Các bào quan khác nhau trong tế bào cùng phối hợp hoạt động, để thực hiện những chức năng nhất định của tế bào. Những chức năng chủ yếu của tế bào là:

• Thông tin: tiếp nhận, xử lý và truyền tin .
• Vận chuyển vật chất qua màng tế bào .
• Tiêu hóa chất .
• Tổng hợp chất và tạo các cấu trúc .
• Giải phóng năng lượng Điều khiển hoạt động của tế bào .

1.Hoạt động thông tin của tế bào

Cơ thể là một khối thống nhất, luôn tự điều chỉnh mọi hoạt động bằng các cơ chế điều hòa ngược (feedback mechanism), duy trì trạng thái hằng định nội môi (homeosta- sis), trong điều kiện môi trường (nội môi và ngoại môi) luôn thay đổi, Cơ thể truyền tin bằng hai hệ thống: thần kinh và thể dịch. Các tế bào đích nhận tin từ cả hai hệ thống thần kinh lẫn thể dịch .

1.1.Nhận tin từ kênh thần kinh

Hệ thần kinh truyền tin bằng các xung thần kinh, xung này có bản chât là một điện thế động, lan truyền dọc sợi thần kinh, đến hệ thống chức năng của tế bào tận các xináp (synapse) với tế bào thần kinh khác, tế bào cơ hay tuyến .

Tại các xináp, thông tin được tiếp nhận và xử lý nhờ các chất dẫn truyền thần kinh (neurotransmitter), chất này khuếch tán qua màng trước xináp, đến gắn với thụ thể (receptor) ở màng sau xináp. Sự kết hợp này làm mở kênh natri, và thế là xung động đã được truyền qua .

Tại tế bào đích, thí dụ tế bào cơ hay nơrôn (neuron) thần kinh, có thụ thể hưng phấn, hoặc thụ thể ức chế. Thí dụ với chất dẫn truyền acetylcholin (acetylcholine), có hai loại thụ thể tiếp nhận, đó là nicotin (nico- tine) và muscarin (muscarine). Nếu acetylcholin gắn với thụ thể nicotin (nicotinic receptor) hay muscariiij (muscarine recep- tor) thì gây khử cực màng, gây hưng phân, còn gắn với thụ thể muscarin₂ (muscarine₂ receptor) sẽ gây tăng cực (hyperpolarization) màng, tức gây ức chế .

Còn đốì với chất dẫn truyền thần kinh adrenalin và noradrenalin của thần kinh giao cảm và tủy thượng thận, có hai loại thụ thể tiếp nhận: thụ thể a và p, người ta còn phân biệt dj và a₂, j3j và P₂. Các chất dẫn truyền nêu trên không có tác dụng đồng đều lên các loại thụ thể này .

Noradrenalin gây hưng phấn đối với thụ thể a, tác dụng rất yếu trên thụ thể p. Thụ thể a thường gây co cơ trơn của thành mạch máu ngoại biên và nội tạng, gây tăng huyết áp .

Adrenalin có tác dụng như nhau trên cả thụ thể a và p. Thụ thể p lại gây giãn cơ trơn thành mạch máu của cơ tim (mạch vành), cơ vân, và cơ trơn của các nội tạng, nó còn gây tăng hoạt động của tim .

1.2.Nhận tin từ hệ thống thể dịch

Trong hệ thống thông tin bằng thể dịch, tin được truyền đi bằng các cấu trúc đặc hiệu của chất truyền tin, chủ yếu là các hormon của các tuyến nội tiết. Kênh truyền tin là dịch ngoại bào, bộ phận nhận tin là các thụ thể đặc hiệu ở các tế bào đích. Có ba loại thụ thể khác nhau tiếp nhận tin của ba loại hormon có bản chất hóa học khác nhau.

1.2.1.Thụ thể trên màng tế bào

Những hormon bản chất là protein, polypeptit (polypeptide), peptit (peptide), catecholamin (catecholamine), tác dụng lên thụ thể loại này. Thí dụ: hormon của vùng dưới đồi, tuyến yên, tuyến cận giáp, tuyến tụy nội tiết và tủy thượng thận. Cơ chế tác dụng của hormon là thông qua chất truyền tin thứ hai, như: AMP vòng, GMP vòng, Ca⁺⁺ – calmodulin, các sản phẩm phân hủy của phospholipit (phospholipid) màng tế bào .

Cơ chế là như sau: hormon được tiết ra theo dòng máu tới các tế bào, nhưng nó chỉ có tác dụng lên tế bào nào có các thụ thể đặc hiệu tiếp nhận nó, ta gọi các tế bào đó là tế bào đích của hormon. Hormon sẽ được gắn với thụ thể trên màng tế bào bằng dây nối hóa trị, thành một hợp chất “hormon – thụ thể”. Rồi hợp chết này hoạt hda adenylcyclaz (adenylcyclase), có ở phía trong của màng, sát bào tương. Sau khi được hoạt hóa, men này cùng với ion Mg⁺^ có trong bào tương, tác dụng lên phân tử ATP, để tạo ra 3’-5’-adenozin monophosphat (adenosine monophosphate: AMP) có cấu trúc vòng (cy- clic AMP: cAMP). cAMP là chất truyền tin thứ hai, xuất hiện trong bào tương, sẽ gây ra các tác dụng của hormon trên tế bào. Thí dụ như: hoạt hóa enzym (enzyme), thay đổi tính thấm của màng tế bào đối với một số cha’t, gây ra co hay giãn cơ, tổng hợp protein, hay bài tiết các chẩt vào máu v.v.. .

1.2.2.Thụ thể trong bào tương

Các hormon có bản chất hóa học là lipit, có nhân steroit nhưcác hormon của vỏ thượng thận, buồng trứng, và tinh hoàn. Các hormon này được tiếp nhận bởi thụ thể của tế bào đích nhưng không phải nằm trên màng tế bào, mà nằm trong bào tương, Cơ chế tác dụng của các hormon này là làm tăng tổng hợp protein trong tế bào, qua những bước như sau: Hormon khuếch tán qua màng tế bào và gắn với thụ thể trong bào tương, tạo thành một hợp chất hormon – thụ thể .

Hợp chất này khuếch tán qua màng nhân vào trong nhân, và gắn trên điểm đặc hiệu của chuỗi ADN trong nhiễm sắc thể, ở đây nó hoạt hóa quá trình sao chép những gen đặc hiệu, để tạo thành ARN thông tin .

ARN thông tin khuếch tán vào trong bào tương, ở đây, nó đẩy mạnh quá trình giải mã ở các ríbosom (ribosome), để tổng hợp protein mới ở lưới nội bào có hạt .

Thí dụ hormon aldosteron (aldosterone) của lớp cầu vỏ thượng thận đẩy mạnh việc tổng hợp protein trong tế bào biểu-mô của ống lượn xa và ống góp của thận, đó là các protein mang Na⁺ và K⁺, làm tăng tái hấp thu natri và bài tiết kali của ống thận .

1.2.3.Thụ thể trong nhân

Hormon tuyến giáp T₃, T₄, là một axít amin, tyrosin (tyrosine), nhưng có gắn iốt (io- dine), nên cơ chế tác dụng không thông qua chất truyền tin thứ hai như các hormon có bản chất là protein mà cơ chế tác dụng là tổng hợp protein, nhưng có khác các hormon bản chất là steroit ở chỗ: Thụ thể tiếp nhận nằm ở trong nhân, trong phức hợp nhiễm sắc thể .

Hợp chất hormon – thụ thể hoạt hóa cơ chế gen, để tạo thành nhiều loại mRNA, và quá trình tổng hợp nhiều loại pro- tein được diễn ưa trên lưới nội bào có hạt .

Những protein này, nhiều đến hàng trăm, là các enzym, chủ yếu hoạt động trong ty thể, để thúc đẩy quá trình dị hóa chất, sinh năng lượng trong tất cả các tế bào của cơ thể .

Một khi đã gần với thụ thể trong nhân, các hormon giáp có thể tiếp tục phát huy chức năng của chúng trong nhiều ngày hay nhiều tuần .

1.3.Kháng nguyên HLA

Trên màng mọi tế bào đều có một số glycoprotein có chức năng đa dạng. Một trong những glycoprotein đó là một kháng nguyên, có chức năng đặc biệt là nhận dạng các tế bào, phân biệt tế bào “quen” và tế bào “lạ” .

Đó là kháng nguyên tương hợp tổ chức, mà Jean Dausset đã phát hiện và được tặng giải thưởng Nobel y học năm 1980. Dausset gọi kháng nguyên đó là HLA (Human Leuko- cyte Antigen), tức là kháng nguyên của bạch cầu người. Thực ra HLA không phải là kháng nguyên của riêng bạch cầu, mà là của tất cả các tế bào của cơ thể .

Gen HLA nằm trong nhánh ngắn của nhiễm sắc thể số 6. Có hai loại HLA, tùy sự phân bố của chúng trong các mô và tùy chức năng của chúng .

Gồm HLA A, HLA B, HLA C, nằm trong tất cả các tế bào có nhân, và được đại thực bào “trình diện” để hoạt hóa lympho T_g .

Gồm những HLA D, nằm trong đại thực bào, lympho bào B và lympho bào T hoạt hóa. Tại đó HLA được trình diện để hoạt hóa lympho bào T . Có ba ổ gen của HLA D, đó là DR, DQ va DP .

Những người sinh đôi cùng một bọc có cùng một HLA, ngoài ra có rất ít người có HLA giống nhau, có thể hàng triệu người mới có hai người cùng một nhóm HLA. Một người sinh ra có một nửa HLA giống cha và một nửa HLA giống mẹ. Có hai ứng dụng HLA sau:

1.3.1.Vấn đề ghép cơ quan

Mỗi khi có một cơ quan, một bộ phận được ghép vào cơ thể không có cùng một HLA, các đại thực bào của cơ thể nhận ra,
chúng thực bào tế bào lạ, và trình diện kháng nguyên với lympho T₈ và T₄. Lympho nhận dạng không phải là HLA của cơ thể nhận, lập tức lympho T biến thành lympho T sát tế bào (killer T cell), nó tiêu diệt tế bào lạ. Đó là cơ chế loại mảnh ghép .

Muốn ghép thành công, người ta phải làm cho hoạt động miễn dịch của cơ thể nhận giảm xuống đến mức thấp nhất trước khi ghép, và nhất là sau khi ghép, tức là tiêu tổ chức lympho. Trong điều kiện như vậy, cơ thể mất hết sức đề kháng, và bất cứ một bệnh nhiễm khuẩn nào cũng đều rất nặng đối với cơ thể nhận mảnh ghép .

1.3.4.Các bệnh tự miễn

Có một số bệnh, do một số tế bào của một cơ quan bị biến đổi về HLA của mình, khiến cho cơ quan đó bị coi như là một mô lạ, và bị các lympho bào của bản thân cơ thể tấn công và gây bệnh. Thí dụ: bệnh đái tháo đường tùy thuộc insulin, bệnh tuyến giáp, một số bệnh thấp khớp, viêm cầu thận v.v.. .

2.Sự tiêu hóa chất trong tế bào

Tế bào tiêu hóa chất qua hai quá trình: (1) nuốt: thực bào và ẩm bào, (2) tiêu hóa chất đã nuốt vào trong bào tương .

Ý nghĩa của hoạt động này của tế bào là ở chỗ bảo vệ cơ thể chống lại những vật lạ xâm nhập (vi khuẩn, mảnh ghép) và phân hủy các mảnh mô thoái hóa. Hoạt động tiêu hóa chất mạnh mẽ ở các loại tế bào như: đại thực bào và bạch cầu hạt trung tính .

2.1.Nuốt: ẩm bào và thực bào .

Phần lớn các chất qua màng tế bào bằng cách khuếch tán hay vận chuyển tích cực .

Còn những tiểu phân rất lớn vào tế bào bằng chức năng đặc biệt của màng, gọi là ẩm bào và thực bào. Âm bào nghĩa là nuốt các túi cực kỳ nhỏ cố chứa dịch ngoại bào. Thực bào 24
nghĩa .là nuốt các tiểu phân lớn như là vi khuẩn, tế bào, các phần của mô hoại tử .

2.1.1.Ẩm bào

Ẩm bào xảy ra liên tục ở các màng tế bào của phần lớn tế bào, nhưng đặc biệt nhanh ở một số tế bào, thí dụ đại thực bào .

Các túi ẩm bào rất nhỏ, đường kính chỉ khoảng 100 – 200 nanomét, như phần lớn các phân tử protein có thể vào tế bào .

Những bước của quá trình ẩm bào thể hiện trên hình 2.1, có ba phân tử protein được gắn với màng. Các phân tử này thường gắn với các thụ thể đặc hiệu trên bề mặt của màng, đặc hiệu đối với loại protein mà nó được hấp thu. Các thụ thể thường tập trung trong các lỗ nhỏ trên bề mặt ngoài của màng tế bào .

Ở phía trong của màng tế bào, dưới những lỗ này là một mạng lưới protein hình sợi, gọi là clathrin, có lẽ nó bao gồm các sợi actin và myosin co thắt. Một khi các phân tử protein đã gắn với thụ thể, các đặc tính bề mặt của màng thay đổi, bằng cách là toàn bộ lỗ khép lại về phía ngoài, protein và một lượng nhỏ dịch ngoại bào bị bao quanh bởi bờ của lỗ .

Ngay sau đó, phần khép lại của màng bị đứt ra từ bề mặt của màng, tạo thành một túi ẩm bào ở bên trong bào tương của tế bào. Quá trình này cần năng lượng cung cấp từ ATP trong bào tương, cũng cần có mặt của ion canxi trong dịch ngoại bào, nó phản ứng với các sợi protein co thắt nằm ở phía dưới các lỗ, để tạo ra một lực tách các túi ra từ màng tế bào .

2.1.2.Thực bào

Thực bào cũng diễn ra giống như ẩm bào, nhưng liên quan với các tiểu phân lớn, chứ không phải là các phân tử. Chỉ một số tế bào có khả năng thực bào, phần lớn là các đại thực bào và bạch cầu trung tính .

Khi các protein hay polysacarit (polysac- charide) lớn trên bề mặt của tiểu phân bị thực bào, như vi khuẩn, tế bào chết, hay mô hoại tử, gắn với thụ thể trên bề mặt của tế bào thực bào, là hiện tượng thực bào bắt đầu .

Trong trường hợp vi khuẩn, mỗi vi khuẩn thường bị gắn với một kháng thể đặc hiệu, và đó là kháng thể gắn với các thụ thể của tế bào thực bào. Sự trung gian này của kháng thể được gọi là sự opsonin hóa .

Thực bào xẩy ra gồm các bước sau: Các thụ thể màng tế bào gắn với cấu trúc bề mặt của tiểu phân, Bờ của màng quanh điểm gắn khép lại về phía ngoài, bao quanh toàn bộ tiểu phân, để tạo thành một túi thực bào đóng kín .

Sợi actin và các sợi co thắt khác trong bào tương bao quanh túi thực bào, và co quanh bờ ngoài của nó .

Rồi các protein co thắt tách túi ra, đưa nó vào trong tế bào, giống như cách làm của túi ẩm bào .

2.2.Sự tiêu hóa các chất trong tế bào của túi ẩm bào và thực bào – Chức năng của lysosom

Ngay sau khi túi ẩm bào hay thực bào xuất hiện trong tế bào, một hay nhiều lysosom gắn với túi, và đổ men hydrolaz axil vào trong túi. Như vậy, tạo thành túi tiêu hóa, trong đó men hydrolase bắt đầu thủy phân protein, cacbohydrat, lipit, và các chất khác ở trong túi. Các sản phẩm tiêu hóa là các phân tử nhỏ như các axít amin, glucoz, phosphat, và các chất khác, rồi các chất này khuếch tán qua màng của túi để vào trong bào tương. Những thứ còn lại trong túi tiêu hóa được gọi là thể cặn (residual body), đó là những chất không tiêu hóa được. Cuối cùng thể cặn được bài xuất qua màng tế bào bằng quá trình gọi là xuất bào. Như vậy lysosom có thể coi là cơ quan tiêu hóa của tế bào .

2.3.Sự thoái biến tổ chức và tự tiêu của tế bào

Các mô của cơ thể thường thoái biến làm kích thước của chúng nhỏ đi. Thí dụ tử cung sau khi sinh, các cơ không hoạt động trong thời gian dài, và tuyến vú sau thời gian cho con bú. Lysosom chịu trách nhiệm trong sự thoái biến này .

Vai trò đặc biệt khác của lysosom là nó tiêu đi các tế bào bị hủy hoại – các tế bào có thể bị phá hủy bởi nhiệt, lạnh, chấn thương, hóa chất hay bất kỳ một yếu tố nào khác. Sự phá hủy tế bào gây ra bể vỡ lysosom, các men hydrolaz được giải phóng, ngay lập tức bắt đầu tiêu các chất hữu cơ ở chung quanh .

Nếu sự phá hủy là nhẹ, chỉ một phần tế bào bị tiêu đi, thì dần sẽ có sự hồi phục tế bào .

Nếu sự phá hủy tế bào là nặng, toàn bộ tế bào sẽ bị tiêu đi, quá trình được gọi là tự tiêu, và một tế bào mới cùng loại sẽ được tạo thành do sự phân bào của một tế bào bên cạnh tiến hành .

Lysosom cũng chứa các tác nhân diệt khuẩn, có thể diệt vi khuẩn bị thực bào trước khi chúng gây phá hủy tế bào. Các tác nhân này bao gồm: men lysozym, nó phân giải màng vi khuẩn; lysoferrin nó gắn sắt và các kim loại khác, mà các kim loại này cần cho sự phát triển của vi khuẩn; và axít ở độ pH bằng khoảng 5.0, nó hoạt hóa men hydrolaz và bất hoạt một số hệ thống chuyển hóa của vi khuẩn .

3.Sự tổng hợp và tạo thành các cấu trúc của tế bào do lưới nội bào và bộ Golgi

3.1.Các chức năng đặc biệt của lưới nội bào

Lưới nội bào và bộ Golgi đặc biệt phát triển ở các tế bào bài tiết. Màng của những câu trúc này được tạo thành trước tiên, là màng lipít kép, tương tự như màng tế bào, vách của chung chứa đầy các men protein, để xúc tác việc tổng hợp nhiều chất cần cho tế bào .

Phẩn lớn sự tổng hợp bắt đầu trong lưới nội bào, nhưng rồi các sản phẩm được tạo thành sẽ chuyển qua bộ Golgi, ở đây chúng được chế biến thêm, trước khi được giải phóng vào bào tương .

3.1.1.Protein được tạo thành bởi lưới nội bào có hạt

Lưới nội bào có hạt đặc trưng bởi một số lớn hạt ribosom gắn với mặt ngoài của màng .

Các phân tử protein được tổng hợp trong câu trúc của ribosom. Rồi ribosom đưa nhiều phân tử protein được tổng hợp, không phải vào trong bào tương, mà lại được đưa qua vách của lưới nội bào để vào trong những ống và những túi của lưới nội bào, tức là vào chất khuôn trong lòng mạng .

Khi các phân tử protein vào trong chất khuôn của lưới nội bào, các men ở vách của lưới nội bào làm thay đổi nhanh chóng các phân tử này. Đầu tiên, hầu hết các phân tử được kết hợp với cacbohyđrat để tạo thành glycoprotein. Sau đó các phân tử protein bị gập lại, và thường rút ngấn chiều dài của chuỗi, để tạo thành các phân tử đậm đặc hơn .

3.1.2.Sự tổng hợp lipit bởi lưới nội bào trơn, không có hạt ribosom

Lưới nội bào trơn có chức năng tổng hợp lipit, đặc biệt là phospholipit và cholesterol, các chất này được đùng để tạo nên lớp lipit kép của chính bản thân lưới nội bào, và làm cho lưới nội bào phát triển liên tục .

Ngoài ra lưới nội bào còn có một số chức năng khác, đặc biệt là lưới nội bào trơn .

• Nó cung cấp các enzym cho việc dị hóa glycogen, khi glycogen được đùng để tạo năng lượng .
• Nó cung cấp một số lớn enzym có khả năng khử độc các chất mà nó phá hủy tế bào, như các thuốc. Nó gây khử độc bằng sự oxít hóa, thủy phân, kết hợp với axít glycuronic (glycuronic acid) v.v.. .

3.2.Các chức năng đặc biệt của bộ Golgi

3.2.1.Chức năng tổng hợp của bộ Golgi

Mặc dầu chức năng chính của bộ Golgi là chế biến các chất được tạo thành trong lưới nội bào, nó cũng có khá năng tổng hợp một số cacbohydrat, mà các chất này không được tạo thành trong lưới nội bào, đó là axít sialic (sialic acid) và galactoz (galactose) .

Hơn thế nữa, bộ Golgi có thể tạo thành các chất trùng hợp (polymer) sacarit lớn, gắn với một số nhỏ protein, quan trọng nhất là axít hyaluronic (hyaluronic acid) và chondroitin sunphat (chondroitin sulfate). Chức năng của axít hyaluronic và chonđroitin sunphat là như sau: (1) Chúng là thành phần chính của chất proteoglycan được bài tiết vào niêm dịch và dịch tiết của các tuyến khác. (2)Chúng là thành phần chủ yếu của chat nền trong khoảng kẽ, hoạt động như là một chất  đệm giữa những sợi collagen và tế bào. (3) Chúng là thành phần chính của các khuôn hữu cơ trong cả sụn và xương .

3.2.2.Quá trình bài tiết nội bào tương của bộ Golgi – Sự tạo thành các túi .

Khi các chất được tạo thành trong lưới nội bào, đặc biệt là protein, chúng được vận chuyển qua hệ thống ống hướng về lưới nội bào trơn nằm gần bộ Golgi nhất  Ở đây tạo thành các túi vận chuyển nhỏ chứa các sản phẩm của lưới nội bào có hạt và cả lưới nội bào trơn. Các túi tiến về phía bộ Golgi, trong các túi này là các protein và các sản phẩm khác được tổng hợp từ lưới nội bào .

Các túi vận chuyển ngay lập tức hòa màng với bộ Golgi và đổ các chất  chứa trong đó vào khoảng túi của bộ Golgi. Ớ đây các phân tử cacbohydrat được kết vào dịch bài tiết. Một chức phận quan trọng của bộ Golgi là làm đậm đặc dịch bài tiết của lưới nội bào thành các túi được cô đặc cao .

Cuối cùng, cả túi nhỏ và túi lớn tiếp tục bị vỡ ra từ bộ Golgi, và các chất bài tiết cô đặc khuếch tán qua tế bào .

Để có khái niệm về thời gian của các quá trình này, ta quan sát sau đây: khi một tế bào tuyến được ngâm trong các axít amin
có gắn chất phóng xạ, các phân tử protein phóng xạ mới được tạo thành trong lưới nội bào hạt sau từ 3 tới 5 phút. Sau 20 phút, protein mới được tạo thành có trong bộ Golgi, và sau từ 1 tới 2 giờ, protein phóng xạ được bài tiết từ bề mặt của tế bào .

3.2.3.Các loại túi được tạo thành do bộ Golgi – Các túi bài tiết và lysosom

Ở tế bào bài tiết cao, các túi được tạo thành trong bộ Golgi là các túi bài tiết, chứa các chat protein, rồi chúng được bài tiết ra ngoài qua bề mặt màng tế bào. Những túi này hòa màng với màng tế bào và đổ các chất  của nó ra ngoài bằng cơ chế xuất bào .

Trong phần lổn các trương hợp, sự xuất bào được kích thích bởi ion canxi (calcium) đi vào trong tế bào, ion canxi phản ứng với màng túi để gây ra sự hòa màng của túi với màng tế bào, rồi dẫn tới sự xuất bào .

Mặt khác, một số túi được sử dụng ngay trong tế bào. Thí dụ, các phần đặc biệt của

bộ Golgi tạo ra lysosom. Màng của các phần đặc biệt này chứa các thụ thể hóa học, mà nó gắn các enzym hydrolaz axít. Bằng cách này, các enzym được cô đặc lại rồi được giải phóng từ bộ Golgi ở dạng các túi lysosom .

3.2.4.Sử dụng các túi trong tế bào để bể sung cho màng tế bào

Nhiều túi được tạo thành do bộ Golgi hóa màng với màng tế bào hay với màng của các cấu trúc khác trong tế bào, như là ty thể, và ngay cả lưới nội bào. Như vậy nó bổ sung các chất cần thiết cho cẩu trúc màng, khi màng bị phá hủy. Thí dụ, màng tế bào bị mất đi nhiều chất, do nó tạo thành các túi ẩm bào hay thực bào, và các túi từ bộ Golgi sẽ bổ sung liên tục cho màng tế bào .

Tóm lại, hệ thông màng của lưới nội bào và bộ Golgi là một cơ quan chuyển hóa cao, có khả năng tạo thành cả các câu trúc tế bào mới, và các chất bài tiết được đưa ra ngoài tế bào .

4. Sự rút năng lượng từ các chất dinh dưỡng – Chức năng của ty thể

Các chất chính, từ đó tế bào rút ra năng lượng là các chất dinh dưỡng mà nó phản ứng hóa học với oxy như: cacbohydrat, lipit, và protein, ớ cơ thể người, tất cả cacbohydrat được biến đổi thành glucoz do đường tiêu hóa và gan trước khi nó tới tế bào. Tương tự, pro- tein được chuyển thành axít amin, và lipit thành axít béo. Tât cả các chất này cùng với oxy vào trong tế bào. Trong tế bào, các chất dinh dưỡng phản ứng vđi oxy dưới ảnh hưởng của các loại enzym khác nhau .

Hầu hết các phản ứng oxít hóa này xảy ra trong ty thể, và năng lượng giải phóng được dùng để tạo hợp chất năng lượng rất cao adenozin triphosphat (adenosine triphos- phate: ATP). Rồi ATP được dùng trong tế bào để cung cấp năng lượng cho hầu hết các phản ứng chuyển hóa trong tế bào .

Công thức của ATP là: (Hình 2.5) ATP là một nucleotit (nucleotide) bao gồm một baz có N (nitrogen base) là adenin (ad- enine), đường pentoz (pentose) là riboz (ri- bose), và ba gôc phosphat. Hai gốc phọsphat cuối liên hệ với phần còn lại của phân tử bằng cầu phosphat năng lượng cao, ký hiệu là – (adenozin – P~P~P). Mỗi một cầu này chứa khoảng 12.000 calo năng lượng cho một mol (mole) ATP dưới điều kiện cơ thể (7.300 calo dưới điều kiện tiêu chuẩn). Nó lớn hơn nhiều so với năng lượng dự trữ ở các cầu hóa học thông thường của các hợp chất hữu cơ khác, do đó được gọi là cầu “năng lượng cao”. Hơn nữa, cầu phosphat năng lượng cao thì rất linh hoạt, nó có thể tách ra ngay tức khắc do đòi hỏi năng lượng của tế bào .

Khi ATP giải phóng năng lượng, một gôc axít phosphoric (phosphoric acid) được tách ra, và adenozin diphosphat (adenosine diphosphate: ADP) được tạo thành. Rồi năng

lượng rút ra từ các chất dinh dưỡng làm cho ADP và axít phosphoric tái kết hợp để tạo thành ATP mới .

4.1.Các quá trình hóa học trong sự tạo thành ATP – Vai trò của ty thể

Khi glucoz đi vào tế bào, enzym trong bào tương sẽ biến đổi nó thành axít pyruvic (pyruvic acid). Một số nhỏ ADP được chuyển thành ATP do năng lượng được giải phóng trong sự biến đổi này, nhưng số năng lượng đó ít hơn 5 phần trăm của toàn bộ chuyển hóa năng lượng của tế bào .

Phần lớn ATP được tạo thành trong tế bào là do ty thể. Axít pyruvic xuất phát từ cacbohydrat, axít béo từ lipit, và axít amin từ protein, tất cả được biến đổi thành một hợp chất là acetyl – CoA, có trong chất khuôn của ty thể. Chất này được phân giải cho mục đích rút năng lượng bằng hàng loạt các enzym khác trong chất khuôn của ty thể, nó chịu sự phân giải trong một chuỗi phản ứng hóa học, gọi là chu trình axít citric (citric acid) hay chu trình Krebs .

Trong chu trình axít citric, acetyl – CoA được tách ra thành các nguyên tử hydro (hy- drogen) và C0₂ (carbon dioxide). C0₂ khuếch tán ra ngoài ty thể, và từ đó ra ngoài tế bào .

Nguyên tử hydro thường kết hợp với oxy, và giải phóng ra một số năng lượng lớn, được ty lạp thể sử dụng để chuyển một số lớn ADP thành ATP. Quá trình của các phản ứng này là phức tạp, cần có sự tham gia của một số enzym protein nằm ở phần gai của màng trong ty lạp thể. Việc đầu tiên là lấy đi một điện tử (electron) của nguyên tử hydro, chuyển nó thành ion hydro. Sau là chuyển ion hydro qua các protein dạng cầu lớn, gọi là men ATP synthetaz (ATP synthetase) .

Cuối cùng, ATP synthetaz là một men, nó sử dụng năng lượng từ sự chuyển của ion hydro để gây ra sự biến đổi ADP thành ATP, đồng thời ion hydro kết hợp với oxy (oxy- gen) để tạo thành nước. ATP tạo thành được vận chuyển ra ngoài ty thể để vào bào tương và nhân tương, ở đó năng lượng của nổ được sử dụng cho các chức năng của tế bào .

4.2.Sự sử dụng ATP cho chức năng của tế bào

ATP được dùng cho ba phạm trù chính của chức năng tế bào: (1) cung cấp năng lượng cho sự vận chuyển các chất qua nhiều màng trong tế bào, (2) tổng hợp các chất hóa học trong tế bào, (3) cung cấp năng lượng cho co cơ .

Ngoài sự vận chuyển qua màng của natri, năng lượng từ ATP cũng cần cho sự vận chuyển qua màng của ion kali (potassium), ion canxi (calcium), ion magnê (magnesium), ion phosphat, ion clo (chloride), ion urat (urate), ion hydro, và nhiều ion khác nữa, và cá các chất hữu cơ các loại. Vận chuyển qua màng là rất quan trọng đối với chức năng tế bào, thí dụ tế bào ống thận dùng đến 80 phần trăm ATP được tạo thành trong tế bào cho riêng mục đích này.

Ngoài việc tổng hợp protein, tế bào còn tổng hợp phospholipit, cholesterol, purin (pu- rine), pyrimiđin (pyrimidine) và một số lớn các chất  khác. Sự tổng hợp hầu hết các hợp chất hóa học đều cần năng lượng. Thí dụ, một phân tử protein đơn thuần gồm hàng nghìn axít amin, gắn với nhau bằng dây nối peptit, mỗi một dây nối này cần phân hủy bốn cầu nối năng lượng cao, như vậy, hàng ngàn phân tử ATP phải giải phóng năng lượng khi mỗi phân tử protein được tạo thành .

Sự thực, một số tế bào dùng đến 75 phần tràm số ATP để tổng hợp các hợp chất  hóa học mới, chủ yếu là các phân tử protein, đặc biệt là trong thời gian sinh trưởng của tế bào .

Cuối cùng là sử dụng ATP để cung cấpnăng lượng cho tế bào thực hiện công cơ học .

Mỗi một lần co cơ tiêu tốn một lượng lớn ATP. Một số tế bào khác, như bạch cầu và đại thực bào, thực hiện công cơ học cho việc di chuyển tế bào bằng các cử động amíp.