Sinh hoc tế bào ( phần 7 ) Chức năng và nguồn gốc ty thể Chức năng Chức năng quan trọng của ty thể là nơi tổng hợp năng lượng dưới dạng hợp chất cao năng ATP. Nhờ chứa hệ thống enzyme chuyền điện tử, enzyme của chu trình Creb và phosphoryll hoá mà ty thể đã thực hiện các quá trình oxy hoá các hydratcacbon, acid béo, các acid amin và một số chất khác như cholin. Năng lượng được giải phóng ra trong các quá trình đó được tích vào liên kết phosphat cao năng của ATP theo phản ứng: ADP + P vô cơ + E (năng lượng) > ATP Đồng thời ty thể cũng là nơi cung cấp năng lượng chủ yếu cho mọi hoạt động của tế bào. Quá trình cung cấp năng lượng thực hiện theo phản ứng: ATP > ADP + P vô cơ + năng lượng Ngoài ra, ty thể còn có khả năng tổng hợp các chất chủ yếu, cần thiết cho hoạt động của ty thể như các enzyme hô hấp, protein Sơ đồ tóm tắt quá trình hô hấp trong ty thể Nguồn gốc phát sinh Giả thuyết trước đây cho rằng, trong quá trình tiến hoá của tế bào thì ty thể có nguồn gốc từ sự phân hoá của màng sinh chất ăn sâu vào tế bào, sau đó tách ra và phức tạp hoá dần hệ thống các răng lược để hình thành một bào quan độc lập. Dẫn chứng cho giả thuyết này là ở nhiều vi khuẩn có cấu trúc mezoxom (là các nếp gấp của màng sinh chất ăn sâu vào tế bào) có chứa enzyme và nhân tố của sự hô hấp hiếu khí. Đây được xem là hình ảnh ty thể nguyên thuỷ. Ngày nay, người ta công nhận giả thuyết "cộng sinh" về nguồn gốc chủng loại của ty thể. Sự xuất hiện của ty thể trong tế bào eucaryota là kết quả cộng sinh của vi khuẩn hiếu khí với tế bào. Dẫn chứng thuyết phục nhất là trong ty thể có chứa ADN giống với ADN của vi khuẩn, ribosome của ty thể về kích thước giống với ribosome vi khuẩn. Đặc biệt cơ chế và hoạt động tổng hợp protein trong ty thể có nhiều đặc điểm giống với vi khuẩn (acid amin khởi đầu là focmylmethionin, sự tổng hợp bị ức chế bởi cholomphenicol v.v…). Cấu tạo ty thể Ty thể được phát hiện và mô tả đầu tiên bởi Altman từ năm 1894 và đến năm 1897. Benda đặt tên là mitochondria. Cấu trúc siêu hiển vi của ty thể được Palad nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử vào năm 1952 và Sjostand vào năm 1953. Cấu tạo hình thái Hình dạng chung của ty thể trong các loại tế bào khác nhau thì rất khác nhau và thường có dạng sợi, hạt hoặc cả sợi và hạt trong một tế bào. Ví dụ: trong tế bào gan, ty thể có thể thay đổi từ dạng hạt sang sợi và ngược lại; còn trong tế bào biểu bì ruột, dạng sợi nằm ở phần ngoài, dạng hạt nằm ở phần trong. Kích thước của chúng cũng rất thay đổi, ở đa số tế bào ty thể có chiều dày tương đối cố định, khoảng 0,5mm, chiều dài thì thay đổi và tối đa là 7mm. Số lượng ty thể trong các loại tế bào khác nhau thì khác nhau và ở các trạng thái sinh lý khác nhau cũng khác nhau. Ví dụ: trong tế bào gan chuột có đến 2.500, còn trong tinh trùng một số sâu bọ chỉ có 5 - 7 ty thể. Ty thể được cấu tạo bởi 2 lớp màng giống màng tế bào. - Màng ngoài: dày 60Å, bảo đảm tính thấm của ty thể. - Màng trong: dày 60Å. Từ màng trong hình thành nên các mấu lồi ăn sâu vào trong xoang ty thể gọi là tấm hình răng lược (crista). Màng trong chia xoang ty thể thành 2 xoang. + Xoang ngoài nằm giữa màng trong mà màng ngoài rộng khoảng 60 - 80Å và thông với xoang của các vách răng lược. + Xoang trong được giới hạn bởi màng trong và chứa đầy chất nền của ty thể gọi là matrix. Chất nền thường là đồng nhất, nhưng đôi khi quan sát thấy có các sợi mỏng hoặc các hạt nhỏ có mật độ điện tử cao, các hạt này là nơi đính các cation hai hoá trị, đặc biệt là Mg 2+ và Ca 2+ . Các tấm hình răng lược là những vách ngăn không hoàn toàn. Số lượng các tấm răng lược không giống nhau ở những tế bào khác nhau và ở các loài khác nhau. Mặt trong của màng trong có những khối hình cầu đường kính 80 -100Å đính vào bề mặt của tấm hình răng lược nhờ một cái cuống dài 30 -50Å - gọi là hạt cơ bản. Trong một ty thể có tới 104 - 105 hạt cơ bản (Vermander - Moran 1963). Hạt cơ bản có 3 chức năng: - Thực hiện phản ứng oxy hoá khử, giải phóng e- - Vận chuyển e- đến để tổng hợp ATP. - Thực hiện phản ứng phân giải ATP và cung cấp năng lượng cho các hoạt động của tế bào. Thành phần hoá học Thành phần hoá học của ty thể chủ yếu gồm: - Protein chiếm khoảng 60 - 70% trọng lượng khô và tồn tại dưới 2 dạng khác nhau: một phần tham gia vào thành phần siêu cấu trúc của ty thể, phần khác hoà tan trong matrix. - Lipid chiếm khoảng 25 - 30% trọng lượng khô, chủ yếu là các phospholipid và một phần ít cholesterol. Ngoài ra, trong ty thể có chứa một lượng không lớn ARN (khoảng 0,5 - 3%) và ADN (khoảng 0,024 - 0,34%). Nass (1963, 1964), Lin và Pei (1965) cũng đã tìm thấy glycogen trong ty thể. Ty thể chứa một số lượng lớn các hệ enzyme tham gia vào quá trình hô hấp của tế bào như: các enzyme citocromoxy d a s e , sucsinatdehydrogentase; các enzyme của dây chuyền điện tử: NADP và NADcitocromcreductase, Ngoài ra, trong chất nền còn có chứa các enzyme tham gia chu trình acid béo, các enzyme nucleotide khác nhau, các cofecenzyme và các ion vô cơ K + , HPO 4 - , Mg ++ , C - - , SO 4 - - Mạng lưới nội sinh chất (endoplasma reticulum) Mạng lưới nội sinh chất được phát hiện bằng kính hiển vi điện tử. Mạng lưới nội sinh chất có ở mọi loại tế bào động vật và thực vật, gần đây, người ta cho rằng những cấu trúc tương tự như mạng lưới nội sinh chất được nhận thấy cả ở vi khuẩn. 1. Cấu tạo hình thái Mạng lưới nội sinh chất chỉ được mô tả sau khi có kính hiển vi điện tử. Nó là một hệ thống các túi nhỏ, hoặc túi dẹt song song và nối thông nhau hình thành một mạng lưới 3 chiều. Mỗi ống hoặc túi đều được bọc bởi một cái màng lipoproteide có độ dày khoảng 75Å (tương tự màng tế bào). Về phía ngoài mạng lưới nội sinh chất thông với môi trường ngoài, và về phía trong nó thông với khoảng quanh nhân. Lòng mạng lưới nội sinh chất thường hẹp có đường kính từ 250Å - 500Å. Mặt ngoài có thể có ribosome bám vào, hoặc có thể nhẵn không có ribosome bám. Vì vậy, người ta phân biệt 2 loại: mạng lưới nội sinh chất có hạt và mạng lưới nội sinh chất không hạt hay mạng lưới nội sinh chất trơn. Lưới nội chất của tế bào gan (theo Krstie) 1. Lưới nội chất hạt; 2.Lưới nội chất trơn; 3. Lưới nội chất xoang. Mức độ phát triển của mạng lưới nội sinh chất tùy thuộc vào từng loại tế bào và giai đoạn hoạt động của tế bào. Ở tế bào có hoạt động chế tiết mạnh thì mạng lưới nội sinh chất phát triển. 2. Thành phần hóa học Mạng lưới nội sinh chất chứa: - Phospholipid (35% trọng lượng khô) - Protein (60% trọng lượng khô). Protein ở mạng lưới nội sinh chất bao gồm cả các enzyme, ví dụ như phosphatase. 3. Chức năng Mạng lưới nội sinh chất có các chức năng sau: - Tập trung và cô đặc một số chất từ ngoài tế bào vào hay ở trong tế bào. Những protein do ribosome bám ở ngoài màng tổng hợp được đưa vào lòng ống. - Tham gia tổng hợp các chất: mạng lưới nội sinh chất có hạt tổng hợp protein, còn gluxit và lipid do mạng lưới nội sinh chất không hạt tổng hợp. - Vận chuyển và phân phối các chất. Những giọt lipid trong lòng ruột lọt vào trong tế bào biểu mô ruột (bằng cơ chế ẩm bào) được chuyền qua mạng lưới nội sinh chất để đưa vào khoảng gian bào. - Màng của mạng lưới nội sinh chất cũng góp phần quan trọng vào sự hình thành các màng của ty thể và peroxysome bằng cách tạo ra phần lớn các lipid của các bào quan này. . mạng lưới nội sinh chất tùy thuộc vào từng loại tế bào và giai đoạn hoạt động của tế bào. Ở tế bào có hoạt động chế tiết mạnh thì mạng lưới nội sinh chất phát triển. 2. Thành phần hóa học Mạng. Ngoài ra, trong ty thể có chứa một lượng không lớn ARN (khoảng 0,5 - 3 %) và ADN (khoảng 0,024 - 0,34 %). Nass (1 963, 196 4), Lin và Pei (1 96 5) cũng đã tìm thấy glycogen trong ty thể. Ty thể chứa. Sinh hoc tế bào ( phần 7 ) Chức năng và nguồn gốc ty thể Chức năng Chức năng quan trọng của ty thể là nơi