 Cấu trúc và chức năng của Ty thể
*******************************************************************************
Ty thể là những bào quan phổ biến trong các tế bào nhân chuẩn có lớp màng kép và hệ gene
riêng. Chúng có thể được coi là những nhà máy sản xuất năng lượng của tế bào. Tại đây xảy ra q
trình hơ hấp tế bào chuyển ơxy và chất dinh dưỡng thành adenosine triphosphate (ATP). ATP là
“dòng” năng lượng hóa học của tế bào cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động của đơn vị sự sống
này. Đây cũng là lý do vì sao động vật cần thở ơxy. Khơng có ty thể, động vật bậc cao đã có thể
khơng tồn tại vì nếu vậy tế bào của chúng chỉ có thể thu nhận năng lượng thơng qua hơ hấp yếm khí,
một q trình kém hiệu quả hơn nhiều. Trên thực tế, ty thể giúp tế bào có thể sản xuất năng lượng
nhiều hơn gấp 15 lần so với khi tế bào khơng có bào quan này. Các động vật có cấu trúc phức tạp,
bao gồm cả con người, đều cần một lượng lớn năng lượng mới có thể tồn tại được.
Số lượng của ty thể hiện diện trong mỗi tế bào tùy thuộc vào nhu cầu chuyển hóa của tế bào
đó và có thể thay đổi từ một ty thể lớn đến hàng ngàn ty thể khác nhau trong một tế bào. Ty thể có
thể tìm thấy trong gần như tất cả các tế bào có nhân, bao gồm cả thực vật, động vật, nấm và sinh vật
ngun sinh. Ty thể có thể có kích thước lớn đến độ có thể quan sát được dưới kính hiển vi quang
học và được phát hiện từ những năm 1800. Tên của bào quan này được đặt theo hình dáng của nó
như những nhà khoa học đầu tiên đã quan sát. Ty thể (mitochondrion) bắt nguồn từ hai từ Hy lạp
“sợi” (thread) và “hạt” (granule). Nhiều năm sau phát hiện của họ, ty thể vẫn được cho là bào quan
truyền thơng tin di truyền. Chỉ mãi đến giữa những năm 1950, khi ngành sinh học phát triển được
một phương pháp phân lập bào quan này một cách ngun vẹn thì chức năng của ty thể mới được
biết.
Với thời hạn nhất định tơi mong muốn được tìm hiểu về sự phù hợp giữa cấu trúc và chức
năng của Ty thể trong vai trò là nhà máy sản xuất năng lượng của tế bào.
Trong q trình nghiên cứu chắc rằng sẽ có những thiếu sót rất mong sự đóng góp của q
thầy cơ và các bạn để sữa chữa, bổ sung nhằm hồn thiện hơn.
- 1 –
******************************************************************************
 Đào Thò Thu Thủy
 Cấu trúc và chức năng của Ty thể
*******************************************************************************
I/ CẤU TRÚC TY THỂ:

1. HÌNH THÁI:
Hình thái Ty thể thay đổi nhiều. Thường Ty thể có dạng sợi hay hạt, có khi giống như dạng
một tên lửa hoặc cái bong bóng. Kích thước cũng thay đổi. Độ dày khoảng 0,5μm. Còn chiều dài dao
động và đạt cực đại 7-10 μ. Sự thay đổi hình dạng và kích thước ty thể phụ thuộc vào trạng thái sinh
lí, áp suất thẩm thấu và độ PH mơi trường của tế bào. Chẳng hạn tăng lên trong các dung dịch nhược
trương và giảm xuống trong các dung dịch ưu trương. Trong mơi trường axit có dạng bong bóng.
Dạng que mảnh có độ dài khoảng 7μ ; Dạng sợi 18-20μ. Nhìn chung phổ biến nhất là dạng que tròn
hay hình oval có kích thước từ 0,5-3,0 μ x 0,1-0,5μ.
2. THÀNH PHẦN HĨA HỌC
Trong Ty thể có các thành phần : C, H, O, N, S, P và một số ngun tố vi lượng. Các ion Ca,
Ma cũng có trong Ty thể với số lượng nhỏ. Các đại phân tử gồm có prơtêin chiếm tỉ lệ 30-40%, lipit
25-30%, các loại axit nucleic 1%. Trong Ty thể có tập hợp các hệ enzim xúc tác q trình oxy hóa-
khử và trao đổi năng lượng.
Trong thành phần các đại phân tử của Ty thể đáng chú ý là ADN Ty thể. Kích thước và số
lượng phân tử ADN trong Ty thể phụ thuộc vào kích thước của Ty thể; Kích thước Ty thể càng lớn
thì phân tử ADN càng lớn. Đó là phân tử gồm hai chuỗi vòng, chiều dài gần giống nhau và khoảng
5 m. μ ADN ty thể có khác với nhân: Trong đó nồng độ cặp G-X cao hơn trong nhân, do đó mà tỉ
trọng nóng chảy cao hơn. Sự biến tính của nó diễn ra ở nhiệt độ cao hơn và khơi phục dễ dàng hơn.
Lượng thơng tin di truyền trong ADN Ty thể khơng đủ để tổng hợp tất cả các loại protein và enzim
chứa trong Ty thể. ADN Ty thể chỉ mã hóa một số protein cấu trúc, còn các xytocrom và enzim khác
phải do thơng tin từ nhân. ADN Ty thể có khả năng sao chép thơng tin theo cơ chế bình thường.
ADN Ty thể được tổng hợp ở thời điểm trước phân chia chất tế bào. Ngồi ra trong Ty thể còn có
riboxom. Chúng nhỏ hơn so với ở tế bào chất nhưng giống riboxom vi khuẩn.
3. CẤU TRÚC CỦA TY THỂ
- 2 –
******************************************************************************
 Đào Thò Thu Thủy
 Cấu trúc và chức năng của Ty thể
*******************************************************************************
Ty thể được bao bọc bởi hai lớp màng cách nhau bới một khoảng gian màng. Khoảng khơng

gian bên trong màng trong chứa chất nền (matrix) của ty thể. Chất nền này tương đối đậm đặc và có
thể tìm thấy các sợi ADN, ribosome hoặc các hạt nhỏ tại đây. Ty thể có thể mã hóa một phần các
protein của chúng bằng chính bộ máy di truyền của riêng mình. Ty thể ln ln thay đổi hình dáng.
Màng của ty thể đều được cấu tạo bởi protein và lớp phospholipid kép (phospholipid bilayer).
Tuy nhiên, mỗi màng có những đặc trưng riêng khác nhau. Như vậy ty thể có năm khoang khác
nhau. Đó là lớp màng ngồi, khoảng gian màng (giữa màng ngồi và màng trong), màng trong,
khoảng gian mào ty thể (giữa mỗi một mào ty thể) và chất nền (giữa các mào ty thể về phái trong).

Màng trong ty thể vận chuyển các cơ chất tích điện âm như ADP, ATP, phosphate,
oxoglutarate, citrate, glutamate và malate. Các phản ứng của chu trình citric acid, q trình ơxy hóa
acid béo và một vài giai đoạn của q trình tổng hợp urea cũng như tân tạo đường cũng xảy ra trong
ty thể. Năng lượng được sản xuất bởi q trình hơ hấp ty thể được sử dụng trong tổng hợp ATP bởi
một cơ chế rất phức tạp gọi là q trình phosphoryl hóa nhờ ơxy hóa (oxidative phosphorylation).
Ngồi q trình phosphoryl hóa nhờ ơxy hóa và các con đường chuyển hóa, ty thể còn tham gia vào
các q trình khác như q trình sinh nhiệt, tạo gốc tự do, cân bằng calcium, tổng hợp protein và vào
q trình chết tế bào lập trình (apoptosis).
A. CẤU TRÚC MÀNG NGỒI
Lớp màng ngồi là màng lipoprotein, bao bọc tồn bộ Ty thể, có tỷ suất protein/phospholipid
tương tự như màng bào tương của các tế bào có nhân khác tức là vào khảng 1:1 nếu tính theo khối
- 3 –
******************************************************************************
 Đào Thò Thu Thủy
 Cấu trúc và chức năng của Ty thể
*******************************************************************************
lượng. Màng ngồi chứa nhiều protein xun màng phân bố trong lớp lipit kép. Các phân tử protein
sắp xếp theo kiểu cấu tạo lỗ, làm cho các chất có khối lượng phân tử lớn dễ vận chuyển qua màng.
Các kênh này có thể cho thấm qua tất cả các phân tử có trọng lượng phân tử từ 5000 dalton trở
xuống. Các phân tử lớn hơn chỉ có thể xun qua lớp màng này thơng qua phương thức vận chuyển
tích cực. Màng ngồi ty thể cũng chứa các enzyme như: transferase, các kinase, cytocrom B, NADH-
cytocrom, b-reductase, photpholipase, photphatase.

B. CẤU TRÚC MÀNG TRONG
Màng trong có cấu trúc, tổ chức phân tử và thành phần hóa học khác với màng ngồi. Màng
trong khơng bằng phẳng mà gấp hoặc lõm vào phía trong tạo thành các mào(Cristae), các mào này là
nơi chứa các nhà máy hay bộ phận cần thiết cho q trình hơ hấp hiếu khí hay hơ hấp yếm khí và
tổng hợp ATP, và cấu trúc gấp nếp ấy giúp gia tăng diện tích lớp màng trong của ty thể. Ví dụ, ở các
ty thể điển hình tại tế bào gan, bề mặt của màng trong bao gồm cả các mào ty thể lớn khảng gấp 5 lần
so với diện tích màng ngồi. Ty thể của các tế bào có nhu cầu năng lượng cao như tế bào cơ chẳng
hạn thì lượng mào ty thể này còn cao hơn nữa. Màng trong giàu protein(chiếm khoảng 70%) và
nghèo lipit(khoảng 30%).

Đó là những phân tử protêin xun màng và rìa màng tạo nên các chất vận chuyển điện tử và các hạt
cơ bản. Các hạt cơ bản có đường kính khoảng 11nm và được gắn sâu vào trong màng bởi một cuống.
Các hạt cơ bản có tên là phức hệ F
0
-F
1
là protein có cấu trúc phức tạp và có hoạt tính enzim adenosin-
- 4 –
******************************************************************************
 Đào Thò Thu Thủy
 Cấu trúc và chức năng của Ty thể
*******************************************************************************
triphotphosynthetase. Trong màng trong có các enzym tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử như là
NADH-hydrogenase, coenzym Q, cytocrom b, cytocrom c và a. Giữa hai lớp màng là khoảng khơng
gian bên trong màng. Còn bên trong màng trong là chất nền(matrix). Lớp màng trong của ty thể chứa
các protein với bốn chức năng như sau:
∗ Các protein thực hiện phản ứng ơxy hóa của chuỗi hơ 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.
Lớp màng trong khơng có chứa các cổng porin nên khơng có tính thấm cao; hầu hết các ion và
các phân tử cần phải có chất vận chuyển đặt biệt để di chuyển vào bên trong khoan cơ bản hay khoan
chứa chất cơ bản.
C. CHẤT NỀN CỦA TY THỂ
Khoang chất nền là khảng khơng 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 ơxy hóa pyruvate và các acid
béo cũng như tham gia trong chu trình acid citric.
Ty thể có vật chất di truyền và bộ máy của riêng nó để tổng hợp nên các RNA cũng như
protein của chúng. Các DNA ngồi nhiễm sắc thể này mã hóa một số các peptide của ty thể (13
peptide ở người). Các peptide này gắn vào lớp màng trong cùng với các protein khác được mã hóa
trong nhân tế bào.
II/ CHỨC NĂNG CỦA TY THỂ
- 5 –
******************************************************************************
 Đào Thò Thu Thủy
 Cấu trúc và chức năng của 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 ơxy 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. Các phản ứng khác nhau trong cơ thể hoặc sử dụng năng lượng (trong
q trình này ATP được chuyển thành ADP và giải phóng cầu nối năng lượng cao) hoặc sản xuất ra
năng lượng (trong q trình này, ATP được tổng hợp từ ADP). Điều này được thực hiện nhờ q
trình chuyển hóa các sản phẩm chính như phân hủy đường, pyruvate và NADH (Phân hủy đường
glycolysis được thực hiện ngồi ty thể, trong bào tương). Q trình chuyển hóa này được thực hiện
theo hai con đường khác nhau, tùy thuộc vào loại tế bào và có hay khơng có oxygen.

- 6 –
******************************************************************************
 Đào Thò Thu Thủy
Glucose
CYTOSOL
Pyruvate
No O
2
present
Fermentation
O
2
present
Cellular respiration
Ethanol
or
lactate
Acetyl CoA
MITOCHONDRION
Citric
acid
cycle