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.