Một tế bào sử dụng năng lượng để tổng hợp những hợp chất đặc trưng được củatế bào, mà các vật chất này dùng cho các hoạt động sống của tế bào như sinh trưởng phát triển sinh sản và vận động. Năng lượng được chuyển từ dạng này sang dạng khác trong ti thể( tìm thấy ở hầu hết cá tế bào Eukariotic) và trong lục lạp (tìm thấy ở hầu hết trong tế bào eukaryote thu nguồn năng lượng từ ánh sáng mặt trời). Ngược lại, sự chuyển hóa năng lượng trong tế bào prokaryote có liên quan đến các enzyme trên màng trong hay màng ngoài tế bào chất procaryote.
Ti thể là nơi chuyển hoá năng lượng:
Trong các tế bào Eukaryotic, sự phân giải các phân tử nhiên liệu như glucose bắt đầu trong cytosol. Các phân tử từ quá trình phân giải này sẽ vào ti thể mà chức năng cơ bản của chúng là chuyển hóa các năng lượng háo học thành các dạng năng lượng mà tế bào có thể sử dụng như các phân tử giàu năng lượng, ATP. Các phân tử cao năng ATP trong ty thể được tạo ra bằng cách sử dụng các phân tử nhiên liệu từ cytosol và phân tử oxy được gọi là hô hấp tế bào .
Các ti thể trong tế bào rất nhỏ đuờng kính khỏang 1.5 micromet và dài khoảng 2-8 μm là cỡ của nhiều loại vi khuẩn. Số lượng của ti thể trong các tế bào khác nhau là khác nhau, số lượng của nó có thể lên đến một trăm nghìn trong tế bào trứng lớn. Trung bình ở tế bào gan của người có chứa khoảng hơn một nghìn ti thể. Tế bào nào càng cần sử dụng nhiều năng lượng thì có số lựong ti thể càng lớn.
Cấu tạo trong của ti thể
Ti thể có 2 màng: màng trong và màng ngoài. Màng ngoài trơn và có chức năng bảo vệ ti thể. Màng trong của ti thể tạo thành nhiều nếp gấp, do đó diện tích bề mặt của cúng gấp nhiều lần so với màng ngoài. Màng trong ti thể chứa một lượng lớn các phân tử protein lớn, các protein này tham gia vào quá trình hô hấp của tế bào. Bên trong màng trong là matrix (chất nền), tại đây nó chứa nhiều ribosome và DNA của ti thể nhằm sinh tổng hợp các protein cần thiết cho quá trình hô hấp.
Trong chương 7 chúng ta sẽ nói về vai trò của các bộ phận khác nhau trong ti thể với hô hấp tế bào
Các hạt quang hợp hoặc các hạt vật liệu dự trữ :
Một tổ chức khác sinh năng lượng đó là các hạt quang hợp. Các hạt này không chỉ có trong thực vật mà nó còn được tìm thấy ở các động vật nguyên sinh. Sau đây là một vài kiểu của hạt này với các chức năng khác nhau. -Lục lạp: là các hạt có chứa các sắc tố xanh chllorophyl. Chlorophyl và các cấp độ của quang hợp có thế xem ở hình 4.15.
Trong quang hợp thì năng lượng ánh sáng mắt trời đã chuyển hoá thành năng lượng liên kết giữa các phân tử. Các phân tử thuộc nhóm quang hợp thì cung cấp thức ăn cho các sinh vật quang hợp, và các sinh vật khác ăn chúng. Một cách trực tiếp hay gian tiếp quang hợp là nguồn năng lượng cho các sinh vật trên trái đất. Lục lạp có thể có nhièu kích thước và hình dạng giống như ti thể lục lạp có hai màng. Nhìn vào trong ta thấy các chuỗi bên trong màng, cấu trúc của chúng có thể đước thay đổi tuỳ các nhóm sinh vật quang hợp khác nhau. ở đây chúng ta tập trung vào nghiên cứu lục lạp của những thực vật có hoa điển hình như hình 4.15b.
hinh4.15
Bên trong màng của lục lạp trông giống như một căn hộ hay một giá sách . Các giá này là các grana gồm một chuỗi các khoang bó các ngăn này gọi là các thylacoids. Trong có chứa các phospholipid và các protêin. Màng của các thhylacoid có chứ các chlorophyl và các hạt sắc tố khác dúp cho quá trình quang hợp. Chất lỏng giúp các hạt glasna lơ lửng gọi là chất nền, giống như chất nên của ti thể, chất nền lục lạp có chứa nhiều ribosom và DNA, các chất này dùng để tổng hợp một vài nhưng không phải là tất cả protein của lục lạp. Tế bào của động vật thì không sản sinh ra lục lạp nhưng có mọt vài tế bào mang các chức năng của lục lạp. Nhưng tế bào này đưa vào trong chúng những lục lạp tự do của thự vật xanh như tảo, đó là mối liên quan giữa động vật và thực vật. Màu xanh của san hô và một số loại hải quỳ là kết qủa của lục lạp chứa trong tảo, chúng sống trong các động vật này(hinh16).
hinh4.16
Các động vật nguyên sinh nhận một số chất dinh dưỡng từ quang hợp, đó là do chúng có chứa lục lạp của một số loại tảo sống kí sinh mang lại. Mối quan hệ giữa hai loài khác nhau gọi là Symbiois.
Các loại lạp khác :
Cũng chứa các sắc tố hoặc các polyssaccharides.
Chromoplast(sắc lạp): Các hạt chứa các sắc tố đỏ, vàng cam, hoặc sắc tố vàng đem lại màu cho các thực vật như màu của hoa (hình4.17a).
hình 4.17
Tới nay, chromoplast không biết có chức năng hóa học trong tế bào , tuy nhiên màu sắc trên hoa và trái của chúng đóng vai trò thu hút côn trùng thụ phấn cũng như sự phát tán hạt. Leucoplast(vô sắc lạp hay bột lạp):là nơi dự trữ bột và chất béo.
Hiện tượng nội cộng sinh giải thích nguồn gốc của ty thể và lục lạp Mặc dù lục lạp và ti thể là các dạng có trong tế bào,chúng có thể tổng hợp vật chất di truyền và protein cần thiết xây dựng nên cấu trúc của chúng. Song chúng không độc lập với tế bào và phần lớn protein được mã hoá bằng các ADN nằm trong nhân của tế bào.
Chúng được tổng hợp trong tế bào chất và được đưa vào bên trong ti thể. Về mặt nào đó ta có thể coi ti thể hay lục lạp là các prokaryotic. Khoảng hai tỉ năm về trước, thống trị trên trái đất là các tế bào prokaryotic. Nguồn thức ăn của chúng có thể được lấy trực tiếp từ môi trường, còn các sinh vật khác thì nhờ quang hợp, vẫn có các loài khác ăn các prokaryotic nhỏ hơn trong.
Giả thuyết nội cộng sinh
Người ta cho rằng các prokaryotic nhỏ bị các prokaryotic lớn hơn nuốt vào nhưng chúng không bị tiêu hóa. Các tế bào này nằm trong tế bào chất của các tế bào lớn hơn, và các thế hệ kế tiếp của tế bào lớn vẫn chứa các tế bào con của các tế bào nhỏ( prokaryote bị ăn nhưng không bị tiêu hóa).Hiện tượng này gọi là hiện tượng nội công sinh
endosymthebiotic(endo có nghĩa là trong, còn symthebiotic có nghĩa là sống chung). Có thể thấy như tảo trong thủy tức(hình4.16c). Theo giả thuyết này thì endosymthebiotic cung cấp sự thuận lợi cho cả hai đối tác. Tế bào lớn hơn sử dụng sản phẩm quang hợp của tế bào nhỏ hơn và các tế bào nhỏ sẽ đượcbảo vệ bởi các tế bào lớn. Qua thời gian tiến hóa các tế bào nhỏ mất dần đi những DNA mà ở trong tế bào lớn cũng có. Kết quả là lục lạp hình thành.
Có nhiều dẫn chứng ủng hộ cho giả thuyết endosymthebiotic.
• Một là trong một thời gian tiến hóa kéo dài hàng tỉ năm, có cơ sở cho DNA di chuyển giữa các tổ chức trong tế bào.
• Hai là có nhiều điểm tương đồng giữa lục lạp và vi khuẩn quang hợp hiện đại.
• So sánh các trình tự DNA cho thấy có sự tương đồng giữa DNA lục lạp và các prokarypte có khả năng quang hợp.
Để giải thích cho việc có hai lớp màng bao quanh ti thể và lục lạp, người ta cho rằng màng ngoài của ti thể và lục lạp là do sự nhấn sâu vào của màng tế bào chất của tế bào chủ tạo thành, còn màng trong là màng của bản thân chúng.