§ 17. Митохондрии. Пластиды

Митохондрии (от греч. митос — нить, хондрион — зерно) — органоиды, участвующие в процессе клеточного дыхания и обеспечивающие клетку энергией в виде АТФ. Митохондрии встречаются практически во всех эукариотических клетках. Их количество в различных клетках варьируется от одной или нескольких (одноклеточные протисты, сперматозоиды) до сотен тысяч. Особенно много митохондрий содержится в тех клетках, которые нуждаются в большом количестве энергии (клетки мышц, печени). В фотосинтезирующих клетках растений митохондрий меньше, чем в клетках животных, поскольку их функции (синтез АТФ) частично выполняют хлоропласты.

Митохондрии могут иметь вид округлых телец, палочек, нитей. Они образованы двумя мембранами — наружной и внутренней (рис. 43), между которыми имеется межмембранное пространство. Наружная мембрана гладкая, она отделяет содержимое митохондрии от гиалоплазмы и отличается высокой проницаемостью для различных веществ. Внутренняя мембрана менее проницаема, она образует кристы — многочисленные складки, направленные внутрь митохондрий. За счет крист площадь поверхности внутренней мембраны существенно увеличивается. Внутренняя мембрана митохондрий содержит ферменты, участвующие в процессе клеточного дыхания и обеспечивающие синтез АТФ.

Внутреннее пространство митохондрий заполнено гелеобразным матриксом. В нем содержатся различные белки, в том числе ферменты, аминокислоты, кольцевые молекулы ДНК, все типы РНК и другие вещества, а также рибосомы. Наличие собственных молекул ДНК и рибосом обеспечивает некоторую автономность митохондрий, хотя в целом их работа координируется ядром клетки.

Функция митохондрий — синтез АТФ за счет энергии, высвобождающейся при окислении органических соединений. Начальные этапы окисления веществ

в митохондриях происходят в матриксе, а последующие — на внутренней мембране. Таким образом, митохондрии являются «энергетическими станциями» клетки.

Митохондрии в клетке постоянно обновляются. Например, в клетках печени средняя продолжительность жизни митохондрий составляет около 10 дней. Увеличение количества митохондрий в клетке происходит путем их деления.

Пластиды (от греч. пластос — вылепленный, оформленный) — органоиды клеток растений и водорослей. У растений различают три основных типа пластид: хлоропласта, хромопласты и лейкопласты (рис. 44).

Хлоропласты (от греч. хлорос — зеленый) — органоиды, осуществляющие процесс фотосинтеза. Зеленый цвет хло-ропластов обусловлен присутствием в них основных фотосинтетических пигментов — хлорофиллов. Хлоропласта содержат также вспомогательные пигменты — оранжевые, желтые или красные каротиноиды.

У растений в одной клетке листа может находиться несколько десятков хло-ропластов, а у некоторых водорослей — лишь 1—2 гигантских хлоропласта (вспомните строение хлореллы или спирогиры).

Чаще всего хлоропласта имеют форму двояковыпуклой линзы. Как и для митохондрий, для хлоропластов характерно двумембранное строение (рис. 45). Между наружной и внутренней мембранами находится межмемб ранное пространство. Наружная мембрана ровная, она ограничивает хлоропласт. Внутренняя мембрана в ходе развития хлоропласта образует впячивания, которые превращаются в замкнутые дисковидные образования — тилакоиды. Стопки лежащих друг над другом тилакоидов называются гранами.

В мембранах тилакоидов расположены фотосинтетические пигменты, поглощающие свет, а также ферменты, которые участвуют в преобразовании энергии света.

Внутренняя среда хлоропласта — строма. В ней содержатся кольцевые молекулы ДНК, все типы РНК, рибосомы, запасные вещества (липиды, зерна крахмала) и различные белки, в том числе ферменты, участвующие в фиксации С0₂.

Основная функция хлоропластов — осуществление фотосинтеза. Кроме того, в них происходит синтез АТФ, некоторых липидов и белков.

Как и митохондрии, хлоропласты способны делиться, благодаря чему их количество в клетке может увеличиваться.

Лейкопласты (от греч. лейкос — белый) — бесцветные пластиды. Они не имеют гран и не содержат пигментов (рис. 46). В лейкопластах откладываются запасные питательные вещества — крахмал, белки, жиры. В строме лейкопластов содержатся ДНК, РНК, рибосомы, а также ферменты, обеспечивающие синтез и расщепление запасных веществ. Некоторые лейкопласты полностью заполнены крахмалом. Они называются крахмальными зернами (рис. 47).

Хромопласты (от греч. хроматос — краска) отличаются от других пластид разнообразной формой и окраской. Они бывают дисковидными, серповидными, ромбическими, пирамидальными и др. (рис. 48). Оранжевый, желтый или красный цвет хромопластов обусловлен каротиноидами. Присутствием этих пигментов в хромопластах объясняется яркая окраска плодов томатов, рябины, шиповника, корнеплодов моркови. Внутренняя система мембран в хромопластах отсутствует.

Необходимо отметить, что в одной клетке могут содержаться пластиды только одного типа.

Пластиды разных типов имеют общее происхождение: все они развиваются из первичных пластид образовательной ткани, имеющих вид мелких (до 1 мкм) пузырьков. Пластиды одного типа могут превращаться в пластиды другого. Так, на свету в первичных пластидах формируется внутренняя мембранная система, синтезируется хлорофилл, и они превращаются в хлоропласты. Лейкопласты могут превращаться в хлоропласты или хромопласты. Например, клетки клубней картофеля, содержащие большое количество лейкопластов, на свету приобретают зеленую окраску. При старении листьев, созревании плодов в хлоропластах разрушается хлорофилл и внутренняя мембранная система, и они превращаются в хромопласты. Только хромопласты никогда не превращаются в пластиды других типов, так как являются конечным этапом развития пластид.