Apa yang
dimaksud dengan organel mitokondria?
- Berdasarkan observasi dengan menggunakan mikroskop elektron menunjukkan bahwa mitokondria adalah organela yang memiliki membran rangkap, yang disebut membran luar dan membran dalam.
- Di antara membran luar dan membran dalam terdapat ruangan sempit berisi cairan encer yang di dalamnya terdapat beberapa enzim.
- Ruangan ini disebut ruang antar membran. Lumen mitokondria beserta isinya yang berupa cairan kental yang disebut matriks. Matriks adalah lumen mitokondria berisi enzim-enzim daur Kreb, garam-garam, dan air. DNA berbentuk melingkar dan ribosoma terdapat pula di dalam matriks.
Fungsi dan struktur membran dalam dan membran luar berbeda. Membran dalam lebih tebal daripada membran luar. Membran luar memiliki sejumlah protein pengangkut yang disebut porin, yang membentuk celah akuosa di antara dwi lapis fosfolipid. Akibatnya, membran ini mirip penapis yang permeabel untuk semua molekul yang berberat molekul (BM), 10.000 dalton. Molekul-molekul tersebut dapat sampai ke ruang antar membran, namun tidak dapat melewati membran dalam. Berikut adalah makalah tentang mitokondria yang dujelaskan dalam masing-masing bahasan.
Struktur
Mitokondria
Defisini
mitokondria berdasarkan pengamatan dengan mikroskop elektron menunjukkan bentuk
mitokondria mirip sosis dengan ukuran panjang sekitar 7 mikrometer dan diameter
antara 0,5 – 1 mikrometer. Pada mikrograf elektron terlihat bahwa mitokondria
memiliki membran rangkap. Pada umumnya, semakin sedikit jumlah mitokondria
dalam suatu sel, maka semakin besar ukuran organel mitokondria. Di antara
membran luar dengan membran dalam terdapat ruangan sempit yang disebut ruang
antar membran. Cairan yang berada di mitokondria disebut matriks mitokondria.
Membran dalam terlipat-lipat membentuk lekukan ke arah matriks. Lekukan-lekukan
ini disebut krista. Bagian-bagian mitokondria dapat dilihat
pada Gambar 1.
Gambar 1. Struktur organel mitokondria dan bagian-bagiannya.
|
Pada umumnya
mitokondria tersebar secara merata di dalam sitoplasma, tetapi ada juga
perkecualiaanya, misalnya terkumpul di sekitar nukleus atau pada sitoplasma
bagian tepi. Jika di dalam sitoplasma banyak terdapat inklusion (misalnya:
glukosa dan lemak), maka tempat mitokondria terdesak. mitokondria terbentuk
pada saat siklus sel yaitu pada tahap mitosis. Selama mitosis mitokondria
terpusat pada spindel pembelahan dan setelah pembelahan selesai, mitokondria
terbagi sama rata kepada sel-sel anak.
Penyebaran
mitokondria di dalam sitoplasma berhubungan erat dengan fungsi mitokondria
sebagai penyuplai energi. Pada beberapa sel yang lain organel mitokondria
tersebut tetap pada daerah yang lebih banyak membutuhkan energi, sebagai contoh
dalam sel otot dan diafragma. Mitokondria berkumpul di sekitar daerah I
(isotrop) pada miofibrilnya. Pada tubulus –tubulus renalis terdapat banyak
mitokondria untuk memberikan energi dalam penyerapan air dan larutan yang masih
diperlukan oleh sel (transpor aktif).
Analisis secara biokimia memberikan hasil bahwa mitokondria merupakan pembangkit tenaga kimia untuk sel. Tenaga kimia yang diperoleh berupa ATP yang merupakan hasil oksidasi makanan terutama karbohidrat. Pada proses oksidasi tersebut, organel mitokondria menggunakan oksigen serta menghasilkan karbondioksida, oleh karena itu proses tersebut diberi nama respirasi selular. Tanpa mitokondria hewan, tumbuhan maupun fungi tidak akan mampu menggunakan oksigen untuk memperoleh tenaga yang maksimal dari makanan. Organisme yang menggunakan oksigen untuk pengubahan tenaga disebut organisme aerobik, sedangkan organisme yang tidak dapat hidup di lingkungan beroksigen disebut anaerobik.
Keistimewaan lain mitokondria adalah memiliki DNA, dan dapat memperbanyak diri dengan jalan membelah. Mengingat bahwa mitokondria memiliki banyak persamaan dengan bakteri, banyak ahli mengatakan mitokondria berasal dari bakteria yang ditelan oleh tetua sel eukaryota yang ada sekarang.
Sebagian
besar sel, mitokondria memiliki bentuk bulat panjang, dengan ukuran panjang
sekitar 2 mikrometer dan diameternya 0,5 mikrometer. Dengan menggunakan
mikroskop elektron dapat diamati bentuk mitokondria mempunyai 2 sistem membran,
yaitu: membran luar dan membran dalam. Membran dalam mengadakan
penonjolan-penonjolan ke arah dalam, yang dinamakan krista. Membran luar dan
dalam membagi bagian dalam mitokondria menjadi ruangan intermembran (di antara
membran) dan matriks mitokondria. Matriks berisi cairan seperti gel yang
diliputi selaput dalam dan ruang inter membran yang berisi cairan encer.
Matriks, ruang inter membran, membran luar dan membran dalam mengandung
bermacam-macam enzim. Matriks mengandung sejumlah enzim siklus Krebs, (siklus
asam trikarboksilat) garam dan air. Benang DNA berbentuk sirkuler terdapat di
dalam matriks, demikian pula ribosoma.
Sejumlah
inklusi juga ditemukan di dalam matriks mitokondria dari berbagai macam sel.
Ruang antar selaput mengandung bermacam-macam enzim, namun biasanya tidak
terdapat inklusi yang berbentuk zarah. Antara selaput luar dan selaput dalam
terdapat perbedaan nyata dalam permeabilitas. Selaput luar bersifat permeabel
bagi sebagian besar bahan yang memiliki berat molekul sampai dengan 5.000
dalton. Jika cairan yang berasal dari ruang antar selaput diisolasi, maka
cairan tersebut akan nampak seperti komponen sitosol yang memiliki berat
molekul yang kecil serta larut dalam air. Selaput dalam mempunyai permeabilitas
terbatas terutama terhadap bahan-bahan yang mempunyai berat molekul diatas
100-150 dalton. Perbedaan dalam permeabilitas antara kedua selaput dapat
digunakan untuk memisahkan selaput luar dari selaput dalam.
Selaput
dalam dan selaput luar berbeda dalam struktur dan fungsinya. Walaupun
pengukuran yang akurat terhadap tebal selaput-selaput tersebut sangat sulit,
karena berbagai fiksatif menyebabkan pembengkakan yang berbeda-beda, selaput
dalam kelihatan memiliki ketebalan yang lebih besar (6,0 – 8,0 nm) daripada
selaput yang ada di luar (kira-kira 6,0 nm). Selaput dalam mempunyai area
permukaan yang lebih luas karena terlipat-lipat dan masuk ke dalam matriks.
Tonjolan-tonjolan ini disebut krista dan bervariasi dalam hal jumlah dan
bentuknya. Dengan beberapa perkecualian, kristae mitokondria pada sel hewan
tingkat tinggi sebagian besar melintasi matriks. Biasanya kristae terletak
sejajar satu dengan yang lain dan memotong sumbu memanjang mitokondria, tetapi
dalam beberapa sel kristae membujur atau membentuk anyaman.
Pada
Protozoa dan banyak tumbuhan, krista memiliki bentuk suatu perangkat
buluh-buluh yang menuju ke arah matriks dari segala arah, bahkan kadang-kadang
teranyam dalam berbagai arah. Jumlah krista dapat bertambah atau berkurang,
tergantung pada derajat aktivitas aerob. Sel-sel pada jaringan aerob yang
menghasilkan sejumlah besar ATP, umumnya mengandung mitokondria dengan krista
yang berkembang.
Tiap krista
dibentuk dengan melipatnya selaput dalam mitokondria. Kajian dengan
teknik pengelupasan beku menunjukkan bahwa diantara kedua lapisan selaput
tersebut hanya terdapat sedikit ruang atau sama sekali tidak ada ruangnya.
Kedua lapisan tersebut nampak membentuk suatu struktur tunggal yang mengandung
protein globular besar dengan diameter kira-kira 15 nm, dan sejumlah kecil
lipid pada permukaan matriks. Sjostrand menyatakan bahwa tonjolan selaput
krista melekat pada selaput dalam dengan adanya sebuah atau dua buah tangkai
atau pedunkulus dan tidak timbul sebagai lipatan yang berbentuk papan (Gambar
2).
Matriks
mitokondria mengandung beberapa struktur yang jelas adalah granula
intramitokondria atau granula osmiofilik, yang berupa partikel-pertikel bulat
dengan diameter 25-35 nm. Fungsinya sebagai tempat meyimpan molekul lipid.
Disamping itu kadang-kadang terdapat juga kristal protein yang besar, granula
kuning telur (yolk) dan cadangan glikogen.
Gambar 2. Berbagai susunan Krista pada mitokondria.
(a) tersusun paralel; (b) tersusun seperti tumpukan koin; (c) tersusun anyaman |
Fungsi Mitokondria
- Apa fungsi mitokondria pada sel hewan, tumbuhan, dan eukarotik yang lain? Mitokondria merupakan organel sel yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya respirasi sel serta merupakan gudang energi sehingga mitokondria disebut the power house of cell. Cara kerja mitokondria yakni, enzim oksidatif yang terletak di membran dalam serta enzim siklus krebs yang di dalam matriks mitokondria berfungsi melakukan oksidasi residu asetil sehingga akan membentuk karbondioksida dan air. Energi lepas dari oksidasi tersebut digunakan untuk melakukan sintesis bahan yang memiliki energi sangat tinggi yaitu adenosin trifosfat (ATP). ATP tersebut akan dikeluarkan dari mitokondria ke dalam sitosol yang dipakai untuk berbagai aktivitas sel.
Komposisi Kimia
Mitokondria
- Secara kimiawi membran luar dan membran dalam berbeda secara kualitatif dan kuantitatif satu sama lain serta berbeda pula dengan selaput sitoplasma yang lain. Membran dalam lebih kaya akan protein daripada membran luar, sedangkan protein itu sendiri terletak lebih dalam pada membran. Membran luar mengandung dua sampai tiga kali lebih banyak fosfolipid daripada membran dalam, dan mengandung sebagian besar kolesterol membran. Di lain pihak membran dalam kaya akan kardiolipin.
Kebanyakan
protein pada selaput mitokondria adalah enzim yang mengkatalisis reaksi kimia
yang berhubungan dengan respirasi. Pada selaput dalam melekat banyak zarah
berbentuk bulat dengan diameter 8,0-9,0 nm, disebut bola-bola selaput dalam,
pertama kali diuraikan oleh Fernandez-Moran dalam tahun 1962. Bola-bola ini
diidentifikasi sebagai tempat utama proses fosforilasi oksidatif dan transpor
elektron, disebut oksisoma.
Komponen utama berat kering dari organel sel mitokondria yajni berupa protein. Kandungan protein tersebut meimiliki kaitan dengan jumlah membran dalam yang banyak memiliki protein enzimatis dan struktural terdapat pada pada bagian membran dalam. Pada beberapa mitokondria, membran dalam mengandung 60% protein total organel. Berdasarkan penyebaran enzim pada mitokondria Tikus, terlihat bahwa membran dalam mengandung 21,3 % protein total dan membran luar 4 % protein total mitokondria. Menurut perhitungan ini, 67 % protein terdapat di matriks dan sisanya terdapat dalam ruang antar membran. Protein pada mitokondria dikelompokkan menjadi dua bentuk, yakni protein yang larut dan protein tidak larut. Protein yang larut terutama memiliki enzim matriks serta beberapa protein perifer atau ekstrinsik pada membran. Protein tidak larut pada umumnya penyusun bagian integral membran. Sebagian besar merupakan protein struktural dan sebagian lagi merupakan protein enzim lainnya.
Kompartementasi
Enzim
Berbagai
macam enzim terdapat di dalam mitokondria dengan lokasi tertentu. Antara lain
- Selaput luar. Terdapat enzim monoamin oksidase, tiokinese asam lemak, kinurenin hidroksilase, sitokrom c reduktase yang rotenon-insensitif.
- Ruang antar membran. Terdapat enzim adenilat kinase, nukleosida difosfokinase.
- Selaput dalam. Terdapat enzim-enzim rantai respirasi, enzim pada sintesis ATP, dehidrogenase suksinat, dehidrogenase asam-keto, dehidrogenase D-ß-hidroksi butirat, transferase asam lemak karnitin.
- Matriks. Terdapat enzim kompleks seperti dehidrogenase piruvat, dehidrogenase isositrat, sintetase sitrat, fumarase, dehidrogenase malat, akonitase,dehidrogenase glutamat dan enzim-enzim oksidasi asam lemak.
Kurang lebih
120 macam enzim yang berhubungan dengan mitokondria telah diidentifikasi
(Gambar 3). Sekitar 37% adalah jenis enzim Oksidoreduktase; 10 %
adalah Ligase; dan kurang dari 9 % adalah Hidrolase.
Beberapa macam enzim juga terdapat pada membran luar, yakni monoaminoksidase
yang merupakan enzim penanda membran luar.
Membran
dalam lebih kompleks daripada membran luar. Suksinat dehidrogenase adalah enzim
penanda membran dalam. Enzim-enzim transpor elektron dan fosforilasi oksidatif
secara eksklusif terasosiasi dengan membran dalam. Matriks mengandung enzim
yang berperan dalam daur asam sitrat atau siklus krebs serta enzim yang
terlibat dalam proses sintesis protein, asam nukleat serta asam lemak. Semua
jenis enzim siklus krebs berada bebas di dalam matriks kecuali enzim suksinat
dehidrogenase, yang merupakan komponen membran dalam. Jadi agar pruvat dapat
teroksidasi secara sempurna oleh enzim manjadi karbondioksida dan air, suksinat
harus mengadakan kontak dengan membran dalam sebelum dioksidasi menjadi
fumarat.
Gambar 3. Kompleks enzim yang terdapat dalam organel
mitokondria.
|
Struktur dan
Fungsi DNA Mitokondria
- Mitokondria dapat melakukan sintesis protein sendiri karena memiliki DNA sendiri yang disebut dengan mtDNA. Ciri-ciri mtDNA adalah berpilin ganda, sirkular, dan tidak dilindungi oleh membran. Ciri mtDNA mitokondria yang terdapat di dalam sitoplasma sel eukariot yakni mtDNA memiliki persamaan dengan ciri seperti DNA pada bakteri, sehingga berkembang teori bahwa mitokondria dulunya merupakan organisme independen yang kemudian bersimbiosis dengan organisme eukariotik.
Matriks
mitokondria juga mengandung ribosom dan mtDNA. Molekul mtDNA bentuknya kecil
dan melingkar, tidak banyak bersenyawa dengan protein, sementara ribosomnya
memiliki karakter yang sama dengan yang terdapat pada bakteri. Kemiripan mtDNA
dan ribosom mitokondria dengan sel prokariotik menimbulkan teori bahwa dalam
perkembangan evolusinya mitokondria merupakan keturunan bakteri yang pada
awalnya hidup bebas yang kemudian masuk ke dalam sel eukariotik dan menetap
disitu sebagai endosimbion. Sistem kode yang masih ada pada mtDNA mitokondria
hanya berfungsi untuk menghasilkan beberapa enzim dan protein yang terdapat di
dalam organela tersebut.
mtDNA
terdapat dalam memilki bentuk sirkuler yakni dalam bentuk untaian ganda yang
identik di dalam matriks mitokondria. Satu organel mitokondria pada umumnya
memiliki 2-6 cetakan mtDNA, sehingga jumlah setiap sel jumlahny mencapai
108 atau bergantung pada jumlah mitokondria dalma jumlah sel tertentu.
Peranan
mtDNA yang ada dalam organel sel mitokondria sama dengan peranan DNA inti pada
sel eukariot, yakni bisa menghasilkan rRNA, tRNA, dan mRNA. Sistem genetika
pada mitokondria masih bergantung kepada sistem genetika pada inti sel.
Asal Usul Mitokondria
Mitokondria
diperkirakan muncul sekitar lebih dari satu juta tahun yang lalu yang
berkerabat dekat dengan aproteobakteri, kemudian masuk ke dalam sebuah sel
eukariot. Endosimbiosis ini saling menguntungkan kedua belah pihak yakni
bakteri dan sel eukariotik. Proses simbiosis tersebut terus berlanjut dan
hingga saat ini mitokondria merupakan organel yang sangat penting bagi sel
eukariot. Organisme endosimbion tersebut adalah Rickettsia yang memiliki
persamaan dengan mitokondria dalam hal struktur maupun komponen enzim (Gambar
4). Rickettsia adalah salah satu genus bakteri gram negatif yang selain itu
juga mampu melakukan simbiosis dengan kultur sel eukariotik (Gambar 5). Dengan
demikian dapat diduga bahwa Rickettsia merupakan asal muasal dari mitokondria.
Gambar 5. Rickettsia (tandah panah) yang mampu hidup
dalam kultur sel eukariotik
|
Mitokondriogenesis
- Mitokondria memiliki sifat untuk memperbanyak diri. Peristiwa ini disebut dengan mitokondriogenesis. Proses pembentukan mitokondria terdiri dari dua tahap, yakni tahap pertumbuhan dan reproduksi individu. Proses diferensiasi organela tersebut menjadi suatu kompartemen yang aktif melaksanakan fosforilasi oksidatif.
Pertumbuhan
mitokondria pada Neurospora crassa terjadi dengan cara penambahan
komponen-komponen pada struktur tua yang dapat mengakibatkan satu mitokondria
membelah menjadi dua. Proses ini diawali dengan pemanjangan mitokondria,
selanjutnya satu atau lebih krista yang letaknya di tengah membentuk ruangan
dengan cara tumbuh memotong matriks dan melebur dengan membran dalam di
depannya. Sebagai akibatnya matriks tersebut terpisah menjadi dua kompartemen.membran
luar selanjutnya mengalami invaginasi pada bidang pemisah yang kemudian
dilanjutkan dengan kontriksi yang mengakibatkan peleburan antara kedua membran
dalam. Pada akhirnya terbentuklah dua mitokondria.
Referensi:
Referensi:
- Alberts, B., et al. 2007. Molecular Biology of The Cell.
- Budiono, Joko. 2007. Mitokondria dan Kloroplas.
- Juwono dan Achmad Zulfa Juniarto. 2000. Biologi Sel.
- Page, R.D.M. dan E.C.Holmes 1998. Molecular Evolution. A Phylogenetic Approach.
- S. M Issoegianti. 2007. Biologi Sel.
No comments:
Post a Comment