Тема: Клітинні органели. Мітохондрії та пластиди.

Мета: ознайомитися з будовою та функціями мітохондрій та пластид. Матеріали і обладнання: мікроскоп, постійні та тимчасові біологічні препарати, листя елодеї, гіпеаструму, коренеплоди моркви, картоплі, плоди перцю, гарбуза, томатів, предметні і покривні скельця, препарувальна голка, пінцет, скальпель, піпетки, таблиці, мікрофотографії.

Мітохондрії забезпечують клітину енергією, яку вони накопичують у формі АТФ (аденозинтрифосфорна кислота). У мітохондріях відбувається процес тканинного дихання, в них здійснюється окиснення жирних кислот і амінокислот, протікають реакції циклу Кребса, реакції ланцюгу дихання і окислювального фосфорилювання. До побічних функцій мітохондрій можна віднести біосинтетичні процеси (синтез глютамінової кислоти, цитруліну, стероїдних гормонів). У клітинах міститься 150–1500 мітохондрій, у деяких найпростіших – до 500 000.

Форма мітохондрій (рис. 23) переважно кругла або паличкоподібна, зрідка – ниткоподібна. Розміри – від 0, 5× 0, 5× 1, 0 до 1, 0× 1, 0× 0, 5 мкм. Оболонка мітохондрій складається з двох мембран товщиною частіше за все 7–10 нм. Між ними знаходиться перимітохондріальний простір, в середині мітохондрії – матрикс. Внутрішня мембрана утворює вгинання – кристи.

Внутрішня мембрана містить транспортні білки для активного транспорту глюкози, проміжних продуктів дихання, амінокислот, АТФ і АДФ, фосфату, Са²⁺. Також там містяться комплекси ферментів, які беруть участь у транспорті електронів (дихальний ланцюг). Периферичні мембранні білки – дегідрогенази – окислюють субстрати дихання і передають віднятий гідроген у дихальний ланцюг. З боку матриксу на внутрішній мембрані і кристах містяться грибоподібні мембранні АТФази. Вони беруть участь у синтезі АТФ (рис. 24).

Матрикс містить проміжні продукти обміну і деякі ферменти циклу Кребсу і окислення жирних кислот. В центральній частині матриксу відбувається декарбоксилювання і карбоксилювання пірувату; також відбувається більшість мітохондріальних біосинтезів.

Мітохондрії містять в своєму матриксі ДНК, тРНК, рРНК, мРНК і рибосоми, тому здатні до реплікації ДНК, транскрипції і біосинтезу білка. ДНК мітохондрій – дволанцюгова кільцева молекула.

А Б

Рис. 23 – Будова мітохондрії: А – Зовнішній вигляд та внутрішня будова: а – поздовжній розріз; б – схема тривимірної структури; 1 – зовнішня мембрана; 2 – матрикс; 3 – міжмембранний простір; 4 – гранула; 5 –ДНК; 6 – внутрішня мембрана; 7 – рибосоми. Б – Мітохондрії із клітин легень (ТЕМ)

Рис. 24 – Схема дії мітохондрії

Пластиди (хлоропласти, лейкопласти, хромопласти) – обов'язкові органели рослинних клітин (рис. 25). Колір пластид залежить від пігменту. Хлоропласти – зелені пластиди, колір обумовлений наявністю хлорофілу. У хлоропластах протікає фотосинтез, тобто синтез органічних речовин (глюкози) із низькомолекулярних неорганічних речовин (СО₂ і Н₂О) за участю енергії сонця. Хромопласти – жовтогарячі, червоні чи жовті пластиди. Їх колір залежить від пігментів каротиноїдів. Пігменти випадають у кристалічний осад і розривають оболонку пластиди. Цим обумовлена різноманітна форма хромопластів. Хромопласти додають яскраве фарбування зрілим плодам, коренеплодам, пелюсткам квітів. Яскраві кольори приваблюють комах-запильників, птахів і тварин. Це сприяє поширенню плодів. Лейкопласти – безбарвні пластиди округлої форми. В них накопичується крохмаль у вигляді крохмальних зерен. Більш за все лейкопластів утворюється у резервних органах рослин – бульбах, корінні, плодах, насінні. Амілопласти – лейкопласти, в яких відбувається накопичення крохмалю (рис. 26). Олеопласти – лейкопласти, у яких накопичуються рослинні олії. Спеціалізовані амілопласти статоліти забезпечують гравітропізм.

Рис. 25 – Будова (а) хлоропласта, (б) лейкопласта, (в) амілопласта, (г) хромопласта: 1 – зовнішня мембрана, 2 – внутрішня мембрана, 3 – строма, 4 – грана; 5 – ламелли строми; 6 – тілакоїди; 7 – крохмальне зерно; 8 – ліпідна крапля з пігментами

Хлоропласти, на відміну від інших пластид, мають складну внутрішньо-мембранну систему, занурену в середовище пластиди (строму) (рис. 25, 26). Окремі мембранні мішечки (тилакоїди) зібрані в грани, де розташовуються один над одним подібно до стопки монет (рис. 26). У мембрані тилакоїдів локалізуються молекули хлорофілів, каротиноїдів і ферментів, що беруть участь у світлових реакціях фотосинтезу.

Хлорофіл – зелений пігмент рослин, основу якого складає магній-порфіриновий комплекс. Хлорофіл бере безпосередню участь у фотофосфорилюванні, відновленні води з виділенням кисню. Після попадання світла на молекули хлорофілів відбуваються окисно-відновні процеси, в результаті яких виникає електрохімічний потенціал, що використовується у макроергічних (енерговитратних) синтезах.

А Б

Рис. 26 – Будова пластид: А – Гранули крохмалю у клітинах бульби картоплі (СЕМ); Б – Частина тилакоїдної системи: 1 – тилакоїд строми; 2 – грана; 3 – порожнина тилакоїда; 4 – перегородка між тилакоїдами; 5 – тилакоїд грани (відсік)