Chuyên đề Cấu trúc và chức năng của ty thể

ành các mào(Cristae), các mào này là nơi chứa các nhà máy hay bộ phận cần thiết cho quá trình hô hấp hiếu khí hay hô hấp yếm khí và tổng hợp ATP, và cấu trúc gấp nếp ấy giúp gia tăng diện tích lớp màng trong của ty thể. 	Lớp màng trong của ty thể chứa các protein với bốn chức năng như sau:Các protein thực hiện phản ứng ôxy hóa của chuỗi hô hấp tế bào. Men ATP synthase trong chất nền tổng hợp ATP. Các protein vận chuyển đặc hiệu có chức năng điều hòa sự đi vào hoặc đi ra khỏi chất nền của các chất chuyển hóa. Bộ máy nhập khẩu protein. 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.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.C. CHẤT NỀN CỦA TY THỂ	Khoang chất nền là khoảng không gian được bao bọc bởi lớp màng trong. Chất nền ty thể chứa một hỗn hợp hàng trăm enzyme ở nồng độ cao và các ribosome ty thể đặc biệt, các tARN và một số bản sao DNA ty thể. Chức năng chính của các enzyme này bao gồm ôxy hóa pyruvate và các acid béo cũng như tham gia trong chu trình acid citric. II/ CHỨC NĂNG TY THỂ	Ty thể được xem là trạm chuyển hóa năng lượng chứa các phân tử gluxit, lipit, protêin thành năng lượng tích lũy trong ATP. Thức ăn đưa vào được ôxy hóa để sản xuất các điện tử chứa năng lượng cao và sau đó được chuyển thành dạng năng lượng dự trữ. Nguồn năng lượng này được dự trữ ở các cầu nối phosphate năng lượng cao trong một loại phân tử gọi là adenosine triphosphate hay ATP. ATP được biển đổi từ adenosine diphosphate (ADP) bằng cách gắn thêm một nhóm phosphate bằng cầu nối năng lượng cao. 	Điều này được thực hiện nhờ quá trình chuyển hóa các sản phẩm chính như phân hủy đường, pyruvate và NADH (Phân hủy đường glycolysis được thực hiện ngoài ty thể, trong bào tương). Quá trình chuyển hóa này được thực hiện theo hai con đường khác nhau, tùy thuộc vào loại tế bào và có hay không có oxygen.PHOTPHORIN HÓA OXI HÓAOXIDATIVE PHOSPHORYLATIONI. Khái niệm phosphoryl oxy hóa: NADH và FADH được tạo thành trong quá trình đường phân, oxi hóa axit béo và chu trình axit Citric. Những phân tử này rất giàu năng lượng, vì mỗi phân tử chứa một cặp điện tử có điện thế di chuyển cao. Khi các điện tử được sử dụng để chuyển đến phân tử oxi tạo ra nước. Một lượng lớn các năng lượng tự do được giải phóng. Năng lượng tự do này có thể được sử dụng để tạo ra ATP. Oxi hóa photphoryl hóa là một quá trình tạo ra ATP, từ kết quả của sự vận chuyển điện tử từ NADH hoặc FADH2 đến O2, qua hàng loạt chất mang điện tử. Quá trình này mang đến không gian của ti thể, nơi chuyên tổng hợp ATP với sinh vật ưa khí.I. Khái niệm phosphoryl oxy hóa:Ví dụ: Khi một phân tử Glucose bị oxi hóa hoàn toàn đến CO2 và H2O thì quá trình Oxy hóa photphoryl hóa tạo ra 26 đến 30 ATPI. Khái niệm phosphoryl oxy hóa: Oxi hóa photphoryl hóa là một khái niệm đơn giản và mang tính khái quát. Thực vậy, cơ chế Oxi hóa photphoryl hóa là một trong những vấn đề thử thách nhất của hóa sinh học. Các dòng vận chuyển điện tử từ NADH hoặc FADH2 đến O2, thông qua phức hợp Protein được tìm thấy bên trong màng trong ty thể, hình thành nên các bơm Proton, để bơm proton H+ ra khoảng không gian giữa hai lớp màng từ nội chất của ty thể . Kết quả, làm thay đổi sự phân bổ của Proton H+ tạo ra Gradien pH, và sự di trú điện tử tiềm tàng tạo ra sức proton di chuyển.Có hai dạng photphorin hoá oxy  hoá, đó là photphorin hoá ở mức nguyên liệu và photphorin hoá oxy hoá ở mức coenzym.II. Photphorin hóa oxy hóa ở mức nguyên liệu Trên con đường biến đổi oxy hoá phân tử đường bao gồm quá trình đường phân và chu trình krebs có hai phản ứng oxy hoá liên kết với photphorin hoá ở mức nguyên liệu. Phản ứng thứ nhất là sự oxy hoá andehyt – 3- photphoglyxeric thành axit -3-photphiglyxeric trong giai đoạn đường phân.Phản ứng diễn ra như sau:Andehyt photpho glyxeric + H3PO4 + ADP + NAD + H2O → axit-1,3-diphotphoglyceric +ATP+ NADH2.Trước hết gốc photphat vô cơ được kết hợp với cacbon thứ nhất của ALPG và sự oxy  hóa cũng xảy ra ở vị trí này để tạo ra axit -1,3- diphotphoglyxeric.Sau đó gốc photphat giàu năng lượng được chuyển tới ADP và tạo thành ATP II. Photphorin hóa oxy hóa ở mức nguyên liệu Phản ứng thứ hai là phản ứng khử cacbon hoá oxy  hoá axit α-xetoglutaric thành axit xucxinic trong chu trình Krebs. Cũng như phản ứng trên ở đây năng lượng oxy hoá được cố định trong liên kết cao năng của ATP.Axit α-xetoglutaric  + NAD +ADP + H3PO4 → axit xucxinic + CO2 + ATP + NADH2.Trong cả hai trường hợp trên, sự photphorin hoá được thực hiện nhờ oxy hoá trực tiếp nguyên liệu của hô hấp. Vì vậy quá trình này được gọi là photphorin hoá oxy hoá ở mức nguyên liệu. Hình thức photphorin hoá này tích luỹ không quá 10% toàn bộ năng lượng của tế bào. III. Photphorin hóa oxy hóa ở mức CoenzymĐó là quá trình photphorin hoá xảy ra trong chuỗi vận chuyển điện tử từ nguyên liệu hô hấp tới oxy  không khí.Trong quá trình oxy hoá khử nguyên liệu hô hấp, các hợp chất này bị oxy hoá bằng cách mất đi một cặp hidro cho chất nhện hydro và điện tử của chuỗi hô hấp. hydro và điện tử được vận chuyển từ hệ thống có thế năng oxy  hoá thấp với hệ thống có thế năng oxy  hoá khử cao hơn. Nếu chênh lệch về thế năng oxy hoá khử giữa hệ thống  nhường và hệ thống nhận điện tử từ 0,2-0,26volt thì năng lượng được giải phóng đủ để tạo ra một liên kết giàu năng lượng trong ATP nhờ photphorin hoá ADP.- Đầu tiên, Cacbon kích động bị oxi hóa trong chu trình axit Citric cung cấp electron với điện thế di chuyển cao. Sau đó, các điện tử kích động này di chuyển trong quỹ đạo Proton, - Cuối cùng, các điện tử kích động đi vào quá trình Photphorin di chuyển điện thế.- Việc chuyển đổi điện tử kích động thành proton kích động được thực hiện bởi 3 điện tử mở đầu bơm Proton NADH – Q oxidoreductaza , Q -cytochrome c oxidoreductase,và cytochrome c oxidase. - Sự di trú bằng nhiều phức hợp gồm những trung tâm Oxi hóa nhỏ. Bao gồm: Quinon, Flamin,Fe-S, cụm phức hem, ion Cu2+. Giai đoạn cuối cùng của Oxi hóa Phosphoryl hóa được thực hiện bởi ATP – Synthase. ATP – Synthase là một bộ phận tổng hợp, được điều khiển bỡi dòng chảy của Proton H+ về nội chất của ty thể Hô hấp : là quá trình tạo ra ATP. Trong đó các hợp chất vô cơ (như phân tử oxi) đóng vai trò như là chất nhận điện tử cuối cùng. Các chất cho điện tử có thể là một hợp chất hữu cơ, hoặc một hợp chất vô cơ giàu năng lượng.Phosphoryl oxy hoá là một quá trình trao đổi chất có sử dụng năng lượng, được tạo ra bởi các quá trình oxi hóa các chất dinh dưỡng để sản xuất  adenosine triphosphate (ATP). Mặc dù nhiều hình thức của sự sống trên trái đất sử dụng hàng loạt các chất dinh dưỡng khác nhau, nhưng hầu như tất cả đều thực hiện quá trình phosphoryl oxy hoá để sản xuất ATP Phân tử ATP là nguồn cung cấp năng lượng để chuyển hóa. Điều này có lẽ là con đường phổ biến, bởi vì nó là một cách hiệu quả cao về cung cấp năng lượng so với quá trình lên men, hay các quá trình như đường phân kỵ khí.Trong quá trình phosphoryl oxy hóa, điện tử được chuyển từ hợp chất khử giàu năng lượng đến các chất nhận điện tử như oxy trong phản ứng oxi hóa khử. Các phản ứng Oxi hóa - khử tạo ra năng lượng, được dùng để tạo thành ATPỞ sinh vật nhân chuẩn, các phản ứng Oxi - khử được thực hiện bởi một loạt các phức hợp protein trong ty thể .Trong khi đó, ở sinh vật nhân sơ,  các protein này được nằm ở bên trong màng tế bào. Các bộ liên kết của các enzym được gọi là dây chuyền vận chuyển điện tử. Quá trình này tạo ra năng lượng dự trữ được khai thác, bằng cách cho phép các proton H+ chảy ngược lại qua màng, và vận chuyển trở lại vào nội chất thông qua một enzym lớn được gọi là ATP synthase. Năng lượng dự trữ này được Enzyme ATP - synthase sử dụng để tạo ra ATP từ adenosine diphosphate (ADP), trong một phản ứng phosphoryl hóa. IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến phosphoryl oxy hóaCác nguyên tố khoáng cũng có tác dụng gián tiếp đến quá trình hô hấp, do làm thay đổi tính thẩm thấu của màng sinh chất, hoặc cường độ hô hấp phụ thuộc vào cường độ tổng hợp protein. Nhưng cường độ tổng hợp protein này lại phụ thuộc vào ion K+ và ion Ca++. K còn có vai trò tăng cường vận tốc của các phản ứng vận chuyển gốc photphat, đặc biệt tăng cường quá trình sử dụng ATP của tế bào. Cung cấp đầy đủ kali có thể thúc đẩy quá trình phosphorin hóa oxy hóa và quá trình sử dụng năng lượng trong các phản ứng sinh tổng hợp. Thiếu hụt kali có thể gây nên sự gián đoạn một phần nào đó của quá trình hô hấp, quá trình photphorin hóa oxy hóa và quá trình tổng hợp năng lượng kém hiệu quả.Các nguyên tố khoáng cũng có tác dụng gián tiếp đến quá trình hô hấp, do làm thay đổi tính thẩm thấu của màng sinh chất, hoặc cường độ hô hấp phụ thuộc vào cường độ tổng hợp protein. Nhưng cường độ tổng hợp protein này lại phụ thuộc vào ion K+ và ion Ca++. K còn có vai trò tăng cường vận tốc của các phản ứng vận chuyển gốc photphat, đặc biệt tăng cường quá trình sử dụng ATP của tế bào. Cung cấp đầy đủ kali có thể thúc đẩy quá trình phosphorin hóa oxy hóa và quá trình sử dụng năng lượng trong các phản ứng sinh tổng hợp. Thiếu hụt kali có thể gây nên sự gián đoạn một phần nào đó của quá trình hô hấp, quá trình photphorin hóa oxy hóa và quá trình tổng hợp năng lượng kém hiệu quả.Mặc dù phosphoryl oxy hoá là một phần quan trọng trong chuyển hóa. Tuy nhiên nó tạo ra oxi phản ứng  như: superoxide và hydrogen peroxide,  dẫn đến việc chuyển động của các gốc tự do, gây tổn hại tế bào , gây bệnh và có thể lão hóa. Các enzym thực hiện quá trình trao đổi chất này, cũng chính là những mục tiêu của nhiều loại thuốc , các chất độc và ức chế hoạt động của cơ thể