TI THể & SỰ CHUYỂN HOÁ NĂNG
LƯỢNG TRONG TẾ BÀO
I. ĐạI CƯƠNG:
Ti thể có trong tất cả
các tế bào eucaryot của
động vật. Là bào quan
khá lớn và rất đa dạng
có thể là hình cầu, bầu
dục, que hay hình trụ kéo dài. Ti thể có đường kính trung bình 0.5-1m. Ti thể được
cấu tạo bởi hai lớp màng, các màng này đóng vai trò quyết định trong hoạt động
chuyển hoá năng lượng.
Từ trong ra ngoài cấu trúc của ti thể bao gồm: khoang chất nền, màng trong, khoang
gian màng và cuối cùng là màng ngoài.
Chất nền là khoảng chiếm bên trong cùng của ti thể. Trong chất nền chứa một hỗn
hợp rất đậm đặc của hàng trăm các men (enzym), gồm các men cần thiết cho sự oxi
hoá pyruvat và các acid béo trong chu trình acid citric. Chất nền chứa cả bản sao ADN
và các men khác cần cho sự biểu hiện các gen của ti thể.
Màng trong có cấu trúc rất đặc biệt tạo nhiều nếp gấp, các nếp gấp làm tăng tổng
diện tích màng kép lên rất nhiều. Trên bề mặt của màng chứa các protein chuyên biệt
đảm nhận 3 chức năng chính:
1. Thực hiện các phản ứng oxi-hoá trong chuỗi hô hấp của tế bào;
2. Một phức hợp men có tên là ATP synthetase tạo ra ATP trong khoang chất
nền;
3. Có các protein vận chuyển đặc biệt
điều hoà sự đi qua của các chất ra ngoài
hoặc vào trong chất nền.
Màng ngoài nhờ các protein tạo kênh
quan trọng nên màng ngoài có tính thấm
với các chất có trọng lượng phân tử ≤
5000 daltons. Các protein khác bao gồm các men tham gia tổng hợp lipid trong ti thể,
các men chuyển hoá lipid sang dạng tham gia trao đổi chất.
Khoang gian màng chứa nhiều men sử dụng ATP từ chất nền tổng hợp chuyển ra để
phosphory hoá các nucleotid khác.
Ti thể là trung tâm tạo năng lượng của tế bào, có chức năng biến đổi năng lượng
thành dạng có ích để hoạt hoá các phản ứng của tế bào.
Ngoài ra ti thể còn có bộ máy di truyền riêng độc lập nên có khả năng tự sinh sản.
II. HÌNH THÁI CỦA TI THỂ:
Ti thể là một bào quan khá lớn nên được phát
hiện từ rất lâu bằng kính hiển vi quang học. Tuy
nhiên, cấu trúc của ti thể chỉ có thể được nghiên cứu
dưới kính hiển vi điện tử và các phương pháp khác
của sinh học phân tử.
Hình dạng ti thể rất phong phú nhưng phổ biến nhất
là hình que, hình elip hoặc uốn cong thành hình vành khuyên… và có thể biến đổi hình
dạng rất nhanh để phù hợp với tế bào chứa chúng khi thay đổi trạng thái hoạt động.
Số lượng và phân bố các ti thể trong tế bào cũng rất thay đổi. Tế bào gan động vật
thường chứa khoảng 1000 - 2000 ti thể, phân bố tương đối đều, chiếm 1/5 thể tích tế
bào. Tế bào tinh trùng chứa ít bào tương, ti thể tập trung ở vùng thân, hình dạng như
vành khuyên bao quanh sợi trục của tinh trùng. Ở hồng cầu không có nhân, ti thể cũng
thoái biến hết.
Tuy ti thể rất đa dạng nhưng tựu chung có cấu tạo từ
ngoài vào trong như sau:
1. Màng ngoài:
Tương đối bằng phẳng, có tỉ lệ protein khoảng 50%. Protein của màng ngoài đơn
điệu, chủ yếu gồm porin. Phân tử porin nằm xuyên màng, tạo thành một kênh cho
phép hầu như mọi phân tử ≤ 5000 daltons được lọt qua không chọn lọc. Như vậy,
màng ngoài ti thể có tính thấm rất cao so với các màng sinh học khác. Màng ngoài như
một cái rây để lọt qua các ion H+, phân tử nhỏ như ATP và các nucleotid khác, co-
enzym, acid amin…., thậm chí cả các protein nhỏ.
Các protein khác của màng ngoài bao gồm các men tham gia tổng hợp lipid trong ti
thể và men biến đổi cơ chất lipid thành dạng chuyển hoá được trong chất nền.
2. Khoang gian màng:
Nằm giữa màng ngoài và màng trong của ti thể có bề rộng khoảng 20nm, chứa
nhiều loại men kinase dùng để vận chuyển ATP của chất nền ra ngoài tham gia
phosporyl hoá các nucleotid khác. Các nucleotid này được khuếch tán tự do qua màng
ngoài vì có trọng lượng phân tử khá thấp. Các ion hydro được bơm liên tục từ khoang
chất nền vào khoang gian màng, tạo thành sự chênh lệch nồng độ điện thế (trong âm,
ngoài dương). Ion hydro không lọt được qua màng trong để trở lại vào chất nền. Từ
khoang gian màng, ion hydro khuếch tán qua màng ngoài để vào bào tương.
3. Màng trong:
Là màng có tỉ lệ protein cao, chiếm đến 3/4 khối lượng, trong khi tỉ lệ này ở màng
tế bào và màng nội bào nói chung là 1/1. Tuy nhiên, tính thấm của nó lại mang tính
chọn lọc như phần lớn các màng sinh học khác. Mặc dù có sự chênh lệch lớn về mật
độ của các ion hydro giữa hai phía của màng trong và mặc dù các ion này có kích
thước nhỏ nhất trong các loại ion, chúng cũng không thể khuếch tán tự do qua màng
trong. Nguyên nhân có thể màng trong ti thể có chứa một loại phospholipid đặc biệt
không thấy ở các màng khác gọi là cardiolipin, chiếm tới 10% tỉ lệ lipid. Ion H+ có độ
hoà tan cực thấp trong cardiolipin.
Trên màng trong có nhiều cấu trúc chứa nhiều protein như: