Общий план строения
Архитектура органеллы базируется на наличии двух оболочек с принципиально разными свойствами:
- Наружная мембрана пронизана широкими гидрофильными каналами. Она высокопроницаема для большинства низкомолекулярных веществ, но задерживает крупные соединения.
- Внутренняя мембрана формирует многочисленные складки — кристы. На них расположены грибовидные структуры — оксисомы (так называемые $F_1$-частицы). В эту мембрану плотно встроены ферменты дыхательной цепи и комплексы для синтеза АТФ.
- Матрикс представляет собой внутреннее пространство между кристами, заполненное полужидкой средой.
Тканевая морфология
Внешний вид и внутренняя структура органелл меняются в зависимости от функциональной нагрузки на ткань. Их форма варьирует от почти идеальной сферы до сильно вытянутых нитей.
Количество и форма крист напрямую отражают потребности клетки:
- Скелетные мышцы: из-за высокой потребности в энергии содержат огромное количество пластинчатых (ламинарных) крист.
- Клетки печени (гепатоциты): складок внутренней мембраны значительно меньше.
- Кора надпочечников: кристы приобретают специфическую тубулярную форму, из-за чего на гистологическом срезе они выглядят как россыпь мелких пузырьков или везикул.
Полуавтономность и мтДНК
Митохондрии обладают собственной генетической системой, расположенной прямо в матриксе. В неё входят небольшие циклические молекулы мтДНК (по 1–50 копий на органеллу) и собственные рибосомы, которые мельче цитоплазматических аналогов.
Эта система может синтезировать только около 5% необходимых органелле белков. Оставшаяся часть кодируется ядерной ДНК, собирается в цитоплазме и затем транспортируется внутрь. Подобная циклическая структура ДНК и малый размер рибосом подтверждают теорию симбиогенеза — происхождение органелл от древних бактерий-симбионтов.
Особенности митохондриальной генетики:
- Высокая мутабельность: мтДНК мутирует в 10 раз чаще ядерной. Это связано с агрессивной средой (свободные радикалы от окисления) и отсутствием защитных белков-гистонов.
- Материнское наследование: при оплодотворении органеллы сперматозоида не попадают в яйцеклетку, поэтому потомству передаются только материнские митохондрии.
- Независимая репликация: удвоение органелл происходит автономно и не зависит от фаз клеточного цикла (за исключением момента самого митоза клетки).
Функциональная роль
Митохондрии — главные энергетические станции, однако их физиология не ограничивается только синтезом АТФ.
Ключевые процессы:
- Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот): происходит дегидрирование продуктов распада аминокислот, углеводов и жиров (ацетил-КоА). Ферменты цикла растворены в матриксе, за исключением сукцинатдегидрогеназы (СДГ), которая прочно встроена во внутреннюю мембрану.
- Окислительное фосфорилирование: локализуется на кристах. Электроны переносятся по дыхательной цепи на кислород, а выделяющаяся энергия используется АТФ-синтетазой (в оксисомах) для создания молекул АТФ.
- Дополнительный метаболизм: в матриксе также протекают реакции синтеза мочевины, распада жирных кислот и трансформация пирувата в ацетил-КоА.
Чтобы не путать локализацию, запомните: «Кристы — это провода (цепь переноса электронов и синтез АТФ), а матрикс — это котел (где растворены ферменты цикла Кребса и идут реакции распада)».
Вопросы с занятий и экзамена
Как появляются новые митохондрии в клетке?
Они образуются из материнских органелл путем простой перешнуровки (деления). Этот процесс полностью автономен и может происходить в любой момент жизненного цикла клетки, кроме митоза.
Почему мтДНК мутирует гораздо чаще, чем ДНК в ядре?
Она находится в агрессивной среде матрикса, где активно образуются свободные радикалы. Кроме того, мтДНК не защищена специальными белками — гистонами.
Как выявить митохондрии в световой микроскоп?
В классической гистологии используется метод Альтмана (специальная окраска). Органеллы приобретают вид ярко-красных бусинок или цепочек, как это видно на препаратах клеток кишечника аскариды.
Что ещё разобрать по теме
- Этапы и комплексы цепи переноса электронов на кристах
- Строение и принцип работы АТФ-синтетазы в оксисомах
- Механизмы разрушения старых органелл аутофагосомами
- Теория симбиогенеза и эволюция клеточного дыхания
- Особенности работы фермента сукцинатдегидрогеназы (СДГ)
Разберите тему целиком в курсе «Гистология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Митохондрии» и ещё 3 438 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 137 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Цитоплазма»
Бесплатные видеоуроки: гистологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.