mitokondria

BAB II

ISI

1. Struktur Dan Fungsi Mitokondria

   1.1.Asal Mula Mitokondria

Pada awalnya sel- sel eukariotik adalah turunan dari organisme anaerobik primitif yang berhasil dan bertahan hidup di dalam lingkungan yang menjadi kaya akan oksigen dengan cara menelan bakteri aerobik (yang sekarang kita sebut mitokondria). Bakteri tersebut tidak pecah, tetapi sebaliknya dipelihara dan dipertahankan dalam sel secara simbiosistis untuk dapat dimanfaatkan kemampuannya dalam mengikat oksigen atmosfer dan memproduksi energi (Herbert.2011).

Mitokondria pertama kali ditemukan dan diisolasi dari sel jaringan otot serangga sekitar tahun 1850 oleh Kollicker. Kollicker berkesimpulan bahwa granula tersebut adalah struktur bebas dan tidak langsung berhubungan dengan struktur sitoplasma lainnya. Tahun 1968 Michaelis mengenalkan penggunaan zat warna Supravital Janus green B, yang mewarnai secara khas mitokondria dan tidak mewarnai komponen sel yang lain, dan menunjukkan bahwa reaksi oksidatif dalam mitokondria menyebabkan perubahan warna zat tesebut. Janus green B masih sering digunakan sebagai tanda histokimiawi mitokondria (Heidi.1980).

    1.2.Struktur Mitokondria

Umumnya mitokondria memiliki bentuk seperti kapsul. Mitokondria memiliki membran rangkap yaitu membran luar dan membran dalam. Mitokondria mengalami pelipatan kedalam yang disebut dengan krista. Sebagian reaksi pernafasan terjadi dalam matriks mitokondria yang dilingkupi oleh membran dalam, dan yang lain dikatalis oleh enzim yang ada di dalam membran dalam.(Campbell.2002)

Ukuran dan bentuk mitokondria, bervariasi menurut jaringannya dan menurut keadaannya didalam sel. Kebanyakan mitokondria berbentuk elips/ jorong dengan diameter 0,5-1,0 µm dan panjang sampai 7 µm. Struktur mitokondria terdiri dari empat bagian utama, yaitu membran luar, membran dalam, ruang antar membran, dan matriks yang terletak di bagian dalam membrane (Issoegianti.1993).

Membran dalm mitokondria mengalami pelipatan ke dalam membentuk krista yang terdapat didalam matriks. Pelipatan ini membuat luas total membran bisa mencapai lima kali luas permukaan membran luar pada sel hati. Jumlah krista sel otot jantung tiga kali lebih banyak dari sel hati. Hal ini menunjukkan adanya kebutuhan ATP yang lebih besar pada sel jantung dibandingkan pada sel hati (Herbert.2011). Cristae (tunggalnya : crista) mengandung hampir semua enzim yang berperan dalam memacu sistem pengangkutan elektron yang dihasilkan dari reaksi – reaksi pada Siklus Krebs (respirasi). Reaksi ini berlangsung pada matriks yang kaya protein yang terletak diantara cristae (Benyamin.1993).

Selaput dalam membagi ruang organela dalam dua bagian yaitu matriks yang berisi cairan seperti gel yang diliputi selaput dalam dan ruang antar selaput yang berisi cairan encer. Matriks ruang antar selaput, selaput luar dan selaput dalam, mengandung bermacam-macam enzim. Selaput dalam dan selaput dalam stuktur luar berbeda struktur dan fungsinya. Selaput dalam kelihatan lebih tebal (6,0-8,0nm) daripada selaput luar kira-kira 6,0nm .

Selaput dalam membagi ruang organel menjadi dua yaitu matriks dan ruang antar selaput. Matriks berisi cairan seperti gel diliputi oleh selaput dalam. Matriks, ruang antar selaput, selaput luar dan selaput dalam mengandung bermacam-macam enzim. Matriks mengandung enzim-enzim siklus Kreb, garam dan air, DNA sirkuler dan ribosom. Selaput dalam mempunyai area permukaan yang lebih luas karena berlipat-lipat dan masuk ke dalam matriks. Lipatan-lipatan ini disebut krista yang bervariasi dalam jumlah dan bentuknya. Mitokondria dapat mengkode bagian-bagian proteinnya dengan alat-alat yang dimiliki (Issoegianti.1993).

 1.3.DNA Mitokondria

Mitokondria memiliki DNA tersendiri, yang dikenal sebagai mtDNA (Ing. mitochondrial DNA). MtDNA berpilin ganda, sirkular, dan tidak terlindungi membran (prokariotik). Pada makhluk tingkat tinggi, DNA mitokondria yang diturunkan kepada anaknya hanya berasal dari betinanya saja (mitokondria sel telur). Mitokondria jantan tidak ikut masuk ke dalam sel telur karena letaknya yang berada di ekor sperma. Ekor sperma tidak ikut masuk ke dalam sel telur sehingga DNA mitokondria jantan tidak diturunkan.

Sel telur memiliki 100.000 mitokondria, sedangkan sperma hanya 50-100 di ekor sperma. Ekor sperma merupakan alat gerak yang membutuhkan energi tinggi dari mitokondria. Pada proses masuknya sel sperma ke sel telur, ekor sperma akan terlepas sehingga mitokondria tidak ikut masuk. Beberapa mitokondria ayah yang mungkin masuk dalam sel telur akan diencerkan selama proses mitosis sehingga sangat tidak berarti jumlahnya atau dianggap sebagai benda asing sehingga dihancurkan sistem sel.

Keunggulan mtDNA. Selain DNA inti, DNA mitokondria (mtDNA) telah digunakan dalam bidang forensik dan menjadi barang bukti di pengadilan
Amerika dan Eropa. Kelebihan utama penggunaan mtDNA adalah jumlah molekulnya yang mencapai ribuan dalam satu sel sehingga memungkinkan dilakukan analisis dari sampel yang sangat sedikit, misalnya cairan tubuh, akar atau batang rambut bahkan tulang dan fosil tulang.

Kelemahan penggunaan mtDNA adalah kemungkinan menemukan kesamaan antar individu yang relatif tinggi, terutama individu yang terkait hubungan keluarga segaris ibu. Kelemahan ini jadi menguntungkan bila yang dilakukan adalah perunutan hubungan keluarga.(G,Childs.1998).

    1.4.Fungsi Mitokondria Pada Sel Hewan

Mitokondria berfungsi sebagai tempat respirasi seluler yang menghasilkan ATP dari bahan bakar organik seperti gula.(Campbell.2002). Mitokondria juga memiliki banyak fungsi metabolisme didalam sel, termasuk fase – fase yang menghasilkan tenaga pada metabolisme karbohidrat dan lemak (respirasi), sintesis ATP, dan sintesis porfirin (Issoegianti.1993).

ATP ( adenin triposfat) adalah sebuah molekul dari struktur fosfat yang bisa merombak energi untuk reaksi kimia. Banyak enzim yang mengkatalis reaksi pengubahan antara molekul ke ATP. Karena itu, mitokondria tepat disebut sebagai “PowerHouse of The Cell” (Grove.1968).

    1.5.Protein Yang Terkandung Dalam Mitokondria

Selaput dalam sangat lebih kaya akan protein daripada selaput luar, sedangkan protein itu sendiri terletak lebih dalam pada selaput. Selaput luar mengandung dua sampai tiga kali lebih banyak fosfolipid daripada selaput dalam dan mengandung sebagian besar kolesterol selaput. Dilain pihak, selaput dalam kaya akan kardiolipin (Issoegianti.1993). 

Walaupun mitokondria dibungkus oleh membran, namun mitokondria bukanlah bagian dari sistem endomembran. Protein membrannya tidak dibuat oleh Retikulum Endoplasma, tetapi ribosom bebas dari sitosol dan oleh ribosom yang dikandung dalam mitokondria itu sendiri. DNA ialah yang memprogram sintesis protein yang dibuat dalam ribosom yang dimiliki organel itu sendiri.protein tersebut dismbil dari sitosol-yang menyusun sebagian besar protein organel-diprogram oleh DNA nukleus.(Campbell.2002)

2.Hubungan Mitokondria Dengan Respirasi

2.1.Tahap Glikolisis

Makanan diubah menjadi energy ATP dan air. Makanan pensupply energy mengandung gula dan karbohidrat. Gula dipecah dengan bantuan enzim yang memecahnya menjadi bentuk yang paling sederhana dari gula yaitu glukosa. Selanjutnya glukosa memasuki sel dengan molekul khusus pada membrane yang disebut “glucose transporters”.

Saat dalam sel, glukosa dipecah menjadi ATP melalui dua lintasan. Lintasan pertama tidak memerlukan oksigen dan disebut anaerobic metabolism. Lintasan ini disebut glikolisis dan terjadi dalam sitoplasma diluar mitokondria. Selama glikolisis , gula dipecah menjadi piruvat. Makanan lain seperti lemak dapat juga dipecah untuk digunakan sebagai bahan bakar. Setiap reaksi didisain untuk menghasilkan beberapa ion hydrogen (elektron) yang dapat digunakan untuk membuat paket energi (ATP). Tetapi hanya 4 molekul ATP dapat dibuat oleh satu molekul glukosa melalui lintasan ini. Oleh karena itu mitokondria dan oksigen menjadi penting. Proses pemecahan perlu dilanjutkan dengan siklus Kreb’s di dalam mitokondria untuk memperoleh cukup ATP untuk melangsungkan fungsi-fungsi sel.

Piruvat dibawa ke dalam mitokondria dan dikonversikan menjadi Acetyl Co-A yang memasuki siklus Kreb’s. Reaksi pertama ini menghasilkan carbon dioxide karena melibatkan  pengeluaran satu karbon dari piruvat.

2.2.Siklus Asam Sitrat

Siklus Kreb’s juga disebut citric acid cycle berfungsi untuk mendapatkan sebanyak-banyaknya lektron dari makanan yang dimakan. Elektron ini (dalam bentuk ion hidrogen) digunakan untuk mengendalikan pompa yang menghasilkan ATP. Energi yang dibawa ATP selanjutnya digunakan untuk semua macam fungsi selular seperti pergerakan, transport, keluar dan masuknya produk, pembelahan, dan lain-lain.Untuk melakukan siklus Kreb’s cycle, beberapa molekul penting diperlukan. Pertama, diperlukan piruvat yang dibuat melalui glikolisis dari glukosa. Kemudian diperlukan molekul carrier untuk electron. Terdapat dua tipe molekul yaitu nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) dan flavin adenine dinucleotide (FAD+). Molekul ketiga yang diperlukan adalah oxygen.

Piruvat adalah molekul dengan 3 karbon. Setelah memasuki mitokondria, piruvat dipecah menjadi molekul dengan 2 karbon oleh enzim khusus. Reaksi ini melepaskan karbon dioksida. Molekul dengan 2 karbon disebut Acetyl CoA dan molekul ini memasuki siklus Kreb’s dengan cara bergabung dengan molekul 4 karbon yang disebut oxaloacetate. Ketika dua molekul ini bergabung , menghasilkan molekul 6 karbon yang disebut citric acid (2 karbon + 4 karbon = 6 karbon). Hal inilah yang menyebabkan siklus Kreb juga disebut siklus Citric acid. Citric acid kemudian dipecah dan dimodifikasi, dan melepaskan ion hidrogen dan molekul karbon. Molekul karbon digunakan untuk membuat karbon dioksida dan ion hidrogen ditangkap oleh NAD dan FAD. Proses ini kembali menghasilkan oxaloacetate.

2.3.Transpor Elektron Dan Fosforilasi Oksidatif

Saat ion hidrogen atau elektron diambil dari sebuah molekul, maka molekul dikatakan dioksidasi. Ketika ion hidrogen atau elektron diberikan kepada sebuah molekul maka molekul tersebut direduksi. Saat molekul fosfat ditambahkan kepada sebuah molekul, maka molekul tersebut dikatakan difosforilasi. Jadi fosforilasi oksidatif berarti proses yang melibatkan penghilangan ion hidrogen dari satu molekul dan penambahan molekul fosfat ke molekul lainnya.

Pada siklus Krebs, ion hidrogen atau elektron diberikan kepada dua molekul carrier. Mereka ditangkap oleh NAD atau FAD dan molekul pembawa ini akan menjadi NADH dan FADH (karena membawa ion hidrogen).Elektron-elektron ini dibawa secara kimia ke sistem respirasi atau rantai transport elektron yang terdapat di Krista mitokondria. NADH dan FADH secara esensial berfungsi sebagai pengangkut dari satu kompleks ke kompleks yang lain. Di setiap situs sebuah pompa proton mentransfer hidrogen dari satu sisi membrane ke yang lainnya. Hal ini menghasilkan sebuah gradient melintasi membrane dalam dengan konsentrasi hydrogen yang lebih tinggi pada ruang interkrista (ruang antara membrane dalam dan membrane luar). Elektron dibawa dari satu kompleks ke kompleks yang lain oleh ubiquinone dan cytochrome C.
Cytochrome oxidase kompleks mengkatalisis transfer elektron ke oksigen menjadi air. Pompa chemiosmotic menghasilkan gradient proton electrochemical melewati membrane yang digunakan untuk menjalankan “energy producing machine” yaitu ATP synthase.

Proses ini memerlukan oksigen sehingga disebut “aerobic metabolism”. ATP synthase menggunakan energy dari gradient ion hydrogen (juga disebut proton) untuk membentuk ATP dari ADP dan fosfat. Juga menghasilkan air dari hidrogen dan oksigen.

3.Respon Mitokondria Terhadap Protein

Bax adalah salah satu proapoptotic utama Bcl-2 protein keluarga, kehadiran Bax yang diperlukan untuk sebagian besar mitokondria-tergantung proses kematian sel, termasuk yang disebabkan oleh tBid, bentuk caspase-aktif dari "BH3-domain saja".(Wei et al.2001).

AIF ( Apoptosis Inducing Factor ) awalnya digambarkan sebagai protein larut lokal dalam ruang intermembran mitokondria. Namun, penelitian menyatakan bahwa AIF bukan intermembran larut protein ruang mitokondria, melainkan melekat pada membran dalam.(Damien, dkk.2002)

BAB III

PENUTUP

Mitokondria merupakan organel sel yang berbentuk seperti capsul dengan diameter 0,5- 1,0 nm dan panjang sampai 7 nm. Mitokondria diduga berasal dari bakteri aerobik yang di telan oleh sel – sel eukariot untuk menghasilkan energi. Mitokondria memiliki dua membran pembungkus, yaitu membran luar dan membran dalam. Membran dalam yang mengalami pelipatan disebut sebagai krista. Diantara membran luar dan membran dalm terdapat ruang antar membran. Selaput dalam membagi ruang organela menjadi dua, yaitu matriks yang berisi cairan seperti gel yang diliputi selaput dalam yang mengandung banyak enzim untuk siklus krebs, benang DNA, demikian pula ribosoma. Bagian lainnya yaitu ruang antar selaput yang berisi cairan yang encer.

            Mitokondria berfungsi sebagai penghasil energi dalam bentuk ATP yang di peroleh dari proses respirasi sel.Dimana mitokondria tersebut merupakan tempat berlangsungnya proses respirasi.

            Mitokondria memiliki DNA tersendiri, yang dikenal sebagai mtDNA (Ing. mitochondrial DNA). MtDNA berpilin ganda, sirkular, dan tidak terlindungi membran (prokariotik). Pada makhluk tingkat tinggi, DNA mitokondria yang diturunkan kepada anaknya hanya berasal dari betinanya saja (mitokondria sel telur).

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.

 ATP ( adenin triposfat) adalah sebuah molekul dari struktur fosfat yang bisa merombak energi untuk reaksi kimia. Banyak enzim yang mengkatalis reaksi pengubahan antara molekul ke ATP. Karena itu, mitokondria tepat disebut sebagai “PowerHouse of The Cell”

DAFTAR PUSTAKA

Arnoult,D., (2007), Mitochondrial Release of Apoptosis- Inducing Factor Occurs Downstream of       Cytochrome C Release In Response To Several Proapoptotic Stimuly, Jurnal of Cell Biology, 159(6): 923-929.

Campbell, (2002), Biologi Jilid I Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta.

Grove, A.J., (1968), Animal Biology 7^th Edition, University Tutorial Press LTD, Foxton Near Cambridge.

Issoegianti, S.M., (1993), Biologi Sel, Depdikbud, Jakarta.

Lakitan, B., (1993), Dasar- Dasar Fisiologi Tumbuhan, Universitas Negeri Padang, Padang.

Lehninger, A.L., (1975), Biochemistry 2^nd Edition, Worth Publisher Inc, New York.

Smith, H., (1980), The Effects of Spectinomycin And Ethidium Bromide On The Synthesis of Organelle rRNA And on Ultrastructrure In Ochromonas danica, Journal of Cell Science, 43: 119-136.

Sipahutar, H., (2011), Biologi Sel, FMIPA UNIMED, Medan.