Quá trình nào cung cấp năng lượng cho tế bào?

Liệu bạn có từng thắc mắc tế bào lấy năng lượng từ đâu? Hiện nay, nhiều nghiên cứu đã chứng minh năng lượng tế bào được tạo ra từ quá trình oxy hóa hiếu khí các nhiên liệu trao đổi chất như carbohydrate, chất béo, protein có nguồn gốc từ thức ăn hoặc các chất dự trữ bị phân hủy. Cùng tìm hiểu rõ hơn về quá trình nào cung cấp năng lượng cho tế bào trong bài viết sau đây. 

1. Năng lượng cần thiết thế nào cho hoạt động của tế bào?

Giống như các sinh vật sống phải liên tục tiêu thụ thức ăn để bổ sung năng lượng, các tế bào cần năng lượng để thực hiện phản ứng hóa học và duy trì hoạt động bình thường. Song song với nhu cầu năng lượng, tế bào cũng tổng hợp năng lượng để bù đắp lại năng lượng đã mất và cung cấp cho cơ thể, thông qua một số phản ứng xảy ra tự phát và giải phóng năng lượng. 

Cơ thể sử dụng adenosine triphosphate (ATP) là nguồn năng lượng chính và lưu trữ ở cấp độ tế bào. ATP cấu tạo từ một nucleoside triphosphate, trong đó có một bazơ nitơ (adenine) liên kết với một đường ribose và ba nhóm phosphate. ATP là “đồng tiền năng lượng” của tế bào nhờ khả năng giải phóng năng lượng thông qua việc bẻ gãy liên kết giữa nhóm phosphate thứ hai và thứ ba. Ngoài việc cung cấp năng lượng, quá trình thủy phân ATP đóng vai trò quan trọng trong nhiều chức năng của tế bào, bao gồm truyền tín hiệu và tổng hợp DNA/RNA. Quá trình tổng hợp ATP sử dụng năng lượng thu được từ nhiều cơ chế dị hóa, bao gồm hô hấp tế bào, beta-oxy hóa và ketosis. 

2. Quá trình nào cung cấp năng lượng cho tế bào? 

Các chất hữu cơ phức tạp như glucose, chất béo và protein là nguồn năng lượng dồi dào cho tế bào. Lý do là vì phần lớn năng lượng để hình thành những phân tử này được lưu trữ trong các liên kết hóa học. Để cung cấp năng lượng cho tế bào, các phân tử glucose và chất béo từ thức ăn phải đi qua màng tế bào. Đây là một màng bán thấm chọn lọc các phân tử cụ thể đi vào tế bào thông qua kênh protein chuyên biệt. 

Các tế bào giải phóng năng lượng được lưu trữ trong các liên kết hóa học của glucose, chất béo, protein thông qua một loạt phản ứng oxy hóa khử. Năng lượng sau khi giải phóng được chuyển đổi thành ATP và NADH (nicotinamide adenine dinucleotide), sử dụng trong toàn bộ tế bào để cung cấp năng lượng cho quá trình trao đổi chất và xây dựng thành phần tế bào. Ngoài ra, các enzyme cũng sử dụng năng lượng hóa học trên để xúc tác và đẩy nhanh tốc độ phản ứng hóa học trong tế bào. 

Tùy vào cấu tạo tế bào nhân chuẩn hay nhân sơ mà con đường năng lượng của mỗi sinh vật sẽ khác nhau. Tế bào nhân chuẩn trải qua 03 quá trình chính để chuyển đổi năng lượng từ hóa năng trong các liên kết phân tử thành ATP, cụ thể như sau:

• Đường phân: Quá trình đường phân gồm 10 phản ứng hóa học và cần 2 ATP. Kết thúc đường phân, tế bào thu được 2 phân tử pyruvate (3C), 4 ATP và 2 NADH. 
• Chu trình Crep: Kết thúc chu trình Crep thu được Acetyl CoA, NADH, CO2. Acetyl CoA trải qua 8 phản ứng của chu trình acid citric thu được 3 NADH, FADH2 và GTP. 
• Chuỗi chuyền điện tử (còn gọi là phosphoryl hóa oxy hóa): Cứ mỗi electron từ NADH và FADH2 qua các phức hợp protein màng thu được 3 ATP. 

Đối với tế bào thực vật và các sinh vật quang hợp để tạo năng lượng, lục lạp đảm nhiệm vai trò chính trong việc chuyển hóa năng lượng từ mặt trời. Sinh vật nhân sơ có chuỗi chuyền điện tử khác tạo ra năng lượng bên trong màng tế bào dù không có ty thể hay lục lạp. 

Khi năng lượng dồi dào, các tế bào nhân chuẩn tạo ra các phân tử lớn hơn, giàu năng lượng để lưu trữ phần năng lượng dư thừa. Đó chính là đường và chất béo (polysaccharides và lipid). Cả tế bào thực vật và động vật đều dự trữ năng lượng bằng cách chuyển hóa glucose thành chất béo. Một gam chất béo chứa gấp sáu lần năng lượng của cùng một lượng glycogen, nhưng năng lượng từ chất béo ít sẵn có hơn năng lượng từ glycogen. Tuy nhiên, mỗi cơ chế dự trữ đều quan trọng vì các tế bào cần cả kho dự trữ năng lượng nhanh và dài hạn. 

Tóm lại, tế bào cần năng lượng để thực hiện chức năng và duy trì hoạt động. Nguồn năng lượng thu nhận từ môi trường dưới dạng ánh sáng mặt trời hoặc các chất hữu cơ từ thức ăn. Tế bào nhân chuẩn tạo ra các phân tử giàu năng lượng như ATP và NADH thông qua các con đường năng lượng như quang hợp, đường phân, chu trình crep và phosphoryl hóa oxy hóa. Bất kỳ năng lượng dư thừa nào sau đó được lưu trữ trong các phân tử lớn hơn, giàu năng lượng như polysaccharides (tinh bột và glycogen) và lipid. 

Bài viết trên đây đã cung cấp cho bạn những thông tin giá trị về quá trình cung cấp năng lượng cho tế bào. Hy vọng sẽ đem lại những thông tin sức khỏe bổ ích cho bạn!

Nguồn tham khảo:  sciencedirect.com – courses.lumenlearning.com – nature.com – ncbi.nlm.nih.gov