Из структур, участвующих в метаболизме, указания на физическую непрерывность, то есть на передачу от одного поколения клеток другому, имеются в отношении митохондрий и пластид.
Митохондрии - необходимый компонент животных клеток, и сведения об этих образованиях были получены главным образом в результате изучения именно этих клеток. Считается, что и в растительных клетках они играют не менее важную роль. Однако тот факт, что митохондрии есть во всех клетках, сам по себе еще не является доказательством их физической непрерывности. Он указывает лишь, что митохондрии играют важную роль в метаболизме клеток.
Непосредственную передачу митохондрий мужскими гаметами удалось обнаружить цитологически у некоторых видов скорпионов. В процессе сперматогенеза митохондрии делятся поперек и каждая сперматида получает по две митохондрии. У скорпиона Opisthacanthus в первичных сперматидах содержится 24 митохондрии. Обычно они распределяются равномерно, так что каждая из четырех сперматид получает по 6 митохондрий. Однако возможны и отклонения.
Наиболее подробные сведения о поведении митохондрий при образовании гамет были получены Р. Бэрером и С. Джозефом путем прижизненного фотографирования и цейтрафферной съемки процесса сперматогенеза у различных видов саранчи. Как только начинается первое из двух мейотических делений, митохондрии собираются около мембраны ядра в виде скоплений, имеющих форму полумесяца. В метафазе они располагаются у экваториальной плоскости веретена, становятся более компактными и, по-видимому, окружают хромосомы.
К началу анафазы в клетке имеется два достаточно плотных скопления митохондрий. Затем появляется борозда, разделяющая цитоплазму, и это сдвигает скопления митохондрий по направлению к центру клетки. При углублении борозды вещество митохондрий перемещается из этой центральной части клетки и накапливается в дочерних клетках. По завершении процесса деления образуется два полностью сформировавшихся сперматоцита второго порядка.
При втором мейотическом делении этот процесс повторяется, но с некоторым отличием. В том месте, где скопления митохондрий переходят в дочерние клетки, можно видеть две очень темные глыбки вещества митохондрий. Эти глыбки превращаются в так называемые добавочные ядра, состоящие из тесно расположенных сферических гранул. У саранчи добавочные ядра перемещаются в хвост сперматозоида, где они образуют как бы футляр из митохондрий.
Деление митохондрий при митотическом делении клеток подробно изучалось в культурах фибробластов с помощью фазовоконтрастной микроскопии и цейтрафферной съемки. Митохондрии вокруг ядра истончаются, фрагментируются и перестают быть видимыми. Остальные митохондрии, расположенные вне веретена, не претерпевают никаких изменений и примерно поровну распределяются между дочерними клетками.
Митохондрии делятся не все сразу и не одновременно с делением ядра. Нередко можно видеть, что митохондрии делятся поперек и они способны к самовоспроизведению, так как каждая дочерняя клетка получает от материнской примерно половину ее митохондрий.
По форме митохондрии могут быть сферическими, палочковидными или нитевидными. Интересно, что в одном и том же организме, но в разных типах клеток митохондрии имеют разную форму. Более того, в одной и той же клетке можно видеть разные по внешнему виду митохондрии. При изучении гистологических срезов с помощью электронного микроскопа было установлено, что митохондрии имеют двухслойную оболочку, состоящую из наружной и внутренней мембраны.
Внутренняя мембрана образует складки, или кристы, благодаря которым общая внутренняя поверхность митохондрий оказывается очень большой. Химический состав митохондрий варьирует, но в основном они состоят из белка и липидов, причем последние в значительной мере представлены фосфолипидами.
Митохондрия — это структурно обособленная функциональная единица, содержащая многочисленные ферменты. Некоторые из них находятся в жидкой фазе внутри митохондрии и вымываются при разрушении последней. Другие, в частности ферменты, катализирующие окисление различных кислот, тесно связаны с внутренней мембраной и располагаются на ней в определенном порядке.
Участки мембраны, несущие такие полиферментные системы, сохраняют свое строение клетки. Энергия, которую она получает и хранит в таких молекулах, как молекулы АТФ, используется в клетке там, где протекают эндотермические реакции, а также в процессе сокращения мышцы.
Поэтому не удивительно, что митохондрии обнаруживаются в большом числе в функционально активных клетках и что они связаны с теми компонентами клетки, от которых зависит ее активность. Так, например, они окружают миофибриллы, располагаются около мембран, осуществляющих перенос воды и питательных веществ, а также около мембран сократительных вакуолей.
Таким образом, важная роль митохондрий в метаболизме клетки не вызывает сомнений, а отсюда вытекает, что митохондрии определяют различный тип метаболизма в разных тканях. Имеется много наблюдений над воспроизведением митохондрий и их распределением между дочерними клетками в процессе деления.
