Митохондрии и эволюция митохондрий

Митохондрии имеются во всех эукариотических клетках. Эти органеллы — главное место аэробной дыхательной активности клетки. Впервые митохондрии были обнаружены в виде гранул в мышечных клетках в 1850 г. Число митохондрий в клетке очень непостоянно; оно зависит от вида организма и от природы клетки.

В клетках, в которых потребность в энергии велика, содержится много митохондрий (в одной печеночной клетке, например, их может быть около 1000). В менее активных клетках митохондрий гораздо меньше. Чрезвычайно сильно варьируют также размеры и форма митохондрий.

Митохондрии могут быть спиральными, округлыми, вытянутыми, чашевидными и даже разветвленными; в более активных клетках они обычно крупнее. Длина митохондрий колеблется в пределах 1,5—10 мкм, а ширина — в пределах 0,25—1,00 мкм, но их диаметр не превышает 1 мкм.

9.6. Почему при столь больших различиях в длине митохондрий их диаметр сравнительно постоянен?

Строение митохондрий Митохондрии выделяют из клеток в виде чистой фракции с помощью гомогенизатора и ультрацентрифуги, как описано в гл. 5 (разд. 5.7). После этого их можно исследовать в электронном микроскопе, используя для этого различные методики, например изготовление срезов или негативный контраст. Каждая митохондрия окружена оболочкой, состоящей из двух мембран.

Наружную мембрану отделяет от внутренней небольшое расстояние — внутримембранное пространство. Внутренняя мембрана образует многочисленные гребневидные складки, так называемые кристы (рис. 9.12).

Кристы существенно увеличивают поверхность внутренней мембраны, обеспечивая место для размещения компонентов дыхательной цепи. Через внутреннюю митохондриальную мембрану осуществляется активный транспорт АДФ и АТФ.

Метод негативного контрастирования, при котором окрашенными оказываются не сами структуры, а пространство вокруг них (рис. 9.12, Д), позволил выявить присутствие особых «элементарных частиц» на той стороне внутренней митохондриальной мембраны, которая обращена к матриксу. Каждая такая частица состоит из головки, ножки и основания (рис. 9.12, В и Г).

Хотя микрофотографии (рис. 9.12, Е) свидетельствуют, казалось бы, о том, что элементарные частицы выступают из мембраны в матрикс, считается, что это артефакт, обусловленный самой процедурой приготовления препарата, и что в действительности они полностью погружены в мембрану.

Головки частиц ответственны за синтез АТФ; в них находится фермент АТФаза, обеспечивающий сопряжение фосфорилирования АДФ с реакциями в дыхательной цепи. В основании частиц, заполняя собой всю толщу мембраны, располагаются компоненты самой дыхательной цепи.

В митохондриальном матриксе содержится большая часть ферментов, участвующих в цикле Кребса, и протекает окисление жирных кислот. Здесь же находятся митохондриальные ДНК, РНК и 70S- рибосомы.

9.7.	Какими химическими веществами, участвующими в дыхании, обмениваются цитоплазма и митохондрии?
Укажите четыре таких вещества, поступающие в митохондрии, и четыре вещества, переходящие из митохондрий в цитоплазму.

Эволюция митохондрий: эндосимбиотическая гипотеза

Митохондрии, подобно бактериям (прокариотам), содержат кольцевую ДНК (рис. 9.13) и 70S- рибосомы. Это обстоятельство наряду с другими фактами позволяет предположить, что митохондрии, как и хлоропласты, были когда-то свободноживущими бактериями.

Случайно проникнув некогда в эукариотическую клетку, они вступили с ней во взаимовыгодный симбиоз. (Более подробно мы уже обсуждали этот вопрос; см. разд. 2.6.1.)

Литература. Биология : в 3 т. Т. 1 / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут ; под ред. Р. Сопера

AOF | 12.01.2021 13:00:59