Митохондрии (от греч. Mitos - нить и chondron - зерно) относятся к енергопродукцийнои системы клетки и к мембранного типа органелл. Выявлено, что ферменты цикла Кребса и дыхательной цепи окислительного фосфорилирования
локализуются в митохондриях. Митохондрии присутствуют во всех эукариотических клетках, за исключением отдельных видов амеб и зрелых эритроцитов животных. Гомологами митохондрий у прокариот является мезосомы (от греч. Mesos - средний и soma - тело) - складчатые выпячивания клеточной мембраны.
Строение митохондрий. Различают удлиненные (овальные или цилиндрические), иногда разветвленные митохондрии длиной 3-7 мкм и толщиной 0,2-1 мкм и круглые (шарообразные) диаметром 0,2-1 мкм.
Электронномикроскопически обнаружено, что митохондрия сверху окружена гладкой мембраной, под ней находится складчатая, которая образует кристи (гребни), содержание митохондрии носит название матрикса (рис. 2.23). На нефиксированных электронно препаратах с обеих сторон крист обнаружены мелкие грибовидные тельца, головки которых имеют около 9 нм в диаметре, а ножки 3-4 нм толщиной. Эти тельца названы оксисомамы, содержат ферменты, участвующие в окислительном фосфорилировании, т.е. в присоединении фосфатных остатков в аденозиндифосфата (АДФ) с образованием АТФ (аденозинтрифосфосфату или аденозинтрифосфорной кислоты).
Функции митохондрий. Митохондрии участвуют в энергетических процессах клетки, они содержат ферменты, связанные с образованием энергии и клеточным дыханием. Иными словами, митохондрия является своеобразной биохимической Минифабрика, которая трансформирует (преобразовывает, а не производит) энергию органических соединений (например, жирных кислот) на прикладное энергию, биологически помещенную в АТФ (" миниакумулятор ").
Митохондрии постоянно движутся, совершая вращательные движения, благодаря которым они перемещаются, приближаясь к структурам, используют много энергии. Эта энергия должна быть биологически прикладного, то есть такой, которую легко можно использовать для нужд клетки, лучшей является химическая энергия аккумулированная в АТФ. В отдельных клетках движение митохондрий ограничен только определенным пространством, например, в волокнах поперечнопосмугованих мышц между миофибриллами.
В митохондриях энергетический процесс начинается в матриксе, где происходит расщепление пирувата в цикле трикарбоновых кислот. Во время этого процесса освобождаются атомы водорода. Транспорт атомов водорода осуществляется по цепи НАДН à ФАДН2 à КоQН2, в котором выделяется его кинетическая энергия в виде теплоты. Далее атом водорода диссоциирует на протон и электрон), которые акцептуются коферментом никотинамид (НАД). Поэтому электроны водорода передаются по цепи дыхательных ферментов - флавопротеидов и цитохромов, высвобождают свою кинетическую энергию, а в конце соединяются с протонами и образуют молекулы воды. Энергия, которая при этом освобождается, используется в нескольких точках дыхательной цепи для осуществления реакции фосфорилирования - синтеза АТФ, то есть присоединения фосфатной группы к АДФ. Это происходит на внутренней мембране митохондрий. Электрохимический потенциал, возникающий в результате работы цепи переноса электронов, обеспечивает транспорт внутрь митохондрии ионов К +, Са2 +, Mg2 +.
Таким образом, реакция окисления (переноса электронов) сопряженная (тесно связана) с реакциями фосфорилирования, когда 55 % энергии идет на синтез АТФ, а 45 % рассеивается в виде тепловой энергии. При инфекционных заболеваниях, действия неблагоприятных физико - химических факторов (температуры, радиации и т.п.), эти процессы разъединяются, больше энергии излучается в виде тепловой, и поэтому повышается температура в клетке и в организме. Кроме того, митохондрии участвуют в регуляции обмена воды, депонировании ионов кальция, продукции предшественников стероидных гормонов.
Локализация митохондрий. Митохондрии могут быть рассеяны по всей цитоплазме или сосредоточены в участках, где возникает наибольшая потребность в АТФ. Часто митохондрии размещены равномерно по цитоплазме (например, в печеночных клетках). Отмечена особая локализация митохондрий в поперечнопосмугованих мышцах - вдоль миофибрилл, в хвосте сперматозоида - у его основания, в искореженных канальцах почки - в складках плазмолеммы на базальном полюсе клеток, в нервной системе - в области синапсов, в париетальных клетках желез желудка - плотно у агранулярного эндоплазматической сети.
Количество митохондрий в клетках различных типов бывает разной и зависит от энергетических потребностей клетки. Так, в печеночных клетках насчитывают до 500 мелких митохондрий, тогда как в малых лимфоцитах крови их всего несколько. Количество крист в митохондриях также связана с энергетическими потребностями клетки, в частности в мышечных клетках митохондрии содержат очень большое количество крист. При повышенной функции клетки митохондрии приобретают более овальной или удлиненной формы и количество крист в них растет.
Обновление митохондрий. Митохондрии относятся к саморепликуючих (способных к размножению) органелл. Обновление митохондрий происходит в течение всего клеточного цикла. Например, в клетках печени они заменяются новыми через около 10 дней. Наиболее вероятным путем воспроизведения митохондрий считают их разделение: посередине митохондрии появляется перетяжка или возникает перегородка, после чего органеллы распадаются на две новые митохондрии.