Mitokondria adalah organel sel yang berfungsi sebagai tempat respirasi sel makhluk hidup. Secara garis besar, tahap respirasi pada tumbuhan dan hewan melewati jalur yang sama, yang dikenal sebagai daur atau siklus Krebs. Mitokondria kerap disebut sebagai “pembangkit energi” bagi sel karena mitokondria yang paling banyak menghasilkan energi ATP untuk sel. Mitokondria berisi sejumlah enzim dan protein yang membantu proses karbohidrat dan lemak yang diperoleh dari makanan yang kita makan untuk melepaskan energi. Mitokondria mempunyai dua lapisan membran, yaitu lapisan membran luar dan lapisan membran dalam.
1. Sejarah Penemuan Mitokondria
Penelitian pertama tentang struktur yang mungkin mewakili mitokondroa diterbitkan pada sekitar tahun 1840-an. Pada tahun 1894, Richard Altmann mengira itu sebagai sel dan menyebutnya “bioblas”. Istilah “mitokondria” sendiri pertama kali digunakan oleh Carl Benda pada tahun 1898. Pada tahun 1904, Friedrich Meves membuat sebuah pengamatan mitokondria tercatat pertama dalam tanaman Nymphaea alba.
2. Struktur Mitokondria
Mitokondria dikenal sebagai pusat tenaga sel. Mitokondria banyak terdapat pada sel yang memilki aktivitas metabolisme tinggi dan memerlukan banyak ATP dalam jumlah banyak, misalnya sel otot jantung. Mereka adalah organel yang bertindak seperti sistem pencernaan yang mengambil nutrisi, dan menciptakan energi untuk sel. Jumlah dan bentuk mitokondria bisa berbeda-beda untuk setiap sel. Mitokondria berbentuk elips dengan diameter 0,5 µm dan panjang 0,5 – 1,0 µm. Proses menciptakan energi sel dikenal sebagai respirasi sel. Sebagian besar reaksi kimia yang terlibat dalam respirasi selular terjadi di mitokondria. Sebuah mitokondria berbentuk sempurna untuk memaksimalkan kinerjanya.
Mitokondria adalah organel yang sangat kecil. Anda mungkin menemukan sel dengan beberapa ribu mitokondria. Jumlahnya tergantung pada apa yang sel perlu dilakukan. Jika tujuan dari sel adalah untuk mengirimkan impuls saraf, akan ada lebih sedikit daripada di mitokondria sel otot yang membutuhkan banyak energi. Jika sel merasa tidak mendapatkan energi yang cukup untuk bertahan hidup, banyak mitokondria dapat dibuat. Kadang-kadang mereka bahkan bisa tumbuh, bergerak, dan menggabungkan dengan mitokondria lainnya, tergantung pada kebutuhan sel.
Struktur mitokondria terdiri dari empat bagian utama, yaitu membran luar, membran dalam, ruang antar membran, dan matriks yang terletak di bagian dalam membran.
2.1. Membran Luar
Membran luar terdiri dari protein dan lipid dengan perbandingan yang sama serta mengandung protein khusus yang disebut porin yang menyebabkan membran ini bersifat permeabel terhadap molekul-molekul kecil yang berukuran 6000 Dalton. Membran luar halus seperti membran dalam dan memiliki fosfolipid hampir dalam jumlah yang sama sebagai protein. Dalam hal ini, membran luar mitokondria menyerupai membran luar bakteri gram-negatif. Membran luar benar-benar permeabel terhadap molekul nutrisi, ion, dan molekul ATP ADP. Selain itu, membran luar juga mengandung enzim yang terlibat dalam biosintesis lipid dan enzim yang berperan dalam proses transpor lipid ke matriks untuk menjalani β-oksidasi menghasilkan.
2.2. Membran Dalam
Membran dalam lebih kompleks dalam struktur daripada membran luar karena mengandung kompleks dari rantai transpor elektron dan kompleks sintetase ATP. Membran dalam yang kurang permeabel dibandingkan membran luar terdiri dari 20% lipid dan 80% protein. Membran ini merupakan tempat utama pembentukan ATP. Luas permukaan ini meningkat sangat tinggi diakibatkan banyaknya lipatan yang menonjol ke dalam matriks, disebut krista. Stuktur krista ini meningkatkan luas permukaan membran dalam sehingga meningkatkan kemampuannya dalam memproduksi ATP. Membran dalam mengandung protein yang terlibat dalam reaksi fosforilasi oksidatif, ATP sintase yang berfungsi membentuk ATP pada matriks mitokondria, serta protein transpor yang mengatur keluar masuknya metabolit dari matriks melewati membran dalam.
2.3. Ruang Antar Membran
Ruang antar membran yang terletak di antara membran luar dan membran dalam merupakan tempat berlangsungnya reaksi-reaksi yang penting bagi sel, seperti siklus Krebs, reaksi oksidasi asam amino, dan reaksi β-oksidasi asam lemak. Di dalam matriks mitokondria juga terdapat materi genetik, yang dikenal dengan DNA mitkondria (mtDNA), ribosom, ATP, ADP, fosfat inorganik serta ion-ion seperti magnesium, kalsium dan kalium.
2.4. Matriks
Matriks merupakan campuran kompleks enzim yang penting untuk sintesis molekul ATP, ribosom mitokondria khusus, RNA dan DNA mitokondria. Selain itu, ia memiliki oksigen, karbon dioksida dan intermediet daur ulang lainnya.
3. Fungsi Mitokondria
Peran utama mitokondria adalah sebagai pabrik energi sel yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Makanan yang kita makan dipecah menjadi molekul sederhana seperti karbohidrat, lemak, dll, dalam tubuh kita. Metabolisme karbohidrat akan berakhir di mitokondria ketika piruvat di transpor dan dioksidasi oleh O2 menjadi CO2 dan air. Seluruh proses ini dikenal sebagai fosforilasi oksidatif. Energi yang dihasilkan sangat efisien yaitu sekitar tiga puluh molekul ATP yang diproduksi untuk setiap molekul glukosa yang dioksidasi, sedangkan dalam proses glikolisis hanya dihasilkan dua molekul ATP. Proses pembentukan energi atau dikenal sebagai fosforilasi oksidatif terdiri atas lima tahapan reaksi enzimatis yang melibatkan kompleks enzim yang terdapat pada membran bagian dalam mitokondria. Mitokondria dalam sel-sel hati memiliki enzim yang mendetoksifikasi amonia. Proses pembentukan ATP melibatkan proses transpor elektron dengan bantuan empat kompleks enzim, yang terdiri dari kompleks I (NADH dehidrogenase), kompleks II (suksinat dehidrogenase), kompleks III (koenzim Q – sitokrom C reduktase), kompleks IV (sitokrom oksidase), dan juga dengan bantuan FoF1 ATP Sintase dan Adenine Nucleotide Translocator (ANT). Selain itu, mitokondria juga membantu dalam membangun bagian-bagian tertentu dari darah, dan hormon seperti testosteron dan estrogen.
4. Siklus Hidup Mitokondria
Mitokondria dapat melakukan replikasi secara mandiri (self replicating) seperti sel bakteri. Replikasi terjadi apabila mitokondria ini menjadi terlalu besar sehingga melakukan pemecahan (fission). Pada awalnya sebelum mitokondria bereplikasi, terlebih dahulu dilakukan replikasi DNA mitokondria. Proses ini dimulai dari pembelahan pada bagian dalam yang kemudian diikuti pembelahan pada bagian luar. Proses ini melibatkan pengkerutan bagian dalam dan kemudian bagian luar membran seperti ada yang menjepit mitokondria. Kemudian akan terjadi pemisahan dua bagian mitokondria.
5. Gangguan pada Mitokondria
Kerusakan atau disfungsi pada mitokondria adalah faktor utama penyebab berbagai penyakit manusia karena pengaruh mereka di dalam metabolisme sel. Kelainan mitokondria sering hadir sebagai gangguan neurologis, tetapi dapat juga berupa miopati, diabetes, endocrinopathy, atau berbagai penyakit lainnya. Penyakit yang disebabkan oleh mutasi DNA termasuk Kearns-Sayre syndrome dan sindrom MELAS. Dalam sebagian besar kasus, penyakit ini ditularkan oleh perempuan untuk anak-anaknya, sebagai zigot berasal mitokondria yang dan karenanya yang DNA dari sel telur.
6. DNA Pada Mitokondria
Mitokondria adalah organel istimewa karena memiliki DNA tersendiri. DNA mitokondria disebut dengan mtDNA atau mitochondrial DNA. Struktur MtDNA berpilin ganda, sirkular, serta tidak memiliki membran. MtDNA mirip dengan DNA bakteri. Karena itulah timbul banyak hipotesis yang timbul, salah satunya menyebut bahwa mitokondria dulunya merupakan makhluk hidup independen seperti bakteri, yang kemudian bersimbiosis dengan organisme eukariotik.
Teori tersebut dikenal dengan nama teori Endosimbion. Menurut teori tersebut, pada makhluk tingkat tinggi atau eukariotik, DNA mitokondria yang diturunkan kepada sel-sel anak hanya berasal dari induk betina saja atau dari mitokondria sel telur. Sedangkan DNA mitokondria jantan tidak masuk ke dalam sel telur, hal ini disebabkan karena letak DNA jantan yang berada di ekor sperma. Padahal ekor sperma tidak ikut masuk sel telur. Jadi DNA mitokondria jantan tidak diturunkan.
Mitokondria mampu mengambil energi dari zat-zat gizi yang terdapat di dalam makanan. Mitokondria mengubah zat-zat tersebut menjadi suatu bentuk senyawa yang dapat digunakan sebagai bahan bakar aktivitas sel. Karena itulah mitokondria disebut juga dengan “organel penghasil energi” atau “house power”.
Pada mitokondria terdapat lengkungan yang disebut krista. Krista ditempeli dengan protein-protein transportasi elektron. Masing-masing protein bertanggung jawab untuk mengubah energi dalam makanan menjadi senyawa energi sel. Sedangkan cairan seperti gel yang terdapat di dalam disebut dengan matriks. Matriks berisi campuran ratusan enzim yang berbeda. Masing-masing enzim berfungsi mempersiapkan molekul-molekul nutrien. Tujuannya supaya pengambilan akhir energi yang terdapat di krista, berlangsung dengan lancar.
Mitokondria dengan jumlah melimpah terdapat pada sel yang memilki aktivitas metabolisme tinggi dan memerlukan ATP dalam jumlah banyak. Salah satu contohnya di sel otot jantung. Mitokondria memiliki berbentuk elips. Ukuran diameter mitokondria sekitar 0,5 µm, sedangkan panjangnya antara 0,5 hingga 1,0 µm. Mitokondria tersusun atas empat bagian, yaitu membran luar, membran dalam, ruang antar membran, dan matriks.
| Sumber: |
| 1. Tetap Semangat! | Materi Pelajarans
|