Chức năng của ti thể hay quá trình hô hấp của tế bào

Chức năng của ti thể hay quá trình hô hấp của tế bào Loại hô hấp này được gọi là hô hấp ái khí tức là có cần O2, gồm hai giai đoạn: giai đọan phân ly glucose thực hiện trong bào tương và giai đoạn oxy hóa pyruvat thực hiện trong ti thể. * Sự phân ly glucose: Ở giai đoạn này, glucose 6 cacbon bị tách làm đôi thành hai phân tử axit pyruvic 3 cacbon. Phản ứng nhờ các enzyme có trong bào tương. Phản ứng tổng quát như sau: C6H12O6 + 2ATP 2C3H4O3 + 4H + 2ADP + 2P + 4ATP Glucose Axit pyruvic Phân tử glucose đã dùng 2 phân tử ATP để cho hai phân tử axit pyruvic, năng lượng thu được là 4ATP trả lại 2ATP đã dùng còn lại 2ATP. * Chu trình Krebs: Các phân tử pyruvat đi vào ti thể đồng thời với các axit béo, chúng đi vào chu trình Kreb trong lòng ti thể. Pyruvat và axit béo được oxy hóa thành acetyl CoA ( một hợp chất 2C) nhờ enzyme pyruvat dehydrogenase. Nhóm acetyl CoA 2 cacbon này sau đó đi vào chu trình axit citric nhờ các enzyme của chu trình này để tiếp tục giáng cấp xuống C1 và tạo ra một lượng lớn các NADH (và FADH2). (Ở đây chúng ta thấy ngoài pyruvat ra còn có axit béo. Một mình pyruvat cũng tạo ra được acetyl CoA nhưng khi chúng ta đói thì phần lớn acetyl CoA là do axit béo dự trữ trong cơ thể cung cấp. Thường thì cả hai quá trình này vẫn cùng xảy ra với tỉ lệ bên ít bên nhiều tùy theo lượng glucose đưa vào cơ thể. Điều cần chú ý là trong tế bào động vật khi đường đã chuyển hóa thành axit béo thì không thể chuyển lại được). Chu trình axit citric còn gọi là chu trình axit tricacboxylic hay là chu trình Krebs. Chu trình này oxy hóa nhóm acetyl trên acetyl CoA để tạo nên NADH và FADH2 và sản phẩm cuối cùng chứa 1 cacbon là CO2. NADH và FADH2 cung cấp các điện tử của chúng cho chuỗi hô hấp trên màng ti thể trong và cuối chuỗi các điện tử được dùng để khử O2 thành H2O. Các phản ứng tóm tắt như sau : CH3COOH + 2H2O + 3NAD+ + FAD 2CO2 + 3NADH + FADH2 (dạng acetyl CoA) Phản ứng này cũng sinh năng lượng và tạo nên 1 ATP nhờ phản ứng phosphoryl hóa kiểu như trong phân ly glucose. Phần lớn năng lượng vẫn còn nằm trong các điện tử mang bởi NADH và FADH2. * Chuỗi hô hấp : Chuỗi hô hấp chứa các phức hợp enzyme lớn nằm trên màng trong của ti thể, 3 nhóm chính là: - NADH dehydrogenase tiếp nhận e- từ NADH, chuyền e- cho ubiquinon. Ubiquinon chuyền tiếp cho: - Phức hợp b-c1, phức hợp này lại chuyền cho Cytocrom c ( 1 protein màng ngoại vi), Cytocrom c chuyền tiếp cho: - Phức hợp Cytocrom oxydase và cuối cùng chuyền từng e- một cho từng phân tử O2 để tạo nên hai phân tử nước. Viết gọn lại ta có : NADH NADHdehydrogenase Ubiquinon Phức hợp bc1 Cytocrom c Phức hợp Cytocrom oxydase O2 Đấy là quá trình nhận và chuyển điện tử theo một hướng nhất định, quá trình này diễn ra đồng thời với sự đẩy các proton (H+) ra khỏi lòng ti thể. Gradien proton điện hóa học ( hiệu thế do chênh lệch nồng độ H+), mà chuỗi hô hấp đã tạo nên được sử dụng để thành lập các ATP nhờ phức hợp protein xuyên màng ATP synthetase. Công thức tóm tắt như sau : 2C3H4O3 + 6H2O 6 CO2 + 20H Axit pyruvic 4H + 20H = 24H; 24H + O2 + O2 + ... + O2 12H2O Năng lưọng được giải phóng khỏi pyruvat trong ti thể tương đương với 36 ATP. Cộng với 2ATP do phân ly glucose được tất cả là 38ATP. Đó là số ATP tổng cộng do oxy hóa một phân tử glucose trong tế bào. Biết rằng khi hình thành một phân tử ATP cần 8 Kcal. Vậy cứ 38 ATP tức 8 Kcal x 38 = 304 Kcal. Khi một phân tử glucose cháy tự do, nó cho 688.000 cal tức 688 Kcal. Vậy năng suất sinh học của một phân tử glucose là : 304 = 44% 688 Trong thực tế còn bị tiêu hao dưới dạng nhiệt và chỉ còn dưới 10%. Quá trình tổng hợp ATP từ ADP xảy ra trong ti thể gọi là sự phosphoryl hóa oxy hóa. Sự tổng hợp tỉ lệ với sự tiêu thụ oxy trong tế bào. Thiếu Oxy thì sự tổng hợp ATP giảm. Ở vi khuẩn ái khí không có ti thể. Các phức hợp phân tử thực hiện sự hô hấp của tế bào nằm trong màng vi khuẩn.