Ti thể là gì?
Ti thể thường được coi là trung tâm năng lượng của tế bào. Chúng giúp biến năng lượng chúng ta lấy từ thức ăn thành năng lượng mà tế bào có thể sử dụng. Tuy nhiên, ti thể có nhiều thứ hơn là sản xuất năng lượng.
Có mặt trong hầu hết các loại tế bào của con người, ti thể rất quan trọng đối với sự tồn tại của chúng ta. Chúng tạo ra phần lớn adenosine triphosphate (ATP), đơn vị tiền tệ năng lượng của tế bào.
Ti thể cũng tham gia vào các nhiệm vụ khác, chẳng hạn như truyền tín hiệu giữa các tế bào và sự chết của tế bào, hay còn được gọi là quá trình apoptosis.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét cách thức hoạt động của ty thể, chúng trông như thế nào và giải thích điều gì sẽ xảy ra khi chúng ngừng thực hiện công việc của mình một cách chính xác.
Cấu trúc của ti thể
Ti thể nhỏ, thường từ 0,75 đến 3 micromet và không thể nhìn thấy dưới kính hiển vi trừ khi chúng được nhuộm màu.
Không giống như các bào quan khác (các cơ quan thu nhỏ trong tế bào), chúng có hai màng, một bên ngoài và một bên trong. Mỗi màng có chức năng khác nhau.
Ti thể được chia thành các ngăn hoặc vùng khác nhau, mỗi ngăn thực hiện các vai trò riêng biệt.
Một số khu vực chính bao gồm:
Màng ngoài: Các phân tử nhỏ có thể đi qua màng ngoài một cách tự do. Phần bên ngoài này bao gồm các protein được gọi là porin, tạo thành các kênh cho phép các protein đi qua. Màng ngoài cũng chứa một số enzym với nhiều chức năng khác nhau.
Không gian nội màng: Đây là khu vực giữa màng trong và màng ngoài.
Màng trong: Màng này chứa các protein có một số vai trò. Bởi vì không có porin trong màng bên trong, nó không thấm vào hầu hết các phân tử. Các phân tử chỉ có thể vượt qua màng trong trong các chất vận chuyển màng đặc biệt. Màng trong là nơi tạo ra hầu hết ATP.
Cristae: Đây là những nếp gấp của màng trong. Chúng làm tăng diện tích bề mặt của màng, do đó tăng không gian cho các phản ứng hóa học.
Ma trận: Đây là không gian bên trong màng trong. Chứa hàng trăm loại enzyme, rất quan trọng trong việc sản xuất ATP. DNA ti thể được đặt ở đây (xem bên dưới).
Các loại tế bào khác nhau có số lượng ti thể khác nhau. Ví dụ, các tế bào hồng cầu trưởng thành hoàn toàn không có, trong khi các tế bào gan có thể có hơn 2.000. Các tế bào có nhu cầu cao về năng lượng có xu hướng có số lượng lớn hơn các ti thể. Khoảng 40% tế bào chất trong tế bào cơ tim được tiếp nhận bởi ti thể.
Mặc dù ti thể thường được vẽ như bào quan hình bầu dục, chúng liên tục phân chia (phân hạch) và liên kết với nhau (hợp nhất). Vì vậy, trên thực tế, các bào quan này được liên kết với nhau trong các mạng lưới luôn thay đổi.
Ngoài ra, trong các tế bào sinh tinh, các ty thể được xếp xoắn ốc ở phần giữa và cung cấp năng lượng cho chuyển động của đuôi.
DNA ty thể
Mặc dù hầu hết DNA của chúng ta được giữ trong nhân của mỗi tế bào, nhưng ty thể có bộ DNA riêng của chúng. Điều thú vị là DNA ti thể (mtDNA) giống với DNA của vi khuẩn hơn.
MtDNA lưu giữ hướng dẫn cho một số protein và thiết bị hỗ trợ tế bào khác trên 37 gen.
Bộ gen người được lưu trữ trong nhân tế bào của chúng ta chứa khoảng 3,3 tỷ cặp bazơ, trong khi mtDNA bao gồm ít hơn 17.000.
Trong quá trình sinh sản, một nửa DNA của đứa trẻ đến từ cha và một nửa từ mẹ của chúng. Tuy nhiên, đứa trẻ luôn nhận được mtDNA của chúng từ mẹ của chúng. Bởi vì điều này, mtDNA đã được chứng minh là rất hữu ích để truy tìm các dòng di truyền.
Ví dụ, các phân tích mtDNA đã kết luận rằng con người có thể bắt nguồn từ châu Phi tương đối gần đây, khoảng 200.000 năm trước, là hậu duệ của một tổ tiên chung, được gọi là ty thể Eve.
Ti thể làm gì?
Mặc dù vai trò nổi tiếng nhất của ti thể là sản xuất năng lượng, chúng cũng thực hiện các nhiệm vụ quan trọng khác.
Trên thực tế, chỉ có khoảng 3% số gen cần thiết để tạo nên một ty thể đi vào thiết bị sản xuất năng lượng của nó. Đại đa số đều tham gia vào các công việc khác đặc trưng cho loại tế bào nơi chúng được tìm thấy.
Dưới đây, chúng tôi đề cập đến một số vai trò của ti thể:
Sản xuất năng lượng
ATP, một hóa chất hữu cơ phức tạp được tìm thấy trong mọi dạng sống, thường được gọi là đơn vị phân tử của tiền tệ vì nó hỗ trợ các quá trình trao đổi chất. Hầu hết ATP được tạo ra trong ti thể thông qua một loạt phản ứng, được gọi là chu trình axit xitric hoặc chu trình Krebs.
Sản xuất năng lượng chủ yếu diễn ra trên các nếp gấp hoặc nếp gấp của màng trong.
Ti thể chuyển đổi năng lượng hóa học từ thực phẩm chúng ta ăn thành một dạng năng lượng mà tế bào có thể sử dụng. Quá trình này được gọi là quá trình phosphoryl hóa oxy hóa.
Chu trình Krebs tạo ra một chất hóa học gọi là NADH. NADH được sử dụng bởi các enzym nhúng trong các mấu để tạo ra ATP. Trong phân tử ATP, năng lượng được lưu trữ dưới dạng liên kết hóa học. Khi các liên kết hóa học này bị phá vỡ, năng lượng có thể được sử dụng.
Tế bào chết
Sự chết của tế bào, còn được gọi là apoptosis, là một phần thiết yếu của sự sống. Khi các tế bào trở nên cũ hoặc bị hỏng, chúng sẽ bị loại bỏ và bị phá hủy. Ti thể giúp quyết định tế bào nào bị phá hủy.
Ti thể giải phóng cytochrome C, kích hoạt caspase, một trong những enzym chính liên quan đến việc phá hủy tế bào trong quá trình apoptosis.
Bởi vì một số bệnh nhất định, chẳng hạn như ung thư, liên quan đến sự phá vỡ quá trình apoptosis bình thường, ti thể được cho là có vai trò gây ra bệnh.
Tích trữ canxi
Canxi rất quan trọng đối với một số quá trình tế bào. Ví dụ, giải phóng canxi trở lại tế bào có thể bắt đầu giải phóng chất dẫn truyền thần kinh từ tế bào thần kinh hoặc kích thích tố từ tế bào nội tiết. Canxi cũng cần thiết cho chức năng cơ bắp, quá trình thụ tinh và đông máu, trong số những thứ khác.
Bởi vì canxi rất quan trọng, tế bào sẽ điều chỉnh nó một cách chặt chẽ. Ti thể đóng một vai trò trong việc này bằng cách nhanh chóng hấp thụ các ion canxi và giữ chúng cho đến khi cần thiết.
Các vai trò khác của canxi trong tế bào bao gồm điều hòa sự trao đổi chất của tế bào, tổng hợp steroid và truyền tín hiệu hormone.
Sản xuất nhiệt
Khi lạnh, chúng ta rùng mình để giữ ấm. Nhưng cơ thể cũng có thể tạo ra nhiệt theo những cách khác, một trong số đó là bằng cách sử dụng một mô gọi là mỡ nâu.
Trong một quá trình được gọi là rò rỉ proton, ti thể có thể tạo ra nhiệt. Đây được gọi là quá trình sinh nhiệt không run. Chất béo nâu được tìm thấy ở mức cao nhất ở trẻ sơ sinh, khi chúng ta dễ bị nhiễm lạnh hơn và mức độ giảm dần khi chúng ta già đi.
Bệnh ty thể
DNA trong ti thể dễ bị tổn thương hơn phần còn lại của bộ gen.
Điều này là do các gốc tự do, có thể gây tổn thương DNA, được tạo ra trong quá trình tổng hợp ATP.
Ngoài ra, ti thể thiếu các cơ chế bảo vệ giống như trong nhân tế bào.
Tuy nhiên, phần lớn các bệnh ở ty thể là do đột biến trong DNA nhân ảnh hưởng đến các sản phẩm cuối cùng trong ty thể. Những đột biến này có thể được di truyền hoặc tự phát.
Khi ti thể ngừng hoạt động, tế bào mà chúng đang ở sẽ bị thiếu năng lượng. Vì vậy, tùy thuộc vào loại tế bào, các triệu chứng có thể rất khác nhau. Theo nguyên tắc chung, các tế bào cần năng lượng lớn nhất, chẳng hạn như tế bào cơ tim và dây thần kinh, bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi các ty thể bị lỗi.
Đoạn văn sau đây đến từ United Mitochondrial Disease Foundation:
“Bởi vì ty thể thực hiện rất nhiều chức năng khác nhau trong các mô khác nhau, nên thực sự có hàng trăm loại bệnh về ty thể khác nhau. […] Bởi vì sự tương tác phức tạp giữa hàng trăm gen và tế bào phải hợp tác để giữ cho bộ máy trao đổi chất của chúng ta hoạt động trơn tru, đó là dấu hiệu của các bệnh về ty thể mà các đột biến mtDNA giống hệt nhau có thể không tạo ra các bệnh giống nhau. ”
Các bệnh tạo ra các triệu chứng khác nhau nhưng do cùng một đột biến được gọi là bệnh genocopies.
Ngược lại, những bệnh có cùng triệu chứng nhưng do đột biến ở các gen khác nhau được gọi là bệnh phenocopies. Một ví dụ về phenocopy là hội chứng Leigh, có thể do một số đột biến khác nhau gây ra.
Mặc dù các triệu chứng của bệnh ty thể rất khác nhau, chúng có thể bao gồm:
- mất phối hợp cơ và yếu
- vấn đề về thị lực hoặc thính giác
- khuyết tật học tập
- bệnh tim, gan hoặc thận
- Các vấn đề về dạ dày-ruột
- các vấn đề thần kinh, bao gồm cả chứng mất trí nhớ
Các tình trạng khác được cho là liên quan đến một số mức độ rối loạn chức năng ti thể, bao gồm:
- Bệnh Parkinson
- Bệnh Alzheimer
- rối loạn lưỡng cực
- tâm thần phân liệt
- Hội chứng mệt mỏi mãn tính
- Bệnh Huntington
- Bệnh tiểu đường
- tự kỷ ám thị
Ti thể và sự lão hóa
Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu mối liên hệ giữa rối loạn chức năng ty thể và quá trình lão hóa. Có một số lý thuyết xoay quanh quá trình lão hóa, và lý thuyết về gốc tự do của ty thể về sự lão hóa đã trở nên phổ biến trong hơn một thập kỷ qua.
Lý thuyết cho rằng các loại oxy phản ứng (ROS) được tạo ra trong ti thể, như một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất năng lượng. Các hạt tích điện cao này làm hỏng DNA, chất béo và protein.
Do tổn thương do ROS gây ra, các bộ phận chức năng của ti thể bị hư hỏng. Khi ty thể không còn hoạt động tốt nữa, ROS được tạo ra nhiều hơn, làm tổn thương thêm trầm trọng.
Mặc dù đã tìm thấy mối tương quan giữa hoạt động của ty thể và sự lão hóa, nhưng không phải tất cả các nhà khoa học đều đưa ra kết luận giống nhau. Vai trò chính xác của chúng trong quá trình lão hóa vẫn chưa được biết rõ.
Tóm lại
Ti thể, rất có thể, là bào quan được biết đến nhiều nhất. Và, mặc dù chúng được gọi phổ biến là sức mạnh của tế bào, chúng thực hiện một loạt các hành động mà ít được biết đến. Từ dự trữ canxi đến tạo nhiệt, ti thể cực kỳ quan trọng đối với các chức năng hàng ngày của tế bào.
