2.8. Митохондрии - «силовые установки» эукариотических клеток, поставляющие энергию
Весьма заметное место в цитоплазме эукариотических клеток занимают митохондрии (рис. 2-10). Размеры, внешний вид, число митохондрий, а также место их локализации могут варьировать в очень широких пределах в зависимости от вида клеток. В каждой клетке печени крысы содержится около 1000 митохондрий. Их диаметр составляет примерно 1 мкм, т. е. по своим размерам митохондрии мало отличаются от бактериальных клеток. Эукариотические клетки некоторых типов, например сперматозоиды или дрожжевые клетки, содержат всего лишь несколько очень крупных митохондрий, тогда как другие, например куриной яйцо, - много тысяч митохондрий. Иногда митохондрии образуют сильно разветвленные структуры и занимают значительную часть объема цитоплазмы.
Каждая митохондрия имеет две мембранные системы. Гладкая внешняя мембрана полностью окружает всю митохондрию.
Рис. 2-9. Основные этапы митоза в эукариотической клетке. А. Период между клеточными делениями. Хроматин дисперсно распределен по всему ядру. Б. Начало деления клетки. Хроматин конденсируется с образованием хромосом и реплицируется. Ядерная оболочка начинает распадаться. На полюсах клетки формируется аппарат веретена; ядрышко растворяется. В. Хромосомы расходятся к противоположным полюсам. Каждая дочерняя клетйа получает полный набор хромосом. Г. Два дочерних ядра. Образуются их ядерные оболочки и ядрышки; хроматин распределяется по всему ядру и начинается деление материнской клетки с образованием дочерних клеток.
Внутренняя же мембрана образует выступающие внутрь митохондрии складки - кристы. В митохондриях печени число крист сравнительно невелико, тогда как в сердечных клетках имеется очень много крист, причем они располагаются параллельно друг другу. Внутреннее пространство митохондрий заполнено гелеподобным веществом - матриксом.
Митохондрии выполняют в клетке функцию «силовых установок», поставляющих энергию. В них содержится большое число ферментов, которые сообща катализируют окисление органических питательных веществ клетки молекулярным кислородом до двуокиси углерода и воды. Одни из этих ферментов находятся в матриксе, другие — во внутренней мембране. В процессе окисления выделяется большое количество энергии, которая используется для образования аденозинтрифосфата (АТР) - главной молекулы, запасающей энергию в клетке. Образованные в митохондриях молекулы АТР диффундируют во все части клетки, где используются для выполнения необходимой работы.
Рис. 2-10. Структура митохондрий. Название митохондрий происходит от греческих слов “mitos” — нить и “chondros” - зерно или семя.
В некоторых клетках митохондрии имеют вытянутую. почти нитевидную форму, однако в большинстве случаев для них характерна эллиптическая или сферическая форма. На приведенной здесь электронной микрофотографии митохондрии из клетки поджелудочной железы видна гладкая внешняя мембрана и многочисленные складки внутренней мембраны - кристы.
В митохондриях содержится небольшое количество ДНК, а также РНК и рибосомы. Митохондриальная ДНК кодирует синтез некоторых специфических белков внутренней мембраны. Может возникнуть вопрос: почему в митохондриях содержится ДНК? Этот вопрос привел к созданию интересной концепции, согласно которой митохондрии возникли в ходе эволюции путем вторжения в цитоплазму крупных прокариотических анаэробных клеток других прокариотических клеток меньшего размера, способных использовать молекулярный кислород для окисления питательных веществ (рис. 2-11). Вторгнувшиеся бактерии стали, таким образом, паразитами в клетках-хозяевах. В ходе дальнейшей эволюции эти взаимоотношения приобрели со временем характер симбиоза, выгодного как для хозяина, так и для паразита. Сейчас мы знаем, что во время деления клетки митохондрии тоже делятся. Таким образом, не исключено, что ДНК и рибосомы митохондрий - это потомки ДНК и рибосом тех мелких бактерий, которые когда-то вторглись в клетку.
Рис. 2-11. Правдоподобная гипотеза о возникновении митохондрий в ходе эволюции. Эта гипотеза основана на поразительном сходстве многих биохимических и генетических свойств у бактерий и митохондрий эукариотических клеток. В процессе эволюции эукариотических клеток между клеткой-хозяином и проникшей в ее цитоплазму бактерией установились взаимовыгодные симбиотические отношения. В конечном счете эти цитоплазматические бактерии превратились в митохондрии.
