Мітохондрії та пластиди

Мітохондрії та пластиди - органели клітин еукаріотів, поверхневий апарат яких складається з двох мембран, розділених міжмембранним про­стором. Вони просторово не пов'язані з іншими органелами. Ці органели беруть участь в енергетичному обміні.

Мітохондрії (від грец. мітос - нитка і хондріон - зерно) - органели клітин більшості видів рослин, грибів і тварин. Їх немає лише в деяких одноклітинних еукаріотів, які мешкають у безкисневому середовищі, - анаеробів. Мітохондрії слугують своєрідними клітинними «генераторами енергії». Вони мають вигляд кульок, паличок, інколи розгалужених ни­ток (завдовжки 0,5-10 мкм і більше). Число цих органел у клітинах різних типів може коливатися від 1 до 100 000 і більше. Воно залежить від того, наскільки активно відбуваються процеси обміну речовин і перетворення енергії. Так, клітина значних розмірів амеби Хаос містить до 500 000 мітохондрій, тоді як у дрібній клітині паразитичних джгутикових - три­паносом (збудників сонної хвороби людини) є лише одна велетенська розгалужена мітохондрія.

Зовнішня мембрана мітохондрії гладенька, а внутрішня - утворює вгини всередину органели - кристи. Кристи мають вигляд дископодібних, трубчастих чи пластин­частих утворів, що часто розга лужуються. На поверхні крист, що межує з внутрішнім середовищем мітохондрії, є особливі грибоподібні білкові утвори - АТФ-соми. Вони містять комплекс фер­ментів, необхідних для синтезу АТФ.

Внутрішній простір мітохондрій заповнений напіврідкою речовиною - матриксом. Там містяться рибосоми, молекули ДНК, іРНК, тРНК тощо та синтезуються білки, що входять до скла­ду внутрішньої мембрани.

Основна функція мітохондрій - син­тез АТФ. Цей процес відбувається за рахунок енергії, яка вивільняється під час окиснення органічних сполук. Початко­ві реакції відбуваються в матриксі, а на­ступні, зокрема синтезу АТФ, - на вну­трішній мембрані мітохондрій.

Пластиди (від грец. пластидес - виліплений, сформований) - органели клітин рослин і деяких одноклітин­них тварин (наприклад, евглени зеленої). Відомо три типи пластид - хло­ропласти, хромопласти, лейкопласти, які різняться за забарвленням, особливостями будови та функціями.

Хлоропласти (від грец. хлорос - зелений) - пластиди, зазвичай забарв­лені в зелений колір завдяки наявності пігменту хлорофілу. Але в кліти­нах певних груп водоростей (червоних, бурих тощо) їхній колір може бути іншим. Це пояснюється тим, що в них, крім хлорофілу, є й інші пігменти - червоні, жовті, бурі та ін.

Як і в мітохондрій, зовнішня мембрана хлоропластів гладенька, а внутрішня утворює вирости, що можуть від неї відокремлюватись. Строма - речовина, що заповнює внутрішній простір хлоро­пласта. З внутрішньою мембраною пов'язані структури - тилакоїди. Це пласкі цистерни, оточені однією мембраною. Великі тилакоїди розташо­вані поодиноко, а дрібніші - зібрані в грани, що нагадують стоси монет. У тилакоїдах містяться основні (хлорофіли) та допоміжні (каротиноїди) піг­менти, а також усі ферменти, необхідні для здійснення фотосинтезу. У стромі хлоропластів є молекули ДНК, різні типи РНК, рибосоми, зерна запасного полісахариду (переважно крохмалю).

Основна функція хлоропластів - здійснення фотосинтезу. Крім того, у них, як і в мітохондріях, на мембрані тилакоїдів є АТФ-соми та відбувається синтез АТФ. Також у хлоропластах синтезують­ся деякі ліпіди, білки мембран тилакоїдів, ферменти, які забезпечують реакції фотосинтезу.

Лейкопласти (від грец. лейкос - безбарвний) - безбарвні пластиди різноманітної форми, в яких запасаються деякі сполуки (крохмаль, білки тощо). На відміну від хлоропластів, у лейкопластів внутрішня мембрана
може утворювати лише нечисленні тилакоїди. У стромі лейкопластів містяться рибосоми, ДНК, різні типи РНК, а також ферменти, які забез­печують синтез і розщеплення запасних речовин (крохмалю, білків тощо). Лейкопласти можуть бути повністю заповнені зернами крохмалю.

Хромопласти (від грец. хроматос - колір, фарба) - пластиди, забарвлені в різні кольори (наприклад, жовтий, червоний, фіолетовий). Забарвлення цим пластидам надають різні пігменти (переважно каротиноїди), які в них накопичуються. Оскільки хлорофіл у них відсутній, зеленого забарвлення вони не мають. Хромопласти надають певного забарвлення пелюсткам квіток, плодам, листкам та іншим частинам рос­лин. Внутрішня система мембран у хромопластах відсутня або ж утворена окремими тилакоїдами.

Зв'язки між пластидами різних типів. Пластиди різних типів мають спільне походження: усі вони виникають з первинних пластид клітин твірної тканини - дрібних (до 1 мкм) пухирців, оточених двома мембранами. Крім того, пластиди одного типу здатні перетворюватися на пластиди іншого. Так, на світлі в первинних пластидах формується внутрішня система мембран, синтезується хлорофіл і вони перетворюються на хлоропласти. Те саме характерно і для лейкопластів, які здатні перетворюватися на хлоропласти або хромопласти. Під час старіння листків, стебел, дозрівання плодів у хлоропластах може руйнуватися хлорофіл, спрощується будова внутрішньої мембранної системи і вони перетворюються на хромопласти. Хромопласти є кінцевим етапом розвитку пластид: на пластиди інших типів вони не перетворюються.

Автономія мітохондрій і хлоропластів у клітині. Хлоропласти та мітохондрії, на відміну від інших органел, характеризуються певною мірою незалежним (автономним) функціонуванням від інших частин клітини. Чим це зумовлене? По-перше, ці органели містять власну спадко­ву інформацію - кільцеву молекулу ДНК, яка нагадує молекулу ДНК з ядерної зони клітин прокаріотів. По-друге, мітохондрії і пластиди мають апарат, який здійснює синтез власних білків (рибосоми, а також усі види РНК). До того ж, на відміну від інших органел, мітохондрії та пластиди не виникають з інших мембранних структур клітини, а розмножуються поділом.

Молекули ДНК у мітохондріях і пластидах забезпечують механізми ци­топлазматичної спадковості, бо здатні зберігати та передавати під час по­ділу цих органел певну частину спадкової інформації.

Існування генів, розташованих в органелах, здатних до самовідтворення, - мітохондріях і пластидах, було виявлено ще на початку ХХ ст. під час вивчення успадкування зелених і безбарвних пластид у деяких квіткових рослин із моза­їчним забарвленням листків. Позаядерні гени взаємодіють з ядерними і пере­бувають під контролем ядерної ДНК.

Цитоплазматична спадковість, пов'язана з генами пластид, відома для таких квіткових рослин, як ротики, нічна красуня тощо. У них є форми зі строкатими листками, причому ця ознака передається через яйцеклітину. Строкатість листків визначається тим, що частина пластид не здатна утворювати хлорофіл.

Унаслідок поділу клітин з безбарвними пластидами в листках виникають світлі плями, які чергуються із зеленими ділянками. Таке успадкування пояснюють тим, що під час утворення статевих клітин пластиди потрапляють до яйцеклі­тин, а не до сперміїв. Пластиди, які розмножуються поділом, мають певну спадкову безперервність: зелені пластиди дають початок зеленим, а лейко­пласти - безбарвним. Під час поділу клітини пластиди різних типів розподіля­ються випадково, унаслідок чого утворюються клітини з безбарвними, зелени­ми чи пластидами обох кольорів.

Явище цитоплазматичної спадковості, пов'язаної з мітохондріями, вивчали на прикладі дріжджів. У мітохондріях цих грибів виявлені гени, що визначають відсутність або наявність дихальних ферментів, а також стійкість до певних антибіотиків.