Лабораторная работа № 2. Ультраструктура митохондрий

С помощью электронного микроскопа установлено, что митохондрии имеют сложную внутреннюю структуру. Они ограничены двумя мембрана­ми. Наружная (толщина 7 нм) не связана с другими мембранами цитоплаз­мы, замкнута сама на себя, образуя мембранный мешок, и обычно имеет ровные контуры. Внутренняя мембрана образует впячивания внутрь мито­хондрий, которые чаще всего имеют вид плоских гребней (крист). У про­стейших одноклеточных водорослей и в некоторых клетках растений и животных внутренние мембраны имеют впячивания в виде трубок – трубчатые кристы.

Кристы частично перегораживают полость митохондрии, не на­рушая целостность матрикса. Ориентация крист относительно про­дольной оси митохондрий для разных типов клеток различна. Возможна перпендикулярная ориентация (клетки печени, почек), продольная в не­которых клетках (сердечная мышца) и вообще не выра-

женная (кристы могут изгибаться, ветвиться или образовывать пальцевидные отростки)

Внутренняя и наружная мембраны разделены межмембранным про­странством шириной 10–20 нм.

Внутренняя полость митохондрий заполнена тонкозернистым гомоген­ным матриксом, в котором можно наблюдать тонкие нити толщиной 2–3 нм (молекулы ДНК), гранулы размером 15–20 нм (митохондриальные рибосо­мы) и крупные гранулы – 20–40 нм (отложения солей магния и кальция).

Основной функцией митохондрий является синтез молекул АТФ, и вся структурная организация органоида подчинена ее выполнению. За счет складок внутренней мембраны, в которую встроены элементы элект­рон-транспортной цепи и фосфорилирования, достигается увеличение ее поверхности. В матриксе находятся растворимые ферменты – дегидрогеназы цикла Кребса.

На электронных фотографиях митохондрий можно рассмотреть их структурную организацию. Довольно четко видны обе мембраны митохон­дрий: гладкая наружная отделена от складчатой внутренней, как правило, светлой наружной камерой.

Ход работы

1. Рассмотрите микрофотографии митохондрий различных клеток (рис. 21, 22). Обратите внимание на строение митохондрий клеток печени лягушки (рис. 21). Отметьте особенности их внутренней организации. Митохондрии клеток печени имеют округлую или слегка

Рис. 21. Митохондрии клетки печени лягушки

х 10 000: ядро (1), митохондрии (2), желчный каналец (3)

Рис. 22. Митохондрии ооцита хомячка. х 40 000:

Видны двойные мембраны, внутренние кристы (1) и матрикс 2). Местами выявляется цементирующее вещество (3), соединяющее отдельные митохондрии.

овальную форму. Наружная мембрана близко подходит к внутрен­ней. Кристы короткие, доходят до середины матрикса, их число невелико. Внутреннее пространство крист более светлое. Матрикс плотный, запол­нен мелкими, неравномерно распределенными зернами, иногда встреча­ются более плотные включения округлой формы.

2. В клетках соединительной ткани яичника хомячка (рис. 23) митохон­дрии овальные, вытянутые. В них четко видны параллельные друг другу кристы, расположенные перпендикулярно продольной оси митохондри. Кристы крупные, почти достигают противоположной стенки. Внутреннее пространство светлое. Матрикс четко структурирован, заполнен мелкими, четко различимыми зернами.

Рис. 23. Митохондрии с параллельными кристами. Клетки соединительной ткани яичника хомячка: х 70 000

3. Клетки коркового слоя надпочечников крысы (рис. 24) имеют мито­хондрии с кристами в виде трубочек. Это структуры, похожие на округлые мешки, заполненные мелкими пузырьками. Размер митохондрий разли­чен. Вся их внутренняя часть наполнена сильно изви тыми трубчатыми кристами, которые на поперечном срезе выглядят как светлые пузырьки. Матрикс светлый, прозрачный, тонко структурирован. Такой тип крист встречается в митохондриях органов, вырабатывающих стероидные гормоны.

Рис. 24. Митохондрии с кристами в виде трубочек.Клетка корково­го слоя

надпочечника крысы; х 16 700 и 37 000:

трубочковидные кристы часто можно встретить в мито­хондриях органов, которые вырабатывают стероиды. Неко­торые из крист разветвлены и в целом занимают значитель­ную часть объема митохондрии.

4. Внимательно рассмотрите общий вид митохондрии на ультратонком срезе (рис. 25). Сравните микрофотографию со схемой строения мито­хондрии (рис. 25).

Рис. 25. Строение митохондрии:

1 – общий вид на ультратонком срезе; 2 – схема строения: а – продольный срез; б –трехмерная структура; в – часть кристы с грибовидными выступами («АТФ-сомами») на внутренней мембране

5. Зарисуйте общую схему строения митохондрий. Обозначьте внут­реннюю и наружную мембрану, матрикс, ДНК, кристы, рибосомы, гранулы.