parehong mga electrodes ay inilalagay sa isang selyadong glass tube na puno ng isang rarefied gas (karaniwan ay argon).

kanin. 159. Diagram ng device ng Geiger counter

Hangga't ang gas ay hindi naka-ionize, walang kasalukuyang sa electrical circuit ng pinagmumulan ng boltahe. Kung, gayunpaman, ang ilang particle na may kakayahang mag-ionize ng mga atom ng gas ay lilipad sa tubo sa pamamagitan ng mga dingding nito, kung gayon ang isang tiyak na halaga ng mga pares ng electron-ion ay nabuo sa tubo. Ang mga electron at ion ay nagsisimulang lumipat patungo sa kaukulang mga electrodes.

Kung ang lakas ng patlang ng kuryente ay sapat na mataas, kung gayon ang mga electron sa ibig sabihin ng libreng landas (i.e., sa pagitan ng mga banggaan sa mga molekula ng gas) ay nakakakuha ng sapat na malaking enerhiya at nag-ionize din ng mga atomo ng gas, na bumubuo ng isang bagong henerasyon ng mga ions at electron, na maaari ring tumagal. bahagi sa ionization, at iba pa. Ang isang tinatawag na electron-ion avalanche ay nabuo sa tubo, bilang isang resulta kung saan mayroong isang panandalian at matalim na pagtaas sa kasalukuyang lakas sa circuit at ang boltahe sa paglaban ng R. Ang boltahe na pulso, na nagpapahiwatig na ang isang butil ay pumasok sa counter, ay naitala ng isang espesyal na aparato.

Dahil ang paglaban ng R ay napakataas (sa pagkakasunud-sunod ng 10 9 Ohm), pagkatapos ay sa sandali ng kasalukuyang daloy, ang pangunahing bahagi ng pinagmulan ng boltahe ay eksaktong bumababa dito, bilang isang resulta kung saan ang boltahe sa pagitan ng katod at anode ay bumababa. nang husto at ang paglabas ay awtomatikong hihinto (dahil ang boltahe na ito ay nagiging hindi sapat para sa pagbuo ng mga bagong henerasyon ng mga pares ng electron-ion). Ang aparato ay handa na upang irehistro ang susunod na particle.

Ang Geiger counter ay pangunahing ginagamit para sa pagrerehistro ng mga electron, ngunit may mga modelo na angkop din para sa pagrehistro ng γ-quanta.

Pinapayagan ka lamang ng counter na irehistro ang katotohanan na ang isang maliit na butil ay lumilipad dito. Ang mas malaking pagkakataon para sa pag-aaral ng microcosm ay ibinibigay ng device na naimbento ng Scottish physicist na si Charles Wilson noong 1912 at tinawag na cloud chamber.

Ang cloud chamber (Fig. 160) ay binubuo ng isang mababang glass cylinder CC na may glass cover LL (ang silindro ay ipinapakita sa seksyon sa figure). Maaaring gumalaw ang Piston P sa loob ng cylinder. Sa ilalim ng chamber ay isang itim na tela FF. Dahil sa ang katunayan na ang tissue ay moistened na may pinaghalong tubig at ethyl alcohol, ang hangin sa silid ay puspos ng mga singaw ng mga likidong ito.

kanin. 160. Scheme ng cloud chamber ng device

Sa mabilis na pababang paggalaw ng piston, lumalawak ang hangin at mga singaw ng mga likido sa silid, bumababa ang kanilang panloob na enerhiya, at bumababa ang temperatura.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, magdudulot ito ng vapor condensation (fog). Gayunpaman, hindi ito nangyayari sa silid ng ulap, dahil ang tinatawag na condensation nuclei (mga particle ng alikabok, ion, atbp.) ay dati nang inalis mula dito. Samakatuwid, sa kasong ito, habang bumababa ang temperatura sa silid, ang mga singaw ng mga likido ay nagiging supersaturated, ibig sabihin, pumasa sila sa isang hindi matatag na estado kung saan madali silang mag-condense sa anumang condensation nuclei na nabuo sa silid, halimbawa, sa mga ion. .

Ang pinag-aralan na mga particle ay ipinapasok sa silid sa pamamagitan ng isang manipis na bintana (kung minsan ang pinagmulan ng butil ay inilalagay sa loob ng silid). Lumilipad sa mataas na bilis sa pamamagitan ng gas, ang mga particle ay lumilikha ng mga ion sa kanilang daan. Ang mga ion na ito ay nagiging condensation nuclei, kung saan ang mga likidong singaw ay nagpapalapot sa anyo ng mga maliliit na patak (ang singaw ng tubig ay namumuo pangunahin sa mga negatibong ion, ang singaw ng ethyl alkohol sa mga positibo). Sa buong landas ng butil, lumilitaw ang isang manipis na bakas ng mga droplet (track), dahil sa kung saan nakikita ang tilapon ng paggalaw nito.

Kung maglalagay ka ng cloud chamber sa isang magnetic field, kung gayon ang mga trajectory ng mga sisingilin na particle ay hubog. Sa direksyon ng baluktot na bakas, mahuhusgahan ng isa ang tanda ng singil ng butil, at sa radius ng curvature, matutukoy ng isa ang masa, enerhiya, at singil nito.

Ang mga track ay hindi umiiral sa silid nang matagal, dahil ang hangin ay umiinit, tumatanggap ng init mula sa mga dingding ng silid, at ang mga patak ay sumingaw. Upang makakuha ng mga bagong bakas, kinakailangan upang alisin ang mga umiiral na mga ion gamit ang isang electric field, i-compress ang hangin gamit ang isang piston, maghintay hanggang ang hangin sa silid, pinainit sa panahon ng compression, lumamig, at magsagawa ng bagong pagpapalawak.

Karaniwan, ang mga track ng particle sa isang silid ng ulap ay hindi lamang sinusunod, ngunit nakuhanan din ng litrato. Sa kasong ito, ang silid ay iluminado mula sa gilid na may isang malakas na sinag ng liwanag na sinag, tulad ng ipinapakita sa Figure 160.

Gamit ang cloud chamber, maraming mahahalagang pagtuklas ang ginawa sa larangan ng nuclear physics at elementary particle physics.

Ang isa sa mga uri ng cloud chamber ay ang bubble chamber na naimbento noong 1952. Gumagana ito sa halos parehong prinsipyo tulad ng cloud chamber, ngunit sa halip na supersaturated na singaw, gumagamit ito ng likidong pinainit sa itaas ng kumukulo (halimbawa, likidong hydrogen). Kapag ang isang sisingilin na particle ay gumagalaw sa likidong ito kasama ang tilapon nito, isang serye ng mga bula ng singaw ay nabuo. Ang bubble chamber ay mas mabilis kaysa sa cloud chamber.

Mga tanong

1. Ayon sa Figure 159, sabihin sa amin ang tungkol sa device at ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng Geiger counter.
2. Anong uri ng mga particle ang ginagamit sa isang Geiger counter?
3. Ayon sa Figure 160, sabihin sa amin ang tungkol sa device at ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng cloud chamber.
4. Anong mga katangian ng mga particle ang maaaring matukoy gamit ang isang cloud chamber na inilagay sa isang magnetic field?
5. Ano ang bentahe ng bubble chamber sa cloud chamber? Paano naiiba ang mga device na ito?

Ang mga elemento ng elementarya ay maaaring maobserbahan dahil sa mga bakas na iniiwan nito kapag dumadaan sa bagay. Ang likas na katangian ng mga bakas ay ginagawang posible upang hatulan ang tanda ng singil ng butil, enerhiya nito, at momentum. Ang mga naka-charge na particle ay nagdudulot ng ionization ng mga molekula sa kanilang landas. Ang mga neutral na particle ay hindi nag-iiwan ng mga bakas sa kanilang daan, ngunit maaari nilang ipakita ang kanilang mga sarili sa sandali ng pagkabulok sa mga sisingilin na particle o sa sandali ng banggaan sa anumang nucleus. Samakatuwid, ang mga neutral na particle ay nakikita rin sa pamamagitan ng ionization na dulot ng nabuo o sisingilin na mga particle.

Gas discharge Geiger counter. Ang Geiger counter ay isang aparato para sa awtomatikong pagbibilang ng mga particle. Ang counter ay binubuo ng isang glass tube na natatakpan mula sa loob na may metal layer (cathode) at isang manipis na metal thread na tumatakbo sa axis ng tube (anode).

Ang tubo ay karaniwang puno ng isang inert gas (argon). Ang pagpapatakbo ng device ay batay sa impact ionization. Ang isang sisingilin na particle na lumilipad sa isang gas ay bumangga sa mga atom, na nagreresulta sa paglikha ng mga positibong gas ions at electron. Ang electric field sa pagitan ng cathode at anode ay nagpapabilis sa mga electron sa mga enerhiya kung saan nagsisimula ang impact ionization. Lumilitaw ang isang avalanche ng mga ions at electron, at ang kasalukuyang sa pamamagitan ng counter ay tumataas nang husto. Sa kasong ito, ang isang boltahe na pulso ay nabuo sa paglaban ng pagkarga R, na pinapakain sa aparato ng pagbibilang.

Ang Geiger counter ay pangunahing ginagamit upang magrehistro ng mga electron at -quanta. Ang pagpaparehistro ng mga mabibigat na particle (halimbawa, -particle) ay mahirap, dahil mahirap gawing transparent ang isang sapat na manipis na "window" para sa mga particle na ito sa counter.

silid ng ulap. Sa isang cloud chamber, na itinayo noong 1912, ang isang naka-charge na particle ay nag-iiwan ng isang tugaygayan na maaaring direktang obserbahan o kunan ng larawan. Ang pagpapatakbo ng silid ay batay sa paghalay ng supersaturated na singaw sa mga ions upang bumuo ng mga patak ng tubig. Ang mga ion na ito ay nilikha kasama ang tilapon nito sa pamamagitan ng isang gumagalaw na sisingilin na particle. Sa haba ng bakas (track) na iniwan ng particle, matutukoy ng isa ang enerhiya ng particle, at sa bilang ng mga droplet sa bawat yunit ng haba ng track, matatantiya ng isa ang bilis nito. Ang mga particle na may mataas na charge ay nag-iiwan ng mas makapal na track.

silid ng bula. Noong 1952 Iminungkahi ng American scientist na si D. Glaser ang paggamit ng superheated na likido upang makita ang mga track ng particle. Ang isang ionizing particle na lumilipad sa silid ay nagdudulot ng mabilis na pagkulo ng likido, bilang isang resulta kung saan ang bakas ng butil ay lumabas na ipinahiwatig ng isang kadena ng mga bula ng singaw - nabuo ang isang track.

silid ng emulsyon. Ang mga pisikong Sobyet na si L.V. Mysovsky at A.P. Si Zhdanov ang unang gumamit ng mga photographic plate para magrehistro ng mga microparticle. Ang mga naka-charge na particle ay may parehong epekto sa photographic emulsion tulad ng mga photon. Samakatuwid, pagkatapos ng pagbuo ng plato sa emulsyon, isang nakikitang bakas (track) ng lumilipad na particle ay nabuo. Ang isang kawalan ng pamamaraan ng photographic plate ay ang maliit na kapal ng emulsion layer, bilang isang resulta kung saan ang mga track lamang ng mga particle na nakahiga parallel sa layer plane ay ganap na nakuha.

Sa mga silid ng emulsion, ang mga makapal na pakete na binubuo ng mga indibidwal na layer ng photographic emulsion ay nakalantad sa radiation. Ang pamamaraang ito ay tinatawag na paraan ng makapal na layer na mga photographic emulsion.

Sa artikulong ito, tutulong tayo sa paghahanda para sa isang aralin sa physics (grade 9). Ang pagsasaliksik ng particle ay hindi isang ordinaryong paksa, ngunit isang napaka-interesante at kapana-panabik na iskursiyon sa mundo ng molecular nuclear science. Nagawa ng sibilisasyon ang gayong antas ng pag-unlad kamakailan, at ang mga siyentipiko ay nagtatalo pa rin kung ang sangkatauhan ay nangangailangan ng gayong kaalaman? Pagkatapos ng lahat, kung ang mga tao ay maaaring ulitin ang proseso ng isang atomic na pagsabog na humantong sa paglitaw ng Uniberso, kung gayon marahil hindi lamang ang ating planeta, ngunit ang buong Cosmos ay mawawasak.

Anong mga particle ang pinag-uusapan natin at bakit dapat pag-aralan ang mga ito

Ang mga bahagyang sagot sa mga tanong na ito ay ibinibigay ng kurso ng pisika. Ang eksperimental na pagsasaliksik ng particle ay isang paraan upang makita kung ano ang hindi naa-access ng mga tao kahit na may pinakamalakas na mikroskopyo. Ngunit una sa lahat.

Ang elementary particle ay isang kolektibong termino, na tumutukoy sa mga particle na hindi na maaaring hatiin sa mas maliliit na piraso. Sa kabuuan, higit sa 350 elementarya na mga particle ang natuklasan ng mga physicist. Nakasanayan na nating marinig ang tungkol sa mga proton, neuron, electron, photon, quark. Ito ang mga tinatawag na pangunahing mga particle.

Mga katangian ng elementarya na mga particle

Ang lahat ng pinakamaliit na particle ay may parehong pag-aari: maaari silang magbago sa isa't isa sa ilalim ng impluwensya ng kanilang sariling impluwensya. Ang ilan ay may malakas na mga katangian ng electromagnetic, ang iba ay may mahinang mga katangian ng gravitational. Ngunit ang lahat ng elementarya na mga particle ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na parameter:

• Timbang.
• Ang spin ay ang intrinsic na sandali ng momentum.
• Pagsingil ng kuryente.
• Habang buhay.
• Pagkakapantay-pantay.
• magnetic moment.
• bayad sa baryon.
• lepton charge.

Isang maikling iskursiyon sa teorya ng istruktura ng bagay

Ang anumang sangkap ay binubuo ng mga atomo, na kung saan ay mayroong nucleus at mga electron. Ang mga electron, tulad ng mga planeta sa solar system, ay gumagalaw sa paligid ng nucleus, bawat isa sa sarili nitong axis. Ang distansya sa pagitan ng mga ito ay napakalaki, sa isang atomic scale. Ang nucleus ay binubuo ng mga proton at neuron, ang koneksyon sa pagitan ng mga ito ay napakalakas na imposibleng paghiwalayin ang mga ito sa anumang paraan na alam ng agham. Ito ang kakanyahan ng mga eksperimentong pamamaraan para sa pag-aaral ng mga particle (maikli).

Mahirap para sa atin na isipin ito, ngunit ang komunikasyong nuklear ay nahihigitan ng milyun-milyong beses sa lahat ng pwersang kilala sa lupa. Alam natin ang kemikal, nuclear explosion. Ngunit kung ano ang humahawak sa mga proton at neuron na magkasama ay iba. Marahil ito ang susi upang malutas ang misteryo ng pinagmulan ng sansinukob. Iyon ang dahilan kung bakit napakahalaga na pag-aralan ang mga eksperimentong pamamaraan para sa pag-aaral ng mga particle.

Maraming mga eksperimento ang humantong sa mga siyentipiko sa ideya na ang mga neuron ay binubuo ng mas maliliit na yunit at tinawag silang mga quark. Kung ano ang nasa loob nila ay hindi pa alam. Ngunit ang mga quark ay hindi mapaghihiwalay na mga yunit. Ibig sabihin, walang paraan para iisa ang isa. Kung ang mga siyentipiko ay gumagamit ng particle experimentation upang kunin ang isang quark, gaano man karaming pagtatangka ang kanilang gawin, hindi bababa sa dalawang quark ang palaging inilalabas. Muli nitong kinukumpirma ang hindi masisira na lakas ng potensyal na nuklear.

Ano ang mga paraan ng pag-aaral ng mga particle

Magpatuloy tayo nang direkta sa mga eksperimentong pamamaraan para sa pag-aaral ng mga particle (Talahanayan 1).

Pangalan ng pamamaraan		Prinsipyo ng pagpapatakbo
	Glow (luminescence)	Ang radioactive na gamot ay nagpapalabas ng mga alon, dahil sa kung saan ang mga particle ay nagbanggaan at ang mga indibidwal na kumikinang ay maaaring maobserbahan.
	Ionization ng mga molekula ng gas sa pamamagitan ng mabilis na sisingilin na mga particle	Ibinababa nito ang piston sa mataas na bilis, na humahantong sa malakas na paglamig ng singaw, na nagiging supersaturated. Ang mga droplet ng condensate ay nagpapahiwatig ng mga trajectory ng kadena ng mga ions.
silid ng bula	Liquid ionization	Ang dami ng nagtatrabaho na espasyo ay puno ng mainit na likidong hydrogen o propane, na kung saan ay kumilos sa ilalim ng presyon. Dalhin ang estado sa sobrang init at bawasan nang husto ang presyon. Ang mga naka-charge na particle, na kumikilos nang may mas maraming enerhiya, ay nagiging sanhi ng pagkulo ng hydrogen o propane. Sa tilapon kung saan gumagalaw ang butil, ang mga patak ng singaw ay nabuo.
Paraan ng scintillation (Spinthariscope)	Glow (luminescence)	Kapag ang mga molekula ng gas ay na-ionize, ang isang malaking bilang ng mga pares ng electron-ion ay ginawa. Kung mas malaki ang pag-igting, mas maraming mga libreng pares ang lumitaw hanggang sa umabot ito sa isang peak at wala nang isang libreng ion na natitira. Sa sandaling ito, inirerehistro ng counter ang particle. Ito ay isa sa mga unang pang-eksperimentong pamamaraan para sa pag-aaral ng mga sisingilin na particle, at naimbento pagkalipas ng limang taon kaysa sa Geiger counter - noong 1912. Ang istraktura ay simple: isang glass cylinder, sa loob - isang piston. Sa ibaba ay isang itim na tela na ibinabad sa tubig at alkohol, upang ang hangin sa silid ay puspos ng kanilang mga singaw. Ang piston ay nagsisimulang bumaba at tumaas, na lumilikha ng presyon, na nagiging sanhi ng paglamig ng gas. Dapat mabuo ang condensation, ngunit wala ito, dahil walang condensation center (ion o dust grain) sa silid. Pagkatapos nito, itinataas ang prasko upang makakuha ng mga particle - mga ion o alikabok. Ang butil ay nagsisimulang gumalaw at nag-condensate sa kahabaan ng trajectory nito, na makikita. Ang landas na tinatahak ng isang particle ay tinatawag na track. Ang kawalan ng pamamaraang ito ay ang saklaw ng mga particle ay masyadong maliit. Ito ay humantong sa isang mas progresibong teorya batay sa isang aparato na may mas siksik na daluyan. silid ng bula Ang sumusunod na pang-eksperimentong paraan para sa pag-aaral ng mga particle ay may katulad na prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang cloud chamber - Tanging sa halip na isang saturated gas, mayroong isang likido sa isang glass flask. Ang batayan ng teorya ay na sa ilalim ng mataas na presyon, ang isang likido ay hindi maaaring magsimulang kumulo sa itaas ng kumukulo. Ngunit sa sandaling lumitaw ang isang sisingilin na butil, ang likido ay nagsisimulang kumulo kasama ang track ng paggalaw nito, na nagiging isang estado ng singaw. Ang mga droplet ng prosesong ito ay nakunan ng isang kamera. Paraan ng mga makapal na layer na photographic emulsion Bumalik tayo sa talahanayan sa physics na "Mga Eksperimental na Paraan para sa Pagsisiyasat ng mga Particle". Sa loob nito, kasama ang silid ng ulap at ang paraan ng bubble, isang paraan para sa pag-detect ng mga particle gamit ang isang makapal na layer na photographic emulsion ay isinasaalang-alang. Ang eksperimento ay unang itinanghal ng mga physicist ng Sobyet na si L.V. Mysovsky at A.P. Zhdanov noong 1928. Ang ideya ay napaka-simple. Para sa mga eksperimento, ginagamit ang isang plato na natatakpan ng makapal na layer ng mga photographic emulsion. Ang photographic emulsion na ito ay binubuo ng mga silver bromide crystals. Kapag ang isang sisingilin na butil ay tumagos sa isang kristal, pinaghihiwalay nito ang mga electron mula sa atom, na bumubuo ng isang nakatagong kadena. Ito ay makikita sa pamamagitan ng pagbuo ng pelikula. Ang resultang imahe ay nagpapahintulot sa iyo na kalkulahin ang enerhiya at masa ng butil. Sa katunayan, ang track ay napakaikli at microscopically maliit. Ngunit ang pamamaraan ay mabuti dahil ang nabuong larawan ay maaaring palakihin ng walang katapusang bilang ng beses, sa gayon ay pag-aaralan ito ng mas mabuti. Paraan ng Scintillation Ito ay unang hinawakan ni Rutherford noong 1911, bagaman ang ideya ay lumitaw nang mas maaga mula sa isa pang siyentipiko, si W. Krupe. Sa kabila ng katotohanan na ang pagkakaiba ay 8 taon, ang aparato ay kailangang mapabuti sa panahong ito. Ang pangunahing prinsipyo ay ang isang screen na pinahiran ng isang luminescent substance ay magpapakita ng mga kislap ng liwanag habang ang isang sisingilin na particle ay dumaan. Ang mga atom ng isang substance ay nasasabik kapag nalantad sa isang particle na may malakas na enerhiya. Sa sandali ng banggaan, nangyayari ang isang flash, na sinusunod sa ilalim ng mikroskopyo. Ang pamamaraang ito ay napaka hindi sikat sa mga physicist. Ito ay may ilang mga disadvantages. Una, ang katumpakan ng mga resulta na nakuha ay nakasalalay sa visual acuity ng tao. Kung kumurap ka, maaari mong makaligtaan ang isang napakahalagang sandali. Ang pangalawa ay na sa matagal na pagmamasid, ang mga mata ay napapagod nang napakabilis, at samakatuwid, ang pag-aaral ng mga atomo ay nagiging imposible. natuklasan Mayroong ilang mga eksperimentong pamamaraan para sa pag-aaral ng mga sisingilin na particle. Dahil napakaliit ng mga atomo ng bagay na mahirap makita kahit na sa pinakamakapangyarihang mikroskopyo, kailangang mag-eksperimento ang mga siyentipiko upang maunawaan kung ano ang nasa gitna ng gitna. Sa yugtong ito ng pag-unlad ng kabihasnan, napakalayo na ang nagawa at pinag-aralan ang mga pinaka-hindi naa-access na elemento. Marahil ay nasa kanila ang mga lihim ng sansinukob.

May-akda: Fomicheva S.E., guro ng physics MBOU "Secondary School No. 27" ng lungsod ng Kirov Mga Paraan para sa pagpaparehistro at pagmamasid sa elementarya na mga particle Geiger counter Wilson chamber Bubble chamber Paraan ng emulsion ng larawan Paraan ng Scintillation Spark chamber (1908) Idinisenyo para sa awtomatikong pagbilang ng mga particle. Binibigyang-daan kang magrehistro ng hanggang 10,000 o higit pang mga particle bawat segundo. Nirerehistro ang halos bawat electron (100%) at 1 sa 100 gamma ray (1%) Ang pagpaparehistro ng mabibigat na particle ay mahirap Hans Wilhelm Geiger 1882-1945 Device: 2. Cathode - isang manipis na metal layer 3. Anode - isang manipis na metal thread 1. Glass tube, puno ng argon 4. Recording device Upang makita ang isang γ-quantum, ang panloob na dingding ng tubo ay natatakpan ng isang materyal na kung saan ang γ-quanta extract ay mga electron. Prinsipyo ng pagkilos: Ang aksyon ay batay sa impact ionization. Ang isang sisingilin na particle na lumilipad sa isang gas ay nag-aalis ng mga electron mula sa mga atomo. Mayroong isang avalanche ng mga electron at ions. Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng counter ay tumataas nang husto. Ang isang boltahe na pulso ay nabuo sa buong risistor R, na naitala ng isang aparato sa pagbibilang. Ang boltahe sa pagitan ng anode at katod ay bumababa nang husto. Ang paglabas ay huminto, ang counter ay handa na para sa operasyon muli (1912) Idinisenyo upang obserbahan at makakuha ng impormasyon tungkol sa mga particle. Kapag dumaan ang isang butil, nag-iiwan ito ng bakas - isang track na maaaring direktang obserbahan o kunan ng larawan. Ang mga sisingilin na particle lamang ang naayos, ang mga neutral ay hindi nagiging sanhi ng ionization ng atom, ang kanilang presensya ay hinuhusgahan ng pangalawang epekto. Charles Thomson Reese Wilson 1869-1959 Device: 7. Chamber na puno ng singaw ng tubig at alkohol 1. Pinagmulan ng particle 2. Quartz glass 3. Electrodes upang lumikha ng electric field 6. Tracks 5. Piston 4. Fan Operating principle: Ang operasyon ay batay sa ang paggamit ng hindi matatag na kapaligiran ng estado. Ang singaw sa silid ay malapit sa saturation. Kapag ang piston ay ibinaba, isang adiabatic expansion ang nangyayari at ang singaw ay nagiging supersaturated. Ang mga patak ng tubig ay bumubuo ng mga track. Ang lumilipad na butil ay nag-ionize ng mga atomo, kung saan ang singaw, na nasa isang hindi matatag na estado, ay nag-condense. Ang piston ay tumataas, ang mga droplet ay sumingaw, ang electric field ay nag-aalis ng mga ions at ang silid ay handa na upang matanggap ang susunod na particle. sa pamamagitan ng bilang ng mga patak sa bawat haba ng yunit - tungkol sa bilis (mas maraming N, ang v); Ayon sa kapal ng track - tungkol sa magnitude ng singil (mas maraming d, mas maraming q) Ayon sa curvature ng track sa isang magnetic field, tungkol sa ratio ng singil ng particle sa masa nito (mas marami R, mas maraming m at v, mas maraming q); Sa direksyon ng liko tungkol sa tanda ng singil ng butil. (1952) Idinisenyo upang obserbahan at makakuha ng impormasyon tungkol sa mga particle. Pinag-aaralan ang mga track, ngunit, hindi katulad ng cloud chamber, pinapayagan nitong pag-aralan ang mga particle na may mataas na enerhiya. Mayroon itong mas maikling duty cycle - mga 0.1 s. Binibigyang-daan kang obserbahan ang pagkabulok ng mga particle at ang mga reaksyong dulot nito. Donald Arthur Glaser 1926-2013 Arrangement: Katulad ng cloud chamber, ngunit ang likidong hydrogen o propane ay ginagamit sa halip na singaw. Ang likido ay nasa ilalim ng mataas na presyon sa isang temperatura sa itaas ng boiling point. Ang piston ay bumababa, ang presyon ay bumababa at ang likido ay nasa isang hindi matatag, sobrang init na estado. Ang mga bula ng singaw ay bumubuo ng mga track. Ang lumilipad na particle ay nag-ionize ng mga atomo, na nagiging mga sentro ng singaw. Ang piston ay tumaas, ang singaw ay namumuo, ang electric field ay nag-aalis ng mga ions at ang silid ay handa nang tumanggap ng susunod na particle (1895). Lumilipad, pinupunit ng butil ang mga electron mula sa mga atomo ng bromine, ang isang kadena ng gayong mga kristal ay bumubuo ng isang nakatagong imahe. Kapag nabuo sa mga kristal na ito, ang metal na pilak ay naibalik. Ang isang chain ng pilak na butil ay bumubuo ng isang track. Antoine Henri Becquerel Ginagawang posible ng paraang ito na magrehistro ng mga bihirang phenomena sa pagitan ng mga particle at nuclei. 1. Aluminum foil 4. Dynode 5. Anode 3. Photocathode 2. Scintillator Ang pamamaraan ng scintillation ay binubuo sa pagbibilang ng maliliit na kislap ng liwanag kapag tumama ang mga particle ng alpha sa screen na pinahiran ng zinc sulfide. Ito ay isang kumbinasyon ng isang scintillator at isang photomultiplier. Ang lahat ng mga particle at 100% ng gamma quanta ay nakarehistro. Binibigyang-daan kang matukoy ang enerhiya ng mga particle. Kinakatawan ang isang sistema ng parallel metal electrodes, ang espasyo sa pagitan ng kung saan ay puno ng isang inert gas. Ang distansya sa pagitan ng mga plato ay mula 1 hanggang 10 cm. Ang mga discharge spark ay mahigpit na naisalokal. Bumangon sila kung saan may mga libreng singil. Ang mga silid ng spark ay maaaring magkaroon ng mga sukat sa pagkakasunud-sunod ng ilang metro. Kapag ang isang butil ay dumaan sa pagitan ng mga plato, isang spark ang pumutok, na lumilikha ng isang nagniningas na track. Ang kalamangan ay ang proseso ng pagpaparehistro ay mapapamahalaan.