TI THỂ: ĐẶC ĐIỂM CHUNG, CHỨC NĂNG, BỘ PHẬN - SINH HỌC - 2026

Các ty lạp thể là bào quan đặc trưng trong tế bào tất cả các tế bào nhân chuẩn. Chúng phụ trách một phần quan trọng của quá trình chuyển hóa năng lượng tế bào và là nơi sản xuất ATP chính trong các tế bào có chuyển hóa hiếu khí.

Nhìn dưới kính hiển vi, các bào quan này có kích thước tương tự như kích thước của vi khuẩn và có nhiều đặc điểm di truyền với sinh vật nhân sơ, chẳng hạn như sự hiện diện của bộ gen tròn, ribosome của vi khuẩn và các RNA vận chuyển tương tự như của các sinh vật nhân sơ khác.

Hình minh họa về ty thể

Lý thuyết nội cộng sinh đề xuất rằng những bào quan này phát sinh trong sinh vật nhân sơ hàng triệu năm trước từ các tế bào nhân sơ đã "ký sinh" ở sinh vật nhân chuẩn nguyên thủy, mang lại cho chúng khả năng sống trong môi trường hiếu khí và sử dụng oxy làm năng lượng, đổi lại nhận được nơi trú ẩn. và chất dinh dưỡng.

Vì bộ gen của chúng hẳn đã bị giảm, sự hình thành các bào quan này phụ thuộc rất nhiều vào việc nhập khẩu các protein được tổng hợp trong tế bào từ các gen được mã hóa trong nhân, cũng như từ các phospholipid và các chất chuyển hóa khác, để vốn là những máy móc vận chuyển phức tạp thích ứng.

Thuật ngữ "ti thể" được đặt ra bởi nhà khoa học C. Benda vào năm 1889, tuy nhiên, những quan sát tận tâm đầu tiên về các bào quan này được thực hiện bởi A. Kölliker vào năm 1880, người đã quan sát các hạt bào tương mà ông đặt tên là "các phân tử" trong tế bào cơ. .

Ngày nay, người ta biết rằng ty thể có chức năng như "nguồn năng lượng" của tất cả các tế bào nhân thực hiếu khí và chu trình Krebs, sự tổng hợp pyrimidine, axit amin và một số phospholipid xảy ra trong chúng. Bên trong nó, quá trình oxy hóa các axit béo cũng xảy ra, từ đó thu được một lượng lớn ATP.

Như trong tất cả các sinh vật tế bào, DNA ty thể dễ bị đột biến, dẫn đến rối loạn chức năng của ty thể dẫn đến rối loạn thoái hóa thần kinh, bệnh cơ tim, hội chứng chuyển hóa, ung thư, điếc, mù và các bệnh lý khác.

Đặc điểm chung của ti thể

Kính hiển vi điện tử của ty thể trong tế bào phổi người (Nguồn: Vojtěch Dostál, qua Wikimedia Commons)

Ti thể là bào quan có kích thước khá lớn, kích thước của chúng vượt quá kích thước của nhân, không bào và lục lạp của nhiều tế bào; thể tích của nó có thể chiếm tới 25% tổng thể tích của ô. Chúng có hình dạng giống con sâu hoặc xúc xích đặc trưng và có thể đo chiều dài vài micromet.

Chúng là những bào quan được bao bọc bởi một lớp màng kép có bộ gen riêng, nghĩa là bên trong có một phân tử DNA ngoại lai (khác biệt) với DNA chứa trong nhân tế bào. Chúng cũng sở hữu ARN ribosome và ARN chuyển của chính chúng.

Mặc dù vậy, chúng phụ thuộc vào gen hạt nhân để sản xuất hầu hết các protein của chúng, được đánh dấu cụ thể trong quá trình dịch mã trong tế bào để được vận chuyển đến ti thể.

Ti thể phân chia và nhân lên độc lập với tế bào; sự phân chia của chúng xảy ra bằng nguyên phân, dẫn đến việc hình thành một bản sao chính xác hơn hoặc ít hơn của mỗi cái. Nói cách khác, khi các bào quan này phân chia, chúng sẽ làm như vậy bằng cách "chia đôi".

Số lượng ti thể trong tế bào nhân thực phụ thuộc nhiều vào loại tế bào và chức năng của nó; nói cách khác, trong cùng một mô của sinh vật đa bào, một số tế bào có thể có số lượng ti thể nhiều hơn những tế bào khác. Một ví dụ về điều này là các tế bào cơ tim, có số lượng ti thể dồi dào.

Đặc trưng

Ti thể là bào quan cần thiết cho tế bào hiếu khí. Những chức năng này trong sự kết hợp của quá trình trao đổi chất trung gian trong một số con đường trao đổi chất, trong đó nổi bật là quá trình phosphoryl hóa oxy hóa để sản xuất ATP trong tế bào.

Bên trong nó xảy ra quá trình oxy hóa axit béo, chu trình Krebs hoặc axit tricarboxylic, chu trình urê, tạo ceton và tạo gluconeogenes. Ti thể cũng đóng một vai trò trong quá trình tổng hợp pyrimidine và một số phospholipid.

Một phần chúng cũng tham gia vào quá trình chuyển hóa axit amin và lipid, tổng hợp nhóm heme, cân bằng nội môi canxi và trong quá trình chết tế bào theo chương trình hoặc quá trình apoptosis.

Ti thể trong chuyển hóa lipid và carbohydrate

Glycolysis, quá trình oxy hóa glucose để lấy năng lượng từ nó dưới dạng ATP, xảy ra trong ngăn cytosolic. Trong các tế bào có chuyển hóa hiếu khí, pyruvate (sản phẩm cuối cùng của con đường đường phân) được vận chuyển đến ty thể, nơi nó đóng vai trò là chất nền cho phức hợp enzyme pyruvate dehydrogenase.

Phức hợp này chịu trách nhiệm cho quá trình khử cacboxyl hóa pyruvate thành CO2, NADH và acetyl-CoA. Người ta nói rằng năng lượng từ quá trình này được "lưu trữ" dưới dạng các phân tử acetyl-CoA, vì đây là những phân tử "đi vào" chu trình Krebs, nơi phần acetyl của chúng được oxy hóa hoàn toàn thành CO2 và nước.

Theo cách tương tự, các chất béo lưu thông trong máu và đi vào tế bào sẽ bị oxy hóa trực tiếp trong ti thể thông qua một quá trình bắt đầu từ đầu cacbonyl giống nhau và do đó hai nguyên tử cacbon bị loại bỏ đồng thời trong mỗi " trở lại ' , tạo thành một phân tử acetyl-CoA tại một thời điểm.

Sự phân hủy của các axit béo kết thúc bằng việc tạo ra NADH và FADH2, là những phân tử có các điện tử năng lượng cao tham gia vào phản ứng oxy hóa-khử.

Trong chu trình Krebs, CO2 được loại bỏ như một chất thải, trong khi đó các phân tử NADH và FADH2 được vận chuyển đến chuỗi vận chuyển điện tử ở màng trong của ty thể, nơi chúng được sử dụng trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa.

Oxy hóa phosphoryl

Các enzym tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử và quá trình phosphoryl hóa oxy hóa được tìm thấy trong màng trong của ti thể. Trong quá trình này, các phân tử NADH và FADH2 đóng vai trò là "người vận chuyển" các electron, khi chúng chuyển chúng từ các phân tử oxy hóa đến chuỗi vận chuyển.

Enzyme phức hợp trong màng trong của ty thể (Nguồn: Bananenboom, qua Wikimedia Commons)

Các electron này giải phóng năng lượng khi chúng đi qua chuỗi vận chuyển, và năng lượng này được sử dụng để đẩy proton (H +) từ ma trận vào không gian nội màng qua màng trong, tạo ra một gradient proton.

Gradient này có chức năng như một nguồn năng lượng được kết nối với các phản ứng khác cần năng lượng, chẳng hạn như tạo ATP bằng cách phosphoryl hóa ADP.

Các bộ phận (cấu trúc)

Cấu trúc của ty thể

Các bào quan này là duy nhất trong số các bào quan tế bào khác vì một số lý do, có thể hiểu được điều này từ kiến ​​thức về các bộ phận của chúng.

- Màng ti thể

Ti thể, như đã đề cập, là bào quan tế bào được bao bọc bởi một lớp màng kép. Màng này được chia thành màng ngoài ty thể và màng trong ty thể, rất khác xa nhau và ngăn cách với nhau bởi khoảng không gian giữa màng.

Màng ngoài ty thể

Màng này là màng đóng vai trò là mặt phân cách giữa tế bào và lòng ty thể. Giống như tất cả các màng sinh học, màng ngoài ty thể là một lớp kép lipid để liên kết với các protein ngoại vi và không thể thiếu.

Nhiều tác giả đồng ý rằng tỷ lệ protein-lipid trong màng này là gần 50:50 và màng này rất giống với vi khuẩn Gram âm.

Các protein của màng ngoài có chức năng vận chuyển các loại phân tử khác nhau về phía không gian giữa màng, nhiều loại protein này được gọi là "porin", vì chúng tạo thành các kênh hoặc lỗ cho phép các phân tử nhỏ đi qua tự do từ bên này sang bên kia. khác.

Màng trong ty thể

Màng này chứa một số lượng rất lớn protein (gần 80%), lớn hơn nhiều so với màng ngoài và là một trong những tỷ lệ phần trăm cao nhất trong toàn bộ tế bào (tỷ lệ protein: lipid cao nhất).

Nó là một màng ít thấm qua sự di chuyển của các phân tử và tạo thành nhiều nếp gấp hoặc đường gờ hướng về phía lòng ống hoặc chất nền ty thể, mặc dù số lượng và sự sắp xếp của những nếp gấp này thay đổi đáng kể từ loại tế bào này sang loại tế bào khác, ngay cả trong cùng một sinh vật. .

Màng trong ty thể là ngăn chức năng chính của các bào quan này và điều này về cơ bản là do các protein liên kết của chúng.

Các nếp gấp hoặc gờ của nó đóng một vai trò đặc biệt trong việc tăng bề mặt màng, góp phần hợp lý vào việc tăng số lượng protein và enzym tham gia vào các chức năng của ty thể, chủ yếu là trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa (chuỗi vận chuyển điện tử). .

Không gian liên màng

Như có thể được suy ra từ tên gọi của nó, không gian giữa màng là khoảng ngăn cách giữa màng ngoài và màng trong của ty thể.

Vì màng ngoài ty thể có nhiều lỗ và kênh tạo điều kiện thuận lợi cho sự khuếch tán tự do của các phân tử từ bên này sang bên kia nên không gian giữa màng có thành phần khá giống với thành phần của tế bào, ít nhất là đối với các ion và một số phân tử. Kích cỡ nhỏ.

- Lumen hoặc ma trận ty thể

Chất nền ty thể là không gian bên trong của ty thể và là nơi chứa DNA bộ gen của ty thể. Ngoài ra, trong “chất lỏng” này còn có một số loại enzim quan trọng tham gia vào quá trình chuyển hóa năng lượng của tế bào (lượng protein lớn hơn 50%).

Ví dụ, trong chất nền ty thể có các enzym thuộc chu trình Krebs hoặc chu trình axit tricarboxylic, là một trong những con đường chính của quá trình chuyển hóa oxy hóa ở các sinh vật hoặc tế bào hiếu khí.

- Bộ gen ti thể (DNA)

Ti thể là bào quan tế bào duy nhất trong tế bào vì chúng có bộ gen riêng, tức là chúng có hệ thống di truyền riêng, khác với hệ thống di truyền của tế bào (được bao bọc trong nhân).

Bộ gen của ti thể bao gồm các phân tử ADN hình tròn (chẳng hạn như của sinh vật nhân sơ), trong đó có thể có một số bản sao trên mỗi ti thể. Kích thước của mỗi bộ gen phụ thuộc rất nhiều vào loài được xem xét, nhưng ở người, ví dụ, con số này nhiều hơn hoặc ít hơn khoảng 16 kb.

Trong các phân tử DNA này là các gen mã cho một số protein ti thể. Ngoài ra còn có các gen mã cho RNA ribosome và RNA chuyển giao cần thiết cho quá trình dịch mã của các protein được mã hóa bởi bộ gen ty thể trong các bào quan này.

Mã di truyền được sử dụng bởi ti thể để "đọc" và "dịch" các protein được mã hóa trong bộ gen của chúng có phần khác với mã di truyền phổ quát.

Các bệnh liên quan

Các bệnh về ty thể ở người là một nhóm bệnh khá không đồng nhất, vì chúng liên quan đến đột biến ở cả DNA ty thể và hạt nhân.

Tùy theo dạng đột biến hoặc khiếm khuyết di truyền mà có các biểu hiện bệnh lý khác nhau liên quan đến ty thể, có thể ảnh hưởng đến bất kỳ hệ thống cơ quan nào trong cơ thể và mọi người ở mọi lứa tuổi.

Những khiếm khuyết ở ty thể này có thể được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác thông qua con đường mẹ, nhiễm sắc thể X, hoặc con đường thai nhi. Vì lý do này, rối loạn ty thể thực sự không đồng nhất cả về khía cạnh lâm sàng và biểu hiện cụ thể ở mô.

Một số biểu hiện lâm sàng liên quan đến khuyết tật ty thể là:

- Teo dây thần kinh thị giác

- Bệnh não hoại tử ở trẻ sơ sinh

- Rối loạn gan mật

- Bệnh động kinh tai biến vị thành niên

- Hội chứng bệnh thần kinh mất điều hòa

- Bệnh cơ tim

- Các bệnh về não của chất trắng

- Rối loạn chức năng buồng trứng

- Điếc (mất thính giác)

Sự khác biệt trong tế bào động vật và thực vật

Tế bào động vật và tế bào thực vật đều chứa ti thể. Trong cả hai loại tế bào, các bào quan này thực hiện các chức năng tương đương và, mặc dù chúng không quan trọng lắm, nhưng có một số khác biệt nhỏ giữa các bào quan này.

Sự khác biệt chính giữa ti thể động vật và thực vật liên quan đến hình thái, kích thước và một số đặc điểm bộ gen. Như vậy, ty thể có thể khác nhau về kích thước, số lượng, hình dạng và tổ chức các gờ bên trong; mặc dù điều này cũng đúng đối với các loại tế bào khác nhau trong cùng một sinh vật.

Kích thước bộ gen ti thể của động vật nhỏ hơn một chút so với thực vật (̴ 20kb so với 200kb, tương ứng). Hơn nữa, không giống như ti thể động vật, ti thể trong tế bào thực vật mã hóa ba loại RNA ribosome (động vật chỉ mã hóa hai).

Tuy nhiên, ty thể thực vật phụ thuộc vào một số RNA chuyển nhân để tổng hợp protein của chúng.

Bên cạnh những thứ đã được đề cập, không có nhiều sự khác biệt khác giữa ty thể của tế bào động vật và tế bào thực vật, theo báo cáo của Cowdry vào năm 1917.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Sinh học phân tử của tế bào (xuất bản lần thứ 6). New York: Khoa học Garland.
2. Attardi, G., & Shatz, G. (1988). Quá trình sinh học của Ty thể. Annu. Rev. Tế bào. Biol., 4, 289-331.
3. Balaban, RS, Nemoto, S., & Finkel, T. (2005). Ti thể, chất oxy hóa và lão hóa. Ô, 120 (4), 483-495.
4. COWDRY, NH (1917). SO SÁNH MITOCHONDRIA TRONG TẾ BÀO THỰC VẬT VÀ ĐỘNG VẬT. Bản tin Sinh học, 33 (3), 196–228. https://doi.org/10.2307/1536370
5. Gorman, G., Chinnery, P., DiMauro, S., Koga, Y., McFarland, R., Suomalainen, A.,… Turnbull, D. (2016). Các bệnh về ty thể. Nature Reviews Disease Primers, 2, 1–22.
6. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Hóa sinh (xuất bản lần thứ 3). San Francisco, California: Pearson.
7. Nunnari, J., & Suomalainen, A. (2012). Ti thể: Khi ốm đau và khỏe mạnh. Ô.
8. Stefano, GB, Snyder, C., & Kream, RM (2015). Ti thể, lục lạp trong tế bào động vật và thực vật: Ý nghĩa của sự ăn khớp. Giám sát Khoa học Y tế, 21, 2073–2078.