Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
В переводе с греческого митохондрия означает нить-зерно. Это название было предложено цитологами, использовавшими световой микроскоп. Первые исследователи митохондрий всегда подчеркивали, что данные органеллы существуют в двух основных формах: 1) нитчатой и 2) сферической или эллипсоидной.
С введением электронной микроскопии и техники тонких срезов подобное мнение изменилось таким образом, что нитчатые митохондрии стали рассматриваться как весьма редкое исключение, в то время как сферическая форма была принята канонической. Подобное изменение взгляда на митохондрии оказалось следствием того обстоятельства, что микроскопист, рассматривающий одиночную электронную микрофотографию, по существу, имеет дело с двумерным изображением клетки. На одиночном срезе клубок ниток можно ошибочно принять за набор мелких зерен. Истинную картину можно получить, только реконструировав структуру по многим серийным срезам, прошедшим строго параллельно друг другу.
Новая догма о размере и форме митохондрий приобрела особую популярность среди молодого поколения биохимиков, никогда не видевших толком митохондрии в световой микроскоп. Чтобы наблюдать митохондрии этим старым способом, нужна известная сноровка, поскольку они находятся на грани разрешающей способности световой микроскопии. Проще было поверить на слово электронным микроскопистам, развившим новый физический метод с несравнимо большим разрешением.
Ясно, что передача Д]1Н, ограниченная отдельной мелкой митохондрией сферической формы, не может служить механизмом транспорта энергии в масштабах клетки. Но если все же старые морфологи были правы, помещая «митос» на первое место в названии этих органелл, и митохондрии обычно (или хотя бы иногда) имеют вид длинных нитей, то их функция в качестве внутриклеточного протонного кабеля представляется вполне реальной.
338 6. Регуляция, транспорт и стабилизация протонного потенциала
6.2.4.2. Гигантские митохондрии и Reticulum mitochondriale
Три методических подхода поколебали догму о мелких митохондриях: 1) реконструкция трехмерной структуры клетки по сериям тонких срезов, 2) высоковольтная электронная микроскопия, дающая возможность увеличить толщину исследуемого препарата, и 3) окрашивание митохондрий флюоресцирующими проникающими катионами, что позволило вернуться к прижизненному изучению клетки под световым микроскопом.
Метод серийных срезов был применен прежде всего в работах на одноклеточных эукариотах. Уже самые первые исследования этих объектов выявили очень крупный размер и сложное строение митохондрий. Например, Бертон и Мур [334], работая с Poly-tomella agilis, обнаружили в клетке этого простейшего из группы жгутиковых всего одну (!) митохондрию, выглядевшую как перфорированная сфера, располагающаяся сразу под внешней клеточной мембраной. Цитоплазма и ядро лежали внутри этой сферы как в авоське (рис. 99).
Одиночная гигантская митохондрия была описана в клетках некоторых дрожжей [90а, 434, 732, 796], одноклеточных водорослей Micromonas [983] и Chlorella [196], зооспорах Freidmannia [1017], а также в клетках Leishmania donovani [1281], Blasto-cladiella emersonii [308], Pleurochristis carterae [235], Pyramimonas gelidicola и других Prasinophyceae [1010, 1115], Cryptophyceae [1299] и Prymnesiophyceae [641]. Несколько очень крупных сетчатых митохондрий, иногда объединяющихся в одну, было обнаружено у хламидомонад [186, 1336, 1518, 1580], Euglena gracilis [340, 919, 1142], трипаносом [1174, 1389, 1451] и некоторых грибов [608]. Нитевидные митохондрии длиной около 10 мкм найдены в экзокринных клетках поджелудочной железы [921]. Сперматозоиды содержат цепь длинных митохондрий, состыкованных конец в конец [201, 921, 1209]. Брандт и соавт. [297] выявили в печени два типа митохондрий: мелкие сферические и крупные разветвленные. Подобная картина наблюдается в клетках асцитного рака [1237] и у водоросли Polytoma papillarum [592, 1434]. В последнем случае было проанализировано 228 параллельных срезов через клетку водоросли. Оказалось, что клетка содержит 246 отдельных мелких сферических митохондрий, две крупные и разветвленные и еще одну очень большую, образующую полый перфорированный шар.
Одним из наиболее интересных объектов для изучения возможных механизмов передачи энергии являются клетки мышечной ткани. Многоядерные клетки мышц (мышечные волокна) достигают огромных размеров. Их энергетические потребности чрезвычайно высоки. В тяжело работающей мышце должны возникать градиенты кислорода и субстратов между периферией и серд-
6.2. Транспорт энергии вдоль мембран в форме АрН
339
Рис. 99. Единая митохондриальная система в клетке жгутикового Polytomel-la agilis
а — срез через клетку. Микрофотография может быть ошибочно интерпретирована как свидетельство того, что в клетке имеется много мелких митохондрий;
бив — вид спереди и сбоку модели единой митохондриальной системы P. agilis, реконструированной по серийным срезам (по: Бертон и Мур [334])
340 6. Регуляция, транспорт и стабилизация протонного потенциала
цевиной клетки, что ограничивает объем выполняемой работы. Передача Д)1Н от краев мышечной клетки к ее центру могла бы решить проблему. Но для этого мышечные митохондрии должны быть очень велики по размеру.
