2.4.2. Мітохондрії

Мітохондрії містяться у цитоплазмі всіх клітин еукаріотів. У процесі статевого розмноження промітохондрії передаються нащадкам через яйцеклітину. Розмноження мітохондрій відбувається шляхом поперечного поділу, а також брунькуванням. Утворені дочірні органели – промітохондрії – з часом перетворюються у зрілі мітохондрії.

До складу мітохондрій входять білки, ліпіди, вітаміни, рибосоми, РНК, ДНК, ферментативний комплекс.

Основною функцією мітохондрій є забезпечення процесів життєдіяльності клітини необхідною енергією шляхом перетворення енергії хімічних зв’язків при окисненні дихального субстрату у енергію макроергічних зв’язків аденозинтрифосфорної кислоти (АТР). Утворення АТР відбувається при ферментативному розщепленні вуглеводів, жирних кислот, амінокислот у процесі окиснювального фосфорилювання. Крім того, у мітохондріях проходить біосинтез ліпідів і білків, які беруть участь у загальному процесі транспорту іонів у клітині.

Тривалість життя мітохондрій не перевищує кількох діб. Постійним новоутворенням і розпадом органел забезпечується велика різноманітність їх форм у одній клітині. Довжина мітохондрій коливається від одного до кількох мкм, а ширина становить близько 0,5 мкм. Інколи у особливо активних клітинах розміри мітохондрій більші. Кількість їх у різних клітинах може коливатися у досить широких межах і досягати 2000 штук.

Мітохондрія утворена подвійними мембранами – зовнішньою і внутрішньою (рис. 4). Зовнішня мембрана гладенька, пориста, містить ферменти і білки, здатна пропускати речовини з невеликою молекулярною масою, а також іони. Вона є легкопроникною для пірувату, що утворився при неповному окисленні шестивуглецевих сполук у цитоплазмі.

Внутрішня мембрана має досить складну будову, утворює численні складки різної форми, які називаються крістами. Поверхня цієї мембрани густо вкрита грибоподібними (елементарними) частками, у яких наявні фактори, що забезпечують синтез ДНК. Внутрішня мембрана проникна тільки для води і невеликих нейтральних молекул. У ній локалізований дихальний ланцюг, що складається з переносників електронів і невеликої кількості білків.

Рис. 4. Схема будови мітохондрій

А – мітохондрія, яка нагадує наповнену рідиною ємність зі стінками, що заходять всередину; Б – стінка мітохондрії, що складається із подвійної мембрани. Складки внутрішньої мембрани заходять всередину, утворюючи крісти.

Завдяки кристам внутрішній вміст мітохондрій – матрикс – поділений на відсіки. Мітохондріальний матрикс є гелеподібною речовиною, що містить до 50% білків. У ньому локалізовані ферменти циклу трикарбонових кислот (циклу Кребса) і синтезу ліпідів та білків. У матриксі також розміщені рибосоми і мітохондріальна ДНК.

Незважаючи на наявність власної генетичної і білоксинтезуючої системи, мітохондрії не повністю автономні. Значна частина інформації про їх структуру і функції міститься у хромосомах ядра.

2.4.3. Рибосоми

Рибосоми – це ультрамікроскопічні утворення діаметром близько 0,2 мкм. Кожна клітина містить тисячі рибосом. Але загальна кількість їх визначається інтенсивністю синтезу білка у клітині. За хімічною природою рибосоми є нуклеопротеїдами, які складаються з високомолекулярної рибосомальної РНК і молекули структурного рибосомного білка. Вони мають властивість “зчитувати” інформацію, що міститься у ланцюзі матричної РНК у вигляді послідовно розміщених нуклеотидів, і реалізувати її у формі білкової молекули з відповідним розміщенням 20 амінокислот.

Рибосоми можуть вільно розміщуватися у цитоплазмі, утворювати полірибосоми, можуть бути прикріплені до мембрани ендоплазматичного ретикулуму або ж знаходитися у органелах клітини з власною ДНК (мітохондрії, хлоропласти). Вони побудовані з великої і малої субодиниць (рис. 5), які з’єднані між собою атомами магнію. Кожна субодиниця містить певним чином розміщені й покриті білком молекули рибосомальної РНК.

Рис. 5 - Будова 70-S рибосоми (за Грином Н., Стаутом У., Тейлором Д., 1990).

Така структурна організація забезпечує можливість найкращого просторового розміщення рибосоми, допомагає набути потрібну орієнтацію активним амінокислотам, які беруть участь в утворенні пептидного ланцюга.

При синтезі білкової молекули мала субодиниця рибосоми прикріплюється до молекули інформаційної РНК, а велика – до мембрани ендоплазматичної сітки. Одночасно велика субодиниця утримує у певному положенні молекулу тРНК і активовані амінокислоти відносно до ланцюга інформаційної РНК, забезпечуючи відповідну орієнтацію.

Функціонально активними є рибосоми, пов’язані з молекулами іРНК. При цьому вони мають вигляд ланцюжка, утворюючи полісоми, які включають звичайно 5–7 рибосом. Кожна рибосома, що входить до складу полісом, рухається уздовж молекули інформаційної РНК, ніби стрічка касети магнітофона, забузпечуючи “зчитування” інформації й утворення поліпептидного ланцюга.

Усі рибосоми однієї полісоми відтворюють один і той же поліпептид. Полісоми з часом руйнуються. Тривалість їх життя визначається строком життя іРНК.