ABNORMALLY - NON DISJUNCTION AND MUTASI KROMOSOM

Penyakit Kromosom Pada Manusia

Penyakit kromosom pada manusia pada dasarnya dibagi menjadi dua yakni

1. penyakit kromosom tubuh (autosom) pada manusia ada di nomer 1 sampai 22 
2. penyakit kromosom kelamin / seks (gonosom). pada manusia ada di nomer 23 

Dalam penjelasan kali ini, kelainan kromosom akan dijelaskan mengenai penyakit kelainan kromosom 

1. Hypofosfatasia : kerusak an kromosom nomer 1 
2. Pubetas dini : kerusakan kromosom no 2 
3. Apnea Pasca - Pembiusan : kelainan kromosom nomer 3 
4. Syndrome Cry du Cat : Penyakit delesi kromosom 5 
5. Salla : Penyakit kelainan kromosom 
6. Cystic fibrosis : Penyakit kelainan kromosom 7 
7. Retinitis pigmentosa : Penyakit kelainan kromosom 8 
8. Xeroderma pigmentosum : penyakit kelainan kromosom 9 
9. Porfiria : Penyakit kelainan kromosom 10 
10. Alzaheimer : Penyakit kelainan kromosom 14 
11. Sindrom Marfan : penyakit kelainan kromosom 15 
12. Insomnia Fatal/ Kronis : Penyakit kelainan kromosom 20 
13. Sindrom Down : Penyakit kelainan kromosom 21 
14. Penyakit kelainan kromosom X dan Y : Penyakit kelainan kromosom 23 

Kromosom 1 : Hipofosfatasia

• Hipofasfatasia adalah kerusakan genetis pada proses mineralisasi kerangka yang diwariskan dalam bentuk alel resesif yang bisa menyebabkan gejala perubahan bentuk formasi tulang dan terlalu cepat gigi susu lepas pada anak-anak (Gambar 1). 
• Hipofosfatasia dapat dijumpai di seluruh dunia, akan tetapi yang paling banyak terjadi adalah keturunan dari keluarga sekte Kristen Protestan Mennonit yang sering melakukan perkawinan sedarah di Manitoba, Kanada.
• Penyakit tersebut belum ada pengobatan medisnya. 
• Penyebabnya adalah gen resesif homozigot di dalam kromosom 1. 

Gambar 1. Penderita hipofosfatasia. 

Kromosom 2 : Pubertas Dini

• Merupakan adanya alel dominan yang menyebabkan pubertas dini pada anak laki-laki yang menyebabkan peningkatan produksi testosteron dini. 
• Sebagai akibatnya anak laki-laki yang memiliki kelainan tersebut menunjukkan ciri-ciri pubertas pada usia 4 tahun.

 

Kromosom 3 : Apnea Pasca-Pembiusan

• Penyakit ini disebabkan adanya mutasi resesif yang disebabkan oleh subtitusi satu nukleotida sehingga menyebabkan perubahan pada transmisi denyut saraf sebagai respon atas ransangan kimiawi tertentu. 
• Pada kasus individu homozigot bisa mengalamai berhentinya pernafasan secara berkepanjanan apabila dibius dengan relaksan otot.

Kromosom 5 : Sindrom Cri-du-chat

• Sidrom cri du chat adalah bayi yang penderitanya mengeluarkan suara “jeritan kucing” (cri-du-chat) yang memilukan, sindrom tersebut merupakan kelainan genetis yang cukup sering ditemukan kasusnya, yakni 1 dalam 50.000. 
• Sindrom ini merupakan akibat dari adanya delesi bagian kromosom. 
• Kondisi ini juga disebut penyakit aberasi kromosom. 
• Ciri-ciri sindrom cri-du-chat adalah penderita dengan konndisi retardasi mental serta mempunyai lipatan mata yang menonjol, ukuran wajah kecil, dan batang hidung mencuat (Gambar 2). 
• Komplikasi medis seringkali mengakibatkan kematian semasa bayi atau usia awal kanak-kanak. 
• Sindrom ini digambarkan kali pertama oleh Lejeune dkk (1963).

Gambar 2. Sindrom Cri-du-chat. 

Kromosom 6 : Penyakit Salla

• Penyakit Salla adalah kelainan pada kemampuan tubuh untuk memproses dan menyimpan asam sialat. 
• Ciri-ciri penyakit ini adalah gejala kelemasan otot dan gerakan yang tak terkoordinasi sejak usia 6-9 bulan. 
• Sekitar sepertiga kelainan geneis ini tidak bisa berjalan serta kehilangan kemampuan untuk mengucapkan kata, meskipun masih bisa memahami nya. 
• Penderita yang tumbuh menjadi dewasa mengalami kondisi retardasi pertumbuhan dan fungsi mental dengan IQ yang berkisar antara 20 – 40. 
• Rentang usia penderita menjadi berkurang, sampai saat ini masih hanya diketahui satu pasien yang telah mencapai usia 72 tahun. 

Kromosom 7 : Cystic Fibrosis (CF)

• Cystic fibrosis adalah salah satu kelainan dari penyakit ini adalah berlebihnya keringat yang berkaitan dengan alel resesif autosom dalam populasi kulit putih. 
• Produksi lendir amat kental yang terkadang membahayakan pada penderitanya serta dapat menyumbat organ paru-paru pada anak-anak. 
• Gen dari CF ini memiliki 230.000 pasang nukleotida yang terletak di lengan panjang kromosom nomor 7. 
• Ketika terjadi delesi 1 nukleotida maka dapat menyebabkan produk proteinnya kekurangan satu fenil alanin pada sekuens atau urutan nomor 508 yang merupakan sumber penyebab sekitar 70% kromosom CF mutan di seluruh dunia. 
• Saat ini, sudah dikenali lebih dari 500 macam urutan gen tersebut paling tidak 350 diantaranya diduga juga menyebabkan penyakit ini. 

KLIK

Kromosom 8 : Retinitis Pigmentosa
Retinitis pigmentosa adalah penyakit genetis yang memiliki ciri pada degenerasi retina matanya. Penyakit tersebut merupakan indikasi yang awalnya adalah mengalami susah melihat dengan jelas pada kondisi kurang cahaya yang berlanjut sampai dengan semakin menyempitnya jarak pandang hingga pada akhirnya menjadi buta di usia yang masih paru baya. Retinitis pigmentosa adalah salah satu contoh kasus bahwa kerusakan pada gen yang bisa menyebabkan gejala klinis yang kejadiannya bisa sama. Biasanya tiap gen tersebut saling berkaitan dengan jalur biokimia atau perkembangan yang sama. Gen yang menjadi penyebab beragamnya kasus retinitis pigmentosa sudah dipetakan pada kromosom di nomor 3, 6, 7, 8, 11, 14, 16, dan X.


Kelainan genetis yang lain yakni ditemukan penyakit di kromosom 8 yang mengakibatkan penuaan dan kematian dini yang biasanya pada usia 50 tahun. Gen tersebut bertanggung jawab atas penyakit sindrom Werner yang mensintesis helikase DNA mengalami kerusakan. Dalam bentuk normal, gen tersebut bertugas untuk memperbaiki kerusakan DNA. Kondisi mutasi dapat menyebabkan terjadinya sindrom Werner yang berdampak besar antara lain: pasien yang berusia 30-an menunjukkan gejala gejala dengan ciri usia lanjut, seperti mata katarak, tulang yang osteoporosis serta penyakit jantung.

Kromosom 9 : Xeroderma Pigmentosum
Xeroderma pigmentosum adalah penyakit yang lokasinya terletak di dekat ujung lengan panjang kromosom nomor 9. Penderitanya mengalami kepekaan terhadap cahaya matahari seperti kulit raanya mudah terbakar serta sangat rentan terhadap penyakit kanker kulit. Usia rata-rata terjadinya penyakit dengan gejala klinis neoplasma kulit sekitar 8 tahun. Penyakit ini merupakan kerusakan genetis pada kemampuan sel untuk memperbaiki kondisi kerusakan DNA akibat terpaparnya sinar ultra violet.


Kromosom 10: Porfiria
Kelainan metabolisme porfiria / porfirin adalah kondisi yang melibatkan proses mutasi pada salah satu diantara beberapa gen, yakni gen-gen yang berkaitan dengan adanya kemampuan tubuh untuk memproduksi hemoglobin. Berbagai bentuk penyakit porfiria dengan kondisi tingkat keparahan gejala yang berbeda-beda, akan tetapi semuanya cenderung berkaitan dengan kondisi anemia, insomnia, gangguan kesadaran serta rasa sakit yang sulit diobati.

Kromosom 14 : Penyakit Alzaheimer
Alzaheimer adalah penyakit demensia progresif yang pada umum terjadi pada orang usia lanjut dengan ditandai adanya penumpukan plak amoloid (semacam pati) di dalam otak. Hanya 10 sampai 20 persen kasus penyakit Alzheimer yang secara jelas terbukti adalah penyakit genetis, namun karena penyakit Alzheimer biasanya muncul pada lanjut usia, kemungkinan banyak kasus Alzhaimer akibat genetis banyak yang terlewatkan dari perhatian. Mutasi yang terjadi di dalam beberapa gen penyandi protein, terutama satu gen yang menyandi protein prekursor amiloid pada kromosom 21 telah diketahui memiliki peran dalam proses Alzhaimer. Salah satu bentuk penyakit Alzhaimer yang berkaitan dengan kromosom noor 14 berawal lebih dini dan seringkali sebelum usia 60 tahun. Gen-gen yang lain juga menimbulkan penyakit Alzhaimer secara genetis juga di kromosom 1 dan 19, serta DNA mitokondria.

Kromosom 15 : Sindrom Marfan
Sindrom Marfan adalah penyakit yang ditemukan pertama pada tahun 1896 pada gadis kecil berusia 5 tahun dengan ciri-ciri memiliki anggota tubuh terlalu panjang, jari-jari seperti laba-laba, tubuhnya tinggi, tulang punggungnyaa melengkung, dan terjadi pemendekan sendi jari dan lutut (Gambar 3). Kondisi yang lain yakni lensa mata tidak stabil, gangguan pada paru-paru dan rentan dengan penyakit hernia. Kasus sindrom Marfan terjadi 1 diantara 10.000 orang. 15 hingga 30 persen diantaranya merupakan hasil mutasi baru. Penelitian molekular menemukan bahwa sumber sindrom ini adalah alel mutan gen fibrillin yang terletak di bagian tengah kromosom 15.

Gambar 3. Sindrom Marfan 

Kromosom 20 : Insomnia Fatal
Kasus ini berawal dari laporan tentang seorang paru baya dengan gangguan sfinkter (otot yang bebentuk cincin yang bisa membuka dan menutup, contoh pada anus) serta insomnia berat. Selama kurun 9 bulan berikutnya gejala tersbut berkembang menjadi kondisi pikiran yang mengawang, tremor koma, bahkan kematian. Penelitian selanjutnya menunjukan bahwa banyak anggota keluarga pasien dalam tiga generasi mengalami gejala yang sama. Setelah ditelusuri, insomnia fatal ini diketahui sebagai kelainan pada thalamus di bagian depan otak. Gen yang bertanggung jawab terletak pada kromosom 20 yang menyandi protein prion yang fungsinya belum jelas serta terlibat dengan beberapa penyakit lainya pada thalamus.


Kromosom 21 : Sindrom Down
Sindrom Down (Down Syndrome) adalah cacat genetis ini melibatkan kelainan besar pada kromosom, dimana pasien memiliki tiga duplikat atau kelebihan kromosom 21, dimana pada kondisi normal hanya memiliki sepasang. Kondisi penyakit ini merupakan yang pertama untuk beberapa hal seperti kelainan kromosom yang pertama yang diketahui secara klinis; kelainan manusia pertama yang terbukti berasal dari kromosom utuh; dan memiliki frekuensi tertinggi dalam menyebabkan berbagai kondisi retardasi mental (1 diantara 700 kelainan hidup). Ciri fisik maupun fisiologis dari penderita Down Syndrome yakni bentuk tengkorak wajah yang khas serta kelainan neurologis terutama berasal dari ketidakseimbangan metabolisme sebagai akibat berlebihnya duplikat gen dan produk proteinya. Langkah awal untuk diagnosis pra kelahiran yakni melalui amniosentesis atau pemindahan serum sudah tersedia.

Gambar 4. Syndrome Down 

Kromosom X
Kromosom X adalah sumber dari banyaknya penyakit genetik. Pada kelainan resesif, konsekuensi buruknya lebih banyak terjadi pada laki-laki daripada perempuan. Kelainan genetik dari penyakit bawaan kromosom X yakni memiliki penyebaran yang khas yaitu silsilah keluarga. Contoh penyakit kromosom X yakni kekeliruan metabolisme bawaan yaitu sindrom Lesch-Nyhan. Sindrom Lesch-Nyhan adalah salah satu penyakit genetik yang paling menakutkan. Penyakit yang bersifat resesif ini ditandai dengan disfungsi saraf yang dapat menimbulkan dorongam untuk muntah dan mutilasi diri. Anak-anak yang pengidap yang selalu laki-laki sering memperlihatkan dorongan obsesif dan hasrat tak yang terkendali untuk menyakiti dirinya. Contohnya seperti menggigit bibir dan jari, menyiram diri dengan air panas, serta menikam wajah dan mata dengan benda tajam. Meskipun anak-anak tersebut memiliki keterbelakangan mental, namun anak-anak tersebut memiliki pandangan yang terang dan normal serta bisa merasakan sakit.


Kromosom Y
Dampak yang paling mendasar dari kromosom ini adalah penentuan jenis kelamin itu sendiri. Gen yang bertanggung jawab (awalnya dinamakan faktor penentu testis / testis-determining factor, TDF) belakangan ini diidentifikasi dan diketahui berada di ujung kromosom Y. Sebenarnya, TDF mengawali rentetan peristiwa dalam perkembangan embrio yang berpuncak pada terjadinya individu laki-laki. Faktor lingkungan atau genetis apapun yang menghalangi diferensiasi testis bisa menggagalkan terjadinya laki-laki, kembali ke keadaan awal yakni perempuan.

Satu kelompok kerusakan genetis pada Y, disgenesis gonad XY, terjadi pada daerah gen TDF itu sendiri. Pasien penderita menunjukkan berbagai tingkat ambiguitas seksual, yang berkisar dari fenotip laki-laki dengan mikroppenis hingga fenotip perempuan yang sepenuhnya tak memiliki gonad laki-laki dan beragam tingkat perkembangan rahim dan organ reproduktif eksternal perempuan.

Gen TDF menarik perhatian karena gen tersebut berperan pada bentuk anomali kromosom seks lainnya. Studi sitogenetika tahap awal telah mengungkap kasus-kasus langka, fenotipe laki-laki memiliki kromosom XX seperti yang normalnya dimiliki perempuan. Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa laki-laki XX sebenarnya punya bagian-bagian kromosom Y yang pindah ke lengan pendek salah satu kromosom X-nya (kemungkinan melalui peristiwa meiosis abnormal saat sang ayah memproduksi sperma). Pengamatan pada banyak kasus semacam itu, mengarah pada identifikasi pemindahan kromosom terkecil yang menghasilkan kondisi laki-laki dngan kromosom XX. Pemindahan itu mencakup ujung kromosom Y. Individu XX yang punya bagian kromosom Y lainnya, fenotipnya tetap perempuan.

Perempuan yang cuma punya satu kromosom X (genotip XO) mengalami sindrom turner. Sindrom turner adalah kondisi kelaiann genetis dengan gejalanya anatara lain perawakannya pendek, indung telur rusak, leher bergelambir, pembengkakan tangan dan kaki, serta penyempitan aorta. Sindrom turner terjadi pada sekitar 1-2% kehamilan yang diketahui secara klinis, tapi 99% janin dengan kondisi sindrom turner meninggal sebelum dilahirkan (menjadikan sindrom turner sebagai anomali kromosom yang paling umum dilaporkan pada kasus aborsin spontan). Dalam populasi umum, sidrom turner terjadi pada sekitar satu per 5.000 kelahiran bayi perempuan hidup.

Trisomi X (genotip XXX) bahkan juga sering terjadi yakni sekitar satu per 1.000 kelahiran bayi hidup. Gejala klinisnya antara lain terlihat ringan, tetapi sering mengalami kesulitan belajar bahkan mengalami kemandulan parsial.

Beberapa kelainan konfigurasi kromososm seks menghasilkan individu dengan fenotip laki-laki. Contohnya adalah kondisi genotip XXY (sindrom klinefelter) dan XYY, yang keduanya terjadi pada satu dari sekitar 1.000 kelahiran bayi laki-laki hidup. Pada pasien dengan genotip XXY memiliki berperawakan jangkung, kurus dan biasanya mandul. Sindrom XYY memiliki sedikit efek dan biasanya tidak terdeteksi.

hermafroditisme sejati, ketika testis dan indung telur sama-sama berkembang, juga dikenal pada manusia. Salah satu rute genetis menuju hermafroditisme adalah khimerisme XX / XY, dimana pembuahan ganda mengakibatkan pencampuran sel janin XX dan XY. Individu yang terjadi sebenarnya embrio rangkap yang terdiri dari dua tipe sel, salah satunya secara genetika adalah laki-laki dan lainya perempuan

MITOCHONDRIA

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

1. Selaput luar. Terdapat enzim monoamin oksidase, tiokinese asam lemak, kinurenin hidroksilase, sitokrom c reduktase yang rotenon-insensitif. 
2. Ruang antar membran. Terdapat enzim adenilat kinase, nukleosida difosfokinase. 
3. 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. 
4. 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 4. Persamaan metabolisme piruvat pada mitokondria eukariotik dan Rickettsia

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:

1. Alberts, B., et al. 2007. Molecular Biology of The Cell.
2. Budiono, Joko. 2007. Mitokondria dan Kloroplas. 
3. Juwono dan Achmad Zulfa Juniarto. 2000. Biologi Sel. 
4. Page, R.D.M. dan E.C.Holmes 1998. Molecular Evolution. A Phylogenetic Approach.
5. S. M Issoegianti. 2007. Biologi Sel.