obshaya_tsitologia (1120994), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Размер их невелик, около 7 мкм, в однуциклическую молекулу митохондрий животных входит 16-19тыс. нуклеотидныхпар ДНК. У человека митохондриальная ДНК содержит 16,5 тыс. н.п., онаполностью расшифрована. Найдено, что митохондральная ДНК различныхобъектов очень однородна, отличие их заключается лишь в величине интронов инетранскрибируемых участков. Все митохондриальные ДНК представленымножественными копиями, собранными в группы, кластеры. Так в одноймитохондрии печени крысы может содержаться от 1 до 50 циклических молекулДНК. Общее же количество митохондриальной ДНК на клетку составляет околоодного процента.
Синтез митохондриальных ДНК не связан с синтезом ДНК вядре.Так же как и у бактерий митохондральная ДНК собрана в отдельную зону –нуклеоид, его размер составляет около 0, 4 мкм в диаметре. В длинных323митохондриях может быть от 1 до10 нуклеоидов. При делении длинноймитохондрии от нее отделяется участок, содержащий нуклеоид (сходство сбинарным делением бактерий). Количество ДНК в отдельных нуклеоидахмитохондрий может колебаться в 10 раз в зависимости от типа клеток.Прижизненно нуклеоиды митохондрий можно окрашиваться специальнымифлуорохромами. Оказалось, что в некоторых культурах в клетках от 6 до 60%митохондрий не имеют нуклеоида, что может объясняться тем, что деление этихорганелл скорее связано с фрагментацией, а не с распределением нуклеоидов.Как уже говорилось, митохондрии могут как делиться, так и сливаться другс другом.
В обычной культуре клеток человека Hela все митохондрии содержатнуклеоиды. Однако одна из мутантных линий этой культуры содержаламитохондрии, в которых нуклеоиды с помощью флуорохромов не выявлялись.Но если эти мутантные клетки слить с цитопластами клеток исходного типа, тово всех митохондриях нуклеоиды были обнаружены. Это говорит о том, что прислиянии митохондрий друг с другом может происходить обмен их внутреннимикомпонентами.Важно подчеркнуть, что рРНК и рибосомы митохондрий резко отличны оттаковых в цитоплазме. Если в цитоплазме обнаруживаются 80s рибосомы, торибосомы митохондрий растительных клеток принадлежат к 70s рибосомам(состоят из 30s и 50s субъединиц, содержат 16s и 23s РНК, характерные дляпрокариотических клеток), а в митохондриях клеток животных обнаруженыболее мелкие рибосомы (около 50s).Рибосомные РНК митохондрий синтезируются на митохондриальных ДНК.В митоплазме на рибосомах идет синтез белков.
Он прекращается, в отличие отсинтеза на цитоплазматических рибосомах, при действии антибиотикахлорамфеникола, подавляющего синтез белка у бактерий.На митохондриальном геноме синтезируются и транспортные РНК, всегосинтезируется 22 тРНК. Триплетный код митохондриальной синтетическойсистемы отличен от такового, используемого в гиалоплазме.
Несмотря на324наличие казалось бы всех компонентов, необходимых для синтеза белков,небольшие молекулы митохондриальной ДНК не могут кодировать всемитохондриальные белки, только лишь их небольшую часть. Так ДНК размером15 тыс.н.п. может кодировать белки с суммарным молекулярным весом около6х105. В это же время суммарный молекулярный вес белков частицы полногодыхательного ансамбля митохондрии достигает величины около 2х106.
Еслиучесть, что кроме белков окислительного фосфорилирования в митохондриивходят ферменты цикла трикарбоновых кислот, ферменты синтеза ДНК и РНК,ферменты активации аминокислот и другие белки, то видно, что, для того чтобыкодировать эти многочисленные белки и рРНК и тРНК, количества генетическойинформации в короткой молекуле митохондриальной ДНК явно не хватает.РасшифровкануклеотиднойпоследовательностимитохондриальнойДНКчеловека показала, что она кодирует всего лишь 2 рибосомные РНК, 22трансферных РНК и всего 13 различных полипептидных цепей.В настоящее время имеются убедительные доказательства, что большаячасть белков митохондрий находится под генетическим контролем со стороныклеточного ядра и синтезируется вне митохондрий.
Так, в частности цитохром с,образуется в гиалоплазме, а из девяти полипептидных цепей в составе АТФсинтетазы только одна синтезируется в матриксе митохондрий животных.Митохондриальная ДНК кодирует лишь немногие митохондриальные белки,которые локализованы в мембранах и представляют собой структурные белки,ответственные за правильную интеграцию в митохондриальных мембранахотдельных функциональных компонентов.Большинство митохондриальных белков синтезируется на рибосомах вцитозоле. Эти белки имеют специальные сигнальные последовательности,которые узнаются рецепторами на внешней мембране митохондрий. Эти белкимогут встраиваться в них (см.
аналогию с мембраной пероксисом), а затемперемещаться на внутреннюю мембрану. Этот перенос происходит в точках325контакта наружной и внутренней мембран, где такой транспорт отмечен (рис.214). Большинство липидов митохондрий так же синтезируются в цитоплазме.Все эти открытия, показывающие относительно независимое строение ифункционированиесистемыбелковогосинтезамитохондрий,возродилигипотезу о эндосимбиотическом происхождении митохондрий, о том, чтомитохондрии представляют собой организмы типа бактерий, находящиеся всимбиозе с эукариотический клеткой.ХондриомХондриом – это совокупность всех митохондрий в одной клетке. Оказалось,что такая совокупность может быть различной в зависимости от типа клеток.Так,вомногихклеткаххондриомпредставленразрозненнымимногочисленными митохондриями, разбросанными довольно равномерно повсей цитоплазме, как, например, во многих недифференцированных клетках(рис.
215а). В других случаях отдельные митохондрии локализуются группами вместах интенсивной траты АТФ, как например, в клетках анализаторов сетчатки.Вобоихэтихслучаяхмитохондриифункционируютпоодиночке,ихкооперативная работа, возможно, координируется какими-то сигналами изцитоплазмы. Однако существует и совершенно иной тип хондриома, когдавместо мелких одиночных разрозненных митохондрий в клетке располагаетсяодна гигантская разветвленная митохондрия (рис. 215в).
Такие митохондриичасто встречаются у одноклеточных зеленых водорослей (например у Chlorella).Вэтих случаяхмывидимнеотдельныемитохондрии,а сложнуюмитохондриальную систему, сеть или, как ей дали название, митохондриальныйретикулум (Reticulum miyochondriale). Каков биологический смысл появлениятакой гигантской разветвленной митохондриальной структуры, объединенной водно целое своими внешними и внутренними мембранами? Согласнохемоосмотической теории, возникший на поверхности внутренней мембраныэлектрохимический протонныйградиент равномерно распределяется поповерхности внутренней мембраны митохондрий, она эквипотенциальна в326любой своей точке. Поэтому в любой точке поверхности внутренней мембранытакой разветвленной митохондрии может идти синтез АТФ, который будетпоступать в любую точку цитоплазмы, где в этом есть необходимость.
Т.е. такиеразветвленные митохондрии могут представлять собой “электрический кабель”.То, что это действительно имеет место, было доказано экспериментально.Были выбраны растущие в культуре ткани фибробласты, в цитоплазме которыхимеются длинные нитчатые митохондрии, достигающие 60 мкм. В живыхклетках их можно наблюдать с помощью флуорохрома этилродамина, которыйнакапливаетсявматриксетолькоработающих,синтезирующихАТФ,митохондрий. Если снять разность потенциалов на внутренней мембранемитохондрий,воздействуянаклеткидинитрофенолом,тосвечениеэтилродамина в митохондриях прекращается, параллельно падению синтезаАТФ.
При этом гашение флуоресценции происходит во всех митохондрий. Этонаблюдениепоказывает,чтоэтилродамин,какпротонныйкраситель,накапливается в матриксе митохондрий, только тогда, когда есть разностьпотенциалов на внутренней мембране митохондрий, т.е. когда происходитсинтез АТФ.Но динитрофенол, встраиваясь в мембрану, создает “пробой” на всехмитохондриях данной клетки.
А как “выключить” одну митохондрию? Для этогоиспользуется лазерный или ультрафиолетовый микролуч, который можно точнонаправить на избранную экспериментатором митохондрию (рис. 216). Делаетсяэтос помощью специальнойоптическойсистемы, которая позволяетодновременно рассматривать объект (в данном случае живые клетки сокрашенными родамином митохондриями) и навести на избранную детальтонкий пучок лазера или ультрафиолетового света. При облучении отдельноймитохондрии происходит в ней гашение флуоресценции родамина из-за того,что в результате пробоя внутренней мембраны митохондрии разностьпотенциалов на ней падает, и родамин как бы вытекает из матриксамитохондрии.
При этом соседние митохондрии не меняют своего свечения и327продолжают синтез АТФ. Что же произойдет, если облучить небольшой участокразветвленной или же очень длинной митохондрии? В эксперименте одна изпротяженных светящихся митохондрий фибробласта была локально пораженаузким (0,5 мкм) микролучом оптического лазера. В результате этого вся длиннаямитохондрия потухла, в то время как соседние оставались без изменений (рис.216б). Поражение микролучом участков свободной от митохондрии цитоплазмыне приводило к тушению митохондрий.
Это говорит о том, что точечный пробоймембраны митохондрии приводит к снятию разности потенциалов не только вточке пробоя, но по всей длине митохондрии, которая представляет собойпроводник с эквипотенциальной поверхностью. Следовательно, такие длинныенитчатые митохондрии фибробластов могут представлять собой электрическиепроводники, могущие передавать разность потенциалов на митохондриальныхмембранахнабольшиерасстоянияиобъединятьудаленныеучасткицитоплазмы.Это значит, что и в случае гигантских разветвленных митохондрий в любойее точке может на внутренней мембране накопиться потенциал, достаточныйдля того, чтобы начался синтез АТФ.
С этих позиций митохондриальныйретикулум представляет собой как бы электрический проводник, кабель,соединяющий отдаленные точки такой системы. Митохондриальный ретикулумможет оказаться очень полезным не только для мелких подвижных клеток, такихкак хлорелла, но и для более крупных, там, где требуется кооперация исинхронизация в работе многих структурных единиц таких как, например,миофибриллы в скелетных мышцах.Как известно, скелетные мышцы состоят из массы мышечных волокон,симпластов, содержащих множество ядер. Длина таких мышечных волокондостигает 40 мкм, при толщине 0,1 мкм – это гигантская структура, содержащаявеликое множество миофибрилл, все из которых сокращаются одновременно,синхронно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
