Các quá trình chức năng của tế bào

Giữa những lần phân bào, các tế bào thực hiện hàng loạt quá trình trao đổi chất nội bào nhằm duy trì sự tồn tại cũng như sinh trưởng của mình. Trao đổi chất là các quá trình mà tế bào xử lý hay chế biến các phân tử dinh dưỡng theo cách riêng của nó. Các quá trình trao đổi chất được chia làm 2 nhóm lớn:

• quá trình dị hóa (catabolism) nhằm phân huỷ các phân tử hữu cơ phức tạp để thu nhận năng lượng (dưới dạng ATP) và lực khử;
• quá trình đồng hóa (anabolism) sử dụng năng lượng và lực khử để xây dựng các phân tử hữu cơ phức tạp, đặc thù và cần thiết.

Một trong các con đường trao đổi chất quan trọng là đường phân (glycolysis), con đường này không cần oxy. Mỗi một phân tử glucose trải qua con đường này sẽ tạo thành 4 phân tử ATP và đây là phương thức thu nhận năng lượng chính của các vi khuẩn kị khí.

Đối với các sinh vật hiếu khí, các phân tử pyruvat, sản phẩm của đường phân, sẽ tham gia vào chu trình Kreb (hay còn gọi là chu trình TCA) để phân huỷ hoàn toàn thành CO2, đồng thời thu nhận thêm nhiều ATP. Ở sinh vật sinh vật nhân chuẩn, chu trình TCA tiến hành trong ty thể trong khi sinh vật sinh vật nhân sơ lại tiến hành ở ngay tế bào chất.

Sơ đồ quá trình sinh tổng hợp protein

Trong vùng chất nhân (xanh nhạt), các gen (ADN, xanh sẫm) được phiên mã thành những phân tử ARN. Sau khi thực hiện các sửa đổi sau phiên mã, phân tử ARN thông tin trưởng thành (đỏ) được vận chuyển ra tế bào chất (hồng) để tiến hành tổng hợp protein tại đây. Các ribosome tiến hành dịch mã của ARN thông tin nhờ mối liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung giữa bộ ba mã sao trên ARN thông tin với bộ ba đối mã trên ARN vận chuyển tương ứng. Những phân tử protein (đen) sau khi được tổng hợp thường được tiến hành một số sửa đổi cho phù hợp với chức năng, ví dụ gắn thêm các gốc đường (da cam)

Phân bào là quá trình sinh sản từ một tế bào (gọi là tế bào mẹ) phân chia thành hai tế bào non. Đây là cơ chế chính của quá trình sinh trưởng của sinh vật đa bào và là hình thức sinh sản của sinh vật đơn bào. Những tế bào sinh vật nhân sơ phân chia bằng hình thức phân cắt (binary fission) hoặc nảy chồi (budding). Tế bào sinh vật nhân chuẩn thì sử dụng hình thức phân bào là nguyên phân (mitosis) (một hình thức phân bào có tơ). Những tế bào lưỡng bội thì có thể tiến hành giảm phân để tạo ra tế bào đơn bội. Những tế bào đơn bội đóng vai trò giao tử trong quá trình thụ tinh để hình thành hợp tử (lưỡng bội). Trong phân bào, quá trình tự nhân đôi ADN (dẫn đến nhân đôi nhiễm sắc thể) đóng vai trò cực kỳ quan trọng và thường diễn ra tại kỳ trung gian giữa các lần phân chia.

Sinh tổng hợp protein là quá trình tế bào tổng hợp những phân tử protein đặc trưng và cần thiết cho hoạt động sống của mình. Quá trình phiên mã là quá trình tổng hợp những phân tử ARN thông tin dựa trên trình tự khuôn của ADN. Trên khuôn ARN thông tin mới được tạo ra, một phân tử protein sẽ được tạo thành nhờ quá trình dịch mã.

Bộ máy tế bào chịu trách nhiệm thực hiện quá trình tổng hợp protein là những ribosome. Ribosome được cấu từ từ những phân tử ARN ribosome và khoảng 80 loại protein khác nhau. Khi các tiểu đơn vị ribosome liên kết với phân tử ARN thông tin thì quá trình dịch mã được tiến hành. Khi đó, ribosome sẽ cho phép một phân tử ARN vận chuyển (tRNA) mang một loại axít amin đặc trưng đi vào. ARN vận chuyển này bắt buộc phải có bộ ba đối mã có trình tự bổ sung với bộ ba mã sao trên ARN thông tin. Các axít amin lần lượt tương ứng với trình tự các bộ ba nucleotide trên ARN thông tin sẽ liên kết với nhau để tạo thành một chuỗi polypeptide.