stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
Ty thể

Ảnh chụp hiển vi điện tử của hai ty thể trong tế bào mô phổi động vật có vú cho thấy chất nền và những lớp màng bao bọc bào quan.
| Sinh học tế bào |
| --- | --- |
Thành phần tế bào động vật điển hình: Nhân con  Nhân tế bào  Ribosome (những chấm nhỏ)  Túi  Lưới nội chất hạt  Bộ máy Golgi  Khung xương tế bào  Lưới nội chất trơn  Ty thể  Không bào  Bào tương (dịch lỏng chứa các bào quan, nằm trong tế bào chất)  Lysosome  Trung thể  Màng tế bào 
Thành phần ty thể điển hình 1 Màng ngoài  1.1 Porin  2 Xoang gian màng  2.1 Xoang nội mào  2.2 Xoang ngoại vi  3 Phiến chất nền  3.1 Màng trong  3.11 Màng biên trong  3.12 Màng mào  3.2 Chất nền  3.3 Mào   4 DNA ty thể  5 Hạt chất nền  6 Ribosome  7 ATP synthase  
Ty thể (tiếng Anh: mitochondrion, số nhiều: mitochondria) là một bào quan với màng kép và hiện diện ở tất cả sinh vật nhân thực. Tuy vậy, vẫn có một số tế bào ở các sinh vật đa bào thiếu đi bào quan này (chẳng hạn như tế bào hồng cầu). Một vài sinh vật đơn bào (như Microsporidia, Parabasalia, Diplomonadida) cũng tiêu giảm hoặc biến đổi ty thể của chúng thành những cấu trúc khác. Đến nay, duy chỉ có sinh vật nhân thực chi Monocercomonoides là được biết đã hoàn toàn mất đi ty thể. Trong tiếng Anh, từ mitochondrion bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp μίτος, mitos, nghĩa là "sợi" và χονδρίον, chondrion, nghĩa là "hạt". Ty thể giúp tạo ra phần lớn loại phân tử cao năng là adenosine triphosphate (ATP), một nguồn năng lượng hóa học cung cấp cho hầu hết các hoạt động của tế bào. Chính vì vậy, ty thể còn được gọi là "nhà máy năng lượng của tế bào".
Đường kính ty thể thông thường dao động từ 0,75 đến 3 μm, nhưng giữa các ty thể lại khác biệt đáng kể về kích thước và cấu trúc. Trừ khi được nhuộm với thuốc nhuộm đặc hiệu, bình thường chúng ta không thể quan sát được bào quan này. Bên cạnh chức năng cung cấp năng lượng cho tế bào, ty thể còn tham gia vào những vai trò quan trọng khác, như truyền nhận tín hiệu, biệt hóa tế bào và chết rụng tế bào, cũng như duy trì việc kiểm soát chu kỳ tế bào và sinh trưởng tế bào. Những chức năng này được phối hợp một phần bởi quá trình tăng sinh ty thể. Ngoài ra, ty thể còn liên quan đến một số bệnh lý ở người, bao gồm rối loạn ty thể, rối loạn chức năng tim mạch, suy tim và tự kỷ.
Số lượng ty thể trong mỗi tế bào có thể biến động mạnh mẽ tùy thuộc vào từng cơ thể sống, loại mô và loại tế bào. Thí dụ, trong khi tế bào hồng cầu không có ty thể nào, thì tế bào gan lại có thể có hơn 2000 ty thể. Ty thể được cấu trúc thành các ngăn hay các phần riêng biệt nhằm đảm nhận những chức năng chuyên hóa khác nhau. Các cấu thành hay được nhắc đến của ty thể bao gồm màng ngoài, xoang gian màng, màng trong, mào và chất nền.
Mặc dù phần lớn DNA tế bào nằm trong nhân, bào quan ty thể vẫn sở hữu một hệ gen độc lập – gần như tương tự hệ gen vi khuẩn. Giống như số lượng, protein ty thể cũng biến động giữa các loại mô và các loài sinh học khác nhau. Ở người, 615 dạng protein khác nhau đã được xác định từ ty thể của tim, còn ở chuột, con số này là 940 protein. Hệ protein ty thể được cho rằng có khả năng điều hòa cân bằng động.
Cấu trúc

Ty thể có một lớp màng kép; trong đó màng trong chứa đựng những bộ máy hóa thẩm và cấu tạo gấp nếp thành những rãnh sâu giúp gia tăng diện tích bề mặt. Bình thường ty thể được miêu tả như "một chiếc xúc xích cam lỏng chỏng bọng nước bên trong" (tựa như hình trên), thực tế thì bào quan này lại tồn tại dưới nhiều hình dạng khác nhau và xoang gian màng của chúng cũng tương đối mỏng.
Mỗi ty thể đều có màng ngoài và màng trong cấu tạo từ lớp phospholipid kép cùng protein. Mỗi lớp màng lại có những đặc tính khác nhau. Nguyên do phương cách tổ chức cấu trúc theo hệ màng kép, ty thể được phân thành 5 bộ phận tách biệt. Bao gồm:
màng ty thể ngoài
xoang gian màng (khoảng không gian giữa màng ngoài và màng trong)
màng ty thể trong
xoang mào (tạo thành từ sự gấp nếp màng trong), và
chất nền (không gian bên trong màng trong)
Ty thể nào bị tước đi màng ngoài thì gọi là mitoplast.
Cấu trúc > Màng ngoài

Màng ty thể ngoài là lớp màng bao bọc bào quan, độ dày dao động từ 60 đến 75 ångström (Å). Tỷ lệ protein trên phospholipid của màng tương tự màng sinh chất tế bào nhân thực (khoảng 1:1 về mặt khối lượng). Màng ngoài chứa một lượng lớn protein xuyên màng gọi là porin. Những porin tạo nên các kênh cho phép những phân tử nặng khoảng 5000 dalton hoặc nhẹ hơn khuếch tán tự do theo một hướng xác định (từ ngoài vào trong màng hay ngược lại). Protein kích thước lớn có thể xâm nhập ty thể nếu như trình tự tín hiệu tại đầu N liên kết với một phân tử protein lớn giàu tiểu đơn vị gọi là translocase thuộc màng ngoài, để từ đó kích hoạt sự vận chuyển chủ động đưa phân tử xuyên qua màng. Tiền protein ty thể được nhập bào thông qua những phức hệ vận chuyển đặc hiệu. Màng ngoài đồng thời cũng chứa các enzyme tham gia vào nhiều hoạt động đa dạng, như kéo dài phân tử acid béo, oxy hóa hormone adrenaline và phân hủy amino acid tryptophan. Bao gồm những enzyme sau: monoamine oxidase, rotenone-insensitive NADH-cytochrome c-reductase, kynurenine hydroxylase và acid béo Co-A ligase. Sự đánh thủng màng ty thể ngoài dẫn đến hậu quả rò rỉ những protein từ xoang gian màng thấm vào bào tương, gây ra cái chết chắc chắn cho tế bào. Màng ngoài ty thể cũng có khả năng thông kết với những lớp màng của lưới nội chất (endoplasmic reticulum, ER), tạo thành một cấu trúc gọi là MAM (mitochondria-associated ER-membrane, tạm dịch: màng ER liên hợp ty thể). Cấu trúc này đóng vai trò quan trọng trong hoạt động truyền dẫn tín hiệu calci liên ER-ty thể và liên quan đến việc chuyển vận lipid giữa ER và ty thể. Phía ngoài màng ngoài trôi nổi những hạt nhỏ đường kính 60 Å, được đặt tên là tiểu đơn vị Parson (sub-unit of Parson).
Cấu trúc > Xoang gian màng

Xoang gian màng là không gian choán giữa màng ngoài và màng trong. Đồng thời cũng là không gian bọc quanh ty thể (perimitochondrial space). Vì màng ngoài cho phép những phân tử nhỏ dễ dàng khuếch tán tự do, nên nồng độ của các phân tử này, như ion và đường, ở xoang gian màng tương tự tại bào tương. Trong khi đó, những protein lớn lại cần phải có trình tự tín hiệu đặc hiệu mới được vận chuyển xuyên thấu màng ngoài, vì vậy hàm lượng protein tại xoang gian màng có sự khác biệt so với ngoài bào tương. Ví dụ một loại protein tập trung trong xoang theo cách này có tên là cytochrome c.
Cấu trúc > Màng trong

Màng ty thể trong chứa nhiều loại protein, chia thành 5 nhóm sau theo chức năng từng loại:
Nhóm tham gia những phản ứng oxy hóa khử thuộc quá trình phosphoryl hóa oxy hóa
Phức hệ ATP synthase, đảm nhận vai trò sản sinh ATP trong chất nền
Nhóm protein vận chuyển đặc hiệu, điều hòa hoạt động chuyển tiếp chất chuyển hóa vào trong và rời khỏi chất nền
Bộ máy nhập dẫn protein
Nhóm protein tham gia dung hợp và phân đôi ty thể
Màng trong mang hơn 151 loại polypeptide khác nhau, và có tỷ lệ rất cao protein trên phospholipid (hơn 3:1 về mặt khối lượng, nghĩa là cứ khoảng 1 protein thì tương đương với 15 phân tử phospholipid). Màng trong cũng là bộ phận chiếm giữ xấp xỉ 1/5 tổng lượng protein ở ty thể. Ngoài ra, màng còn là nơi tích lũy đậm đặc một dạng phospholipid hiếm gặp, cardiolipin. Phân tử phospholipid này ban đầu được phát hiện trong tim bò năm 1942, và sự có mặt của cardiolipin thường là một đặc trưng của màng sinh chất ty thể và vi khuẩn. Cardiolipin cấu tạo từ bốn acid béo thay vì hai như thông thường, và có thể điều này đã khiến cho màng trong trở nên không thấm. Không như màng ngoài, màng trong lại không có các porin và mang đặc tính không thấm cao đối với mọi phân tử muốn chuyển vận xuyên màng. Hầu hết tất cả ion và phân tử đều phải nhờ một hệ vận chuyển qua màng đặc hiệu mới có thể đi vào hay ra khỏi chất nền. Riêng những protein phải được chuyên chở thông qua phức hệ translocase màng trong (translocase of the inner membrane, TIM) hay qua Oxa1. Bên cạnh đó, một điện thế màng cũng xuất hiện hai bên màng trong do những tác động từ các enzyme thuộc chuỗi chuyền điện tử.
Cấu trúc > Màng trong > Mào

Màng ty thể trong được gấp nếp lấn sâu vào chất nền tạo thành nhiều mấu lồi dạng răng lược gọi là mào (cristae, số ít: crista), giúp màng trong mở rộng diện tích bề mặt, nâng cao khả năng sản xuất ATP. Đối với ty thể tế bào gan điển hình, diện tích màng trong lớn gấp 5 lần màng ngoài. Tỷ lệ này cũng biến thiên đa dạng, và đối với những ty thể trong các tế bào có nhu cầu năng lượng ATP cao như tế bào cơ thì chúng lại gấp nếp mạnh mẽ tạo nên nhiều mào hơn. Những nếp màng này được khảm bằng hàng loạt thể cầu nhỏ, gọi là hạt F1 hay oxysome. Đây không hẳn là những nếp gấp đơn giản tạo ra khi màng trong lõm vào chất nền, mà chúng còn có khả năng tác động đến tổng thể chức năng hóa thẩm thấu.
Một nghiên cứu mô phỏng toán học gần đây đề xuất rằng những đặc tính quang học của mào trong ty thể dạng sợi có thể ảnh hưởng đến sự phát sinh và lan truyền ánh sáng trong mô.
Cấu trúc > Chất nền

Chất nền là không gian bao bởi màng trong. Chứa đựng khoảng 2/3 tổng lượng protein ở ty thể. Chất nền có vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất ATP thông qua hệ thống phức hợp ATP synthase đặt tại màng trong. Đây là nơi đặc trưng bởi nồng độ cao của hỗn hợp hàng trăm enzyme, nhiều ribosome ty thể, tRNA và một số bản sao từ hệ gen DNA ty thể. Hoạt động chính của những enzyme chất nền là oxy hóa pyruvate và acid béo, cũng như tham gia chu trình acid citric.
Ty thể sở hữu vật chất di truyền của riêng chúng, và là bộ máy cấu tạo nên hệ RNA và protein riêng ty thể (xem: sinh tổng hợp protein). Người ta cho biết một trình tự DNA ty thể ở người được công bố chứa đến 16.569 cặp base mã hóa trong 37 gen, gồm: 22 gen tRNA, 2 gen rRNA và 13 gen peptide. Ở người, 13 loại peptide ty thể này khảm vào lớp màng trong, cùng với những protein mã hóa bởi những gen trong nhân tế bào chủ.
Cấu trúc > Màng ER liên hợp ty thể (MAM)

Màng lưới nội chất liên hợp ty thể hay màng ER liên hợp ty thể (mitochondria-associated ER membrane, MAM) là thành phần cấu trúc ngày càng được công nhận rộng rãi về vai trò quan trọng của nó trong sinh lý học tế bào và cân bằng nội môi. Từng bị coi là một trở ngại kỹ thuật trong công nghệ phân đoạn tế bào, vì những túi ER pha tạp này khi đó sẽ gây tập nhiễm khi thực hiện phân đoạn tế bào, thì nay được tái xác nhận là một cấu trúc màng bao nguồn gốc từ hệ MAM—phần trung gian chuyển tiếp giữa ty thể và lưới nội chất (ER). Người ta từng quan sát mối liên thông vật lý giữa hai bào quan đây trong những ảnh vi ký điện tử và gần đây với những ảnh chụp hiển vi huỳnh quang. Những nghiên cứu này ước lượng màng ngoài ty thể có khả năng chiếm đến 20% trong tổng cấu trúc MAM, trong đó ER cùng ty thể bị phân cách một khoảng từ 10–25 nm và kết gặp với nhau thông qua những phức hệ buộc nối protein.
Tinh chế MAM từ quá trình phân đoạn hạ tế bào đã cho thấy cấu trúc này có vai trò làm giàu các enzyme tham gia những phản ứng biến chuyển phospholipid, bên cạnh đó còn là những kênh hoạt động tương giao với tín hiệu Ca2+. Các dấu hiệu trên đã chứng minh MAM có một vai trò nổi bật trong việc điều hòa hoạt động lưu trữ lipid tế bào và dẫn truyền tín hiệu, kèm với những tất suy ý nghĩa cho hiện tượng liên hợp ty thể của tế bào, như đoạn trình bày sau đây. MAM không chỉ cung cấp cách nhìn sâu sắc đến những nền tảng cơ học cơ sở như các quá trình sinh lý trong tiến trình tự chết của tế bào cũng như hoạt động truyền dẫn tín hiệu calci, mà nó còn phác ra một góc nhìn tinh tế hơn về bào quan ty thể. Dù thường bị xem là tĩnh tại, "nhà máy năng lượng" cô lập này lại đoạt chiếm hoạt động chuyển hóa của tế bào qua một sự kiện nội cộng sinh nguyên thủy, do vậy con đường tiến hóa của MAM phải gạch ra những giới hạn để ty thể được phép tích hợp hòa hợp vào tổng thể quá trình sinh lý tế bào, kèm theo những khớp buộc vật lý và nhập hòa chức năng với hệ thống nội màng.
Cấu trúc > Màng ER liên hợp ty thể (MAM) > Vận chuyển phospholipid

MAM có khả năng làm giàu các enzyme tham gia sinh tổng hợp lipid, như phosphatidylserine synthase trên bề mặt lưới nội chất và phosphatidylserine decarboxylase trên bề mặt ty thể. Nguyên do ty thể là bào quan liên tục dung hợp và phân đôi, nên chúng yêu cầu phải có một nguồn cung cấp phospholipid thường xuyên và chất lượng nhằm duy trì bộ màng được nguyên vẹn. Nhưng ty thể không chỉ là đích nhập phospholipid tại tận cùng tiến trình tổng hợp; mà đúng hơn, bào quan này còn đóng vai trò trong hệ liên bào quan để giao thương các chất trung gian và những sản phẩm từ con đường sinh tổng hợp phospholipid, chuyển hóa ceramide và cholesterol, cũng như đồng hóa glycosphingolipid.
Việc MAM điều tiết khả năng giao thương nội bào được chứng minh là để tạo điều kiện thuận lợi cho sự chuyển vận lipid trung gian giữa các bào quan. Tương phản với cơ chế chuyển tiếp lipid căn bản qua hệ túi sinh học, bằng chứng cho thấy khoảng cách vật lý gần giữa màng ER và ty thể tại MAM cho phép lipid dịch chuyển linh hoạt giữa hai lớp màng đối diện nhau này. Dẫu cho cơ chế đây lại hiếm gặp và dường như thu năng lượng, như chất vận chuyển không yêu cầu ATP. Thay vì đó, ở nấm men, sự vận chuyển này lại phụ thuộc vào một cấu trúc buộc kết đa protein gọi là cấu trúc gặp gỡ ER-ty thể (ER-mitochondria encounter structure, hay ERMES), mặc dù vẫn chưa rõ liệu cấu trúc này có trực tiếp làm trung gian vận chuyển lipid hay chỉ có vai trò cần thiết để neo giữ các màng ở vị trí đủ gần nhằm tiêu giảm hàng rào năng lượng cho hoạt động lipid dịch chuyển linh hoạt.
MAM đồng thời cũng có thể là thành phần thuộc lộ trình chế tiết (secretory pathway), bên cạnh vai trò trong giao thương lipid nội bào. Cụ thể, MAM có vẻ là một trạm trung chuyển giữa lưới nội chất hạt (rough ER) và bộ máy Golgi trên lộ trình, từ đó chỉ dẫn cho các lipoprotein tỷ trọng rất thấp (very-low-density lipoprotein, hay VLDL) lắp rắp hoặc bài tiết ra ngoài. Như vậy, MAM chính là một trung tâm giao thương và trao đổi chất quan trọng trong quá trình chuyển hóa lipid.
Cấu trúc > Màng ER liên hợp ty thể (MAM) > Cơ sở phân tử của cơ chế buộc kết

Những tiến bộ gần đây trong việc nhận diện cấu trúc buộc kết giữa màng ty thể và ER đã gợi ý chức năng giàn giáo của những thành phần phân tử là thứ sinh so với các chức năng không tham gia cấu trúc của chúng. Ở nấm men, ERMES, một phức hệ đa protein cư trú liên màng ER và ty thể, bắt buộc phải có cho hoạt động vận chuyển lipid tại MAM và cũng là thành phần minh họa cho nguyên tắc trên. Lấy ví dụ, một trong những cấu phần của nó cũng là một cấu thành của hệ phức hợp protein cần có cho sự chèn gắn những protein ống beta xuyên màng (transmembrane beta-barrel protein) vào lớp lipid kép. Tuy vậy, một đồng đẳng của phức hệ ERMES vẫn chưa được xác định hoàn toàn trong tế bào động vật có vú. Những protein liên đới khác trong hệ cấu trúc giàn giáo cũng có tương tự những chức năng độc lập với hoạt tính buộc kết có cấu trúc tại MAM; tỷ dụ, những mitofusin cư trú liên ER và ty thể hình thành nên những dị phức hệ (heterocomplex) quản lý một lượng vị trí tiếp túc liên bào quan, mặc dù người ta chỉ mới xác định được vai trò của mitofusin trong những sự kiện phân đôi và dung hợp giữa các ty thể riêng lẻ. Protein điều hòa glucose 75 (Glucose-regulated protein 75, Grp75) là một protein song năng khác. Bên cạnh việc tập trung thành những bể Grp75 trong chất nền, một phần phân tử cũng đảm trách như một chaperone trong việc liên kết vật lý giữa những kênh Ca2+ VDAC và IP3R liên ty thể-ER nhằm nâng cao hiệu quả truyền dẫn Ca2+ tại MAM. Ngoài ra còn có một cấu trúc buộc kết thế năng nữa là Sigma-1R, một thụ quan phi opioid (non-opioid receptor) có chức năng ổn định hóa phức hệ IP3R cư trú ER, có khả năng bảo tồn thông tin liên lạc tại MAM thông qua những đáp ứng căng thẳng chuyển hóa.
Cấu trúc > Màng ER liên hợp ty thể (MAM) > Quan điểm

MAM là một trung tâm tín hiệu, chuyển hóa và giao thương quan trọng trong tế bào, đảm nhận sự liên hợp sinh lý giữa ER và ty thể. Những khớp buộc giữa hai bào quan này không chỉ đơn thuần là một cấu trúc bình thường mà còn chịu trách nhiệm thực hiện nhiều chức năng hữu ích và quan trọng trong tổng thể tiến trình sinh lý tế bào cũng như cân bằng nội môi. Như vậy, MAM đã áp thêm một quan điểm mới lên ty thể phân tán khỏi cách nhìn truyền thống về bào quan này như một thể tĩnh tại, một đơn vị cô lập từng đoạt chiếm khả năng chuyển hóa của tế bào. Thay cho quan niệm cũ đó, thực tế chính cấu trúc liên ER-ty thể này đã nhấn mạnh tính liên hợp của ty thể, sản phẩm từ một sự kiện nội cộng sinh, trong những quá trình tế bào đa dạng.
Tổ chức và phân bố

Ty thể (cùng những cấu trúc liên quan) có mặt ở tất cả sinh vật nhân thực (trừ một trường hợp duy nhất—chi Monocercomonoides thuộc bộ Oxymonadida). Về mặt tổ chức, ty thể hình thành nên một mạng lưới năng động ở phần lớn tế bào nơi chúng liên tục phân đôi và dung hợp. Số lượng và khu vực tập trung bào quan này cũng thay đổi đa dạng tùy vào loại tế bào. Một ty thể đơn thường chỉ tìm thấy trong những sinh vật đơn bào. Tương phản với số lượng lớn ty thể nằm trong các tế bào gan người, tức khoảng 1000–2000 ty thể trên một đơn vị tế bào, chiếm đến 1/5 thể tích tế bào. Mặt khác hàm lượng ty thể trong những tế bào tương tự cũng biến thiên đáng kể tùy vào kích thước và thế năng màng, với những chênh lệch phát sinh từ căn nguyên bao gồm cả việc phân chia nguyên sinh chất không đồng đều khi phân bào, dẫn đến những sai khác ngoại lai tác động đến nồng độ ATP và các quá trình tế bào thuận chiều. Ty thể có thể bị kẹp giữa những sợi cơ (myofibril) của cơ hay bọc quanh roi tinh trùng. Bình thường, chúng cấu thành một mạng lưới tỏa nhánh 3 chiều phức tạp neo cùng hệ khung xương tế bào. Sự liên hợp với bộ khung xương giúp xác định nên hình dạng ty thể, từ đó có khả năng ảnh hưởng đến nhóm chức năng đặc hiệu: những cấu trúc khác nhau của mạng lưới ty thể có lẽ đủ khả năng để tạo nên một quần tụ đa dạng ưa nhược các đặc tính vật lý, hóa học và tín hiệu. Trong tế bào, ty thể luôn được phân phối dọc theo hệ thống vi ống và sự phân phát bào quan này cũng có mối liên hệ với mạng lưới nội chất. Những bằng chứng gần đây đề xuất rằng vimentin, một trong nhiều thành phần của khung xương tế bào, cũng có vai trò quan trọng trong hiện tượng liên hợp trên.
Chức năng

Vai trò nổi bật nhất của ty thể là sản sinh "đồng tiền năng lượng" của tế bào, chính là phân tử cao năng ATP (tức dạng phosphoryl hóa của ADP), thông qua quá trình hô hấp tế bào; và đồng thời điều hòa hoạt động trao đổi chất tế bào. Phản ứng trung tâm trong tổng thể tiến trình sản xuất ATP chung quy lại là chu trình acid citric, hay còn gọi chu trình Krebs. Ngoài ra, ty thể còn đảm nhận hàng loạt chức năng khác bên cạnh vai trò chế tạo ATP.
Chức năng > Chuyển hóa năng lượng

Vai trò chính yếu của ty thể là sản xuất ATP, thể hiện qua một lượng lớn protein tại màng trong phục vụ chức năng này. Các protein này sản sinh ATP từ sản phẩm oxy hóa chính của glucose là pyruvate, tạo ra trong bào tương cùng với các phân tử NADH. Kiểu hô hấp tế bào xảy ra ở ty thể có tên gọi hô hấp hiếu khí, phụ thuộc vào sự hiện diện của khí oxy. Khi nồng độ oxy thấp hơn ngưỡng tối thiểu, những sản phẩm đường phân sẽ bị chuyển hóa qua hoạt động lên men kỵ khí, một quá trình độc lập với bào quan ty thể. Sự sản sinh ATP từ glucose trong hô hấp hiếu khí có hiệu suất cao gấp 13 lần trong quá trình lên men. Gần đây người ta phát hiện ty thể thực vật có thể sản xuất một lượng hạn chế ATP mà không cần oxy bằng cách sử dụng cơ chất nitrit thay thế. ATP xuyên qua màng trong với sự giúp đỡ của một loại protein đặc hiệu, và đi xuyên màng ngoài thông qua các porin. Tương tự, ADP trở về cũng di chuyển theo lộ trình như vậy.
Chức năng > Chuyển hóa năng lượng > NADH và FADH2: chuỗi chuyền điện tử

Bài chi tiết: Chuỗi chuyền điện tử và Phosphoryl hóa oxy hóa
Năng lượng oxy hóa từ NADH và FADH2 được chuyển đến oxy (O2) thông qua một vài giai đoạn thuộc chuỗi chuyền điện tử. Các phân tử giàu năng lượng này sản sinh tại chất nền từ chu trình acid citric và một phần đến từ quá trình đường phân tại tế bào chất. Đương lượng khử từ tế bào chất có khả năng được nhập cảng thông qua hệ thống con thoi malate-aspartate thuộc nhóm protein đối chuyển, hay chuyển vào chuỗi chuyền điện tử bằng cách sử dụng con thoi glycerol phosphate. Những phức hệ protein tại màng trong (NADH dehydrogenase (ubiquinone), cytochrome c reductase và cytochrome c oxidase) đảm nhận khả năng truyền dẫn và gia tăng giải phóng năng lượng bằng việc bơm proton (H+) xuất ra xoang gian màng. Tổng thể năng suất quá trình là hiệu quả, nhưng một lượng nhỏ electron có thể sớm khử oxy, tạo nên những chủng chất hoạt động có oxy (reactive oxygen species) như superoxide. Hiện tượng này có thể gây ra căng thẳng oxy hóa trong ty thể và góp phần suy giảm chức năng ty thể cũng như dẫn đến lão hóa.
Khi tăng nồng độ proton trong xoang gian màng, một gradient điện hóa mạnh được thiết lập hai bên màng trong. Các proton có thể trở về chất nền thông qua phức hệ ATP synthase, và chính năng lượng thế năng này sẽ giúp tổng hợp ATP từ ADP và phosphate vô cơ (Pi). Quá trình này được gọi là hóa thẩm thấu (chemiosmosis), do nhà khoa học Peter Mitchell lần đầu tiên phát hiện, ông đã đoạt Giải Nobel hóa học 1978 cho chính khám phá này. Sau này, một phần Giải Nobel hóa học 1997 trao cho Paul D. Boyer và John E. Walker qua những cống hiến của về việc giải mã cơ chế hoạt động ATP synthase.
Chức năng > Chuyển hóa năng lượng > Sinh nhiệt

Dưới những điều kiện nhất định, các proton có thể nhập lại chất nền ty thể mà không tạo ra ATP. Quá trình này được gọi là rò rỉ proton (proton leak) hay tách cặp ty thể (mitochondrial uncoupling) và nguyên nhân là do hiện tượng khuếch tán tăng cường proton chảy vào chất nền. Từ đó dẫn đến hệ quả rơi tuột năng lượng thế năng của gradient điện hóa proton chuyển thoát thành nhiệt năng. Quá trình trên do một kênh proton tên thermogenin (hay UCP1) đảm nhận vai trò là chất trung gian. Thermogenin là protein nặng 33 kDa, phát hiện lần đầu năm 1973. Kênh này chủ yếu tập trung ở mô mỡ nâu, gọi tắt mỡ nâu, chịu trách nhiệm cho cơ chế sinh nhiệt không run (non-shivering thermogenesis). Mô mỡ nâu có ở động vật có vú và đạt khối lượng cao nhất tại những năm tháng đầu đời và trong những động vật ngủ đông. Ở người, mô mỡ nâu hiện diện khi cơ thể mới sinh và tiêu dần lúc lớn lên.
Chức năng > Lưu trữ ion calci

Nồng độ calci tự do trong tế bào có thể điều biến hàng loạt phản ứng và là thuộc tính quan trọng của cơ chế truyền dẫn tín hiệu nội bào. Ty thể có khả năng lưu trữ calci nhanh chóng, đảm bảo cân bằng nội môi hàm lượng calci trong tế bào. Trên thực tế, khả năng chiếm lấy nhanh nhạy calci dự trữ cho lần giải phóng lát sau khiến chúng trở thành "bộ đệm bào tương" rất tốt cho calci. Lưới nội chất (endoplasmic reticulum, ER) là khu vực lưu trữ calci quan trọng nhất, và cùng với ty thể tạo nên mối tương tác sâu rộng về hoạt động trao đổi calci. Các ion calci phiêu bạt được di chuyển đến chất nền với sự giúp đỡ của protein đơn chuyển calci ty thể (mitochondrial calcium uniporter) khảm trên màng trong. Cơ chế này chủ yếu do điện thế màng ty thể điều khiển. Sự phóng thích calci trở về không gian nội bào có thể thực hiện thông qua protein trao đổi natri-calci hay qua con đường giải phóng calci cảm ứng calci (calcium-induced calcium release). Sự kiện này có thể khơi mào phát xuất những ghim bắn hay cơn sóng calci kèm theo những thay đổi lớn trên điện thế màng. Từ đó có thể tiếp tục kích hoạt một loạt các protein thuộc hệ thống chất truyền tin cấp hai để phối hợp hoạt động những quá trình song hành với nhau, như giải phóng chất dẫn truyền xung thần kinh trong tế bào thần kinh và giải phóng các hormone trong tế bào nội tiết.
Gần đây người ta cho rằng những luồng Ca2+ chảy đến chất nền ty thể chính là một cơ chế điều hòa hoạt động sinh năng lượng hô hấp bằng việc cho phép thế điện hóa hiện diện hai bên màng để "bật nhảy" đột ngột từ trạng thái chênh lệch thế năng ưu thế (ΔΨ-dominated) sang pH ưu thế (pH-dominated), tạo điều kiện thuyên giảm căng thẳng oxy hóa. Ở neuron, sự gia tăng nồng độ calci trong bào tương và ty thể đảm bảo ổn định hóa hoạt động thần kinh đồng hành với chức năng chuyển hóa năng lượng của bào quan này. Hàm lượng calci trong chất nền ty thể có thể đạt đến hàng chục micromol, đủ ngưỡng cần thiết để kích hoạt isocitrate dehydrogenase, một trong những enzyme then chốt của chu trình Krebs.