Mitokondria - Fungsi dan Proses

Mitokondria adalah salah satu organel yang terdapat pada sel eukariot dan memiliki bentuk elips. Diameternya 0,5 µm dan mencapai panjang 0,5-1,0 µm. Mitokondria terdapat pada hewan, tumbuhan, jamur, dan Protista. Bahkan mitokondria ditemukan dalam parasite yang hidup di dalam usus manusia bernama Giardia. Pada hewan dan tumbuhan, mitokondria memiliki fungsi yang sama yaitu untuk menghasilkan energi dari makanan. Atau Anda bisa memahami bahwa di dalam mitokondria, energi kimia dimanfaatkan untuk mengubah protein, karbohidrat, dan lemak. (baca : fungsi dinding sel pada tumbuhan, fungsi membran sel pada hewan)

Dalam mitokondria yang terdapat pada hewan, tumbuhan, jamur dan protista memiliki beberapa struktur mitokondria yang akan membantu pembentukan sel.

Berikut adalah penjelasannya :

1. Lipid Bilayer

Lipid bilayer merupakan jenis membran ganda yang terdapat pada hewan, tumbuhan, jamur, protista. Berikut adalah bagian dari lipid bilayer :

a. Membran luar

Membran luar mengandung sejumlah protein transport ( porin ) yang digunakan untuk menyaring molekul kecil berukuran 5 kDa atau lebih lebih kecil. Ukuran tersebut sama dengan 8.3027e-21 gram. Membran luar juga mengandung enzim yang terlibat dalam biosintesis lipid ke matriks untuk menjalani proses β-oksidasi menghasilkan asetil CoA.

b. Membran dalam

Memiliki struktur yang berlipat-lipat dan melekuk dan lebih sering disebut dengan krista. Krista memperluas bidang permukaan membran dalam sehingga meningkatkan kemampuannya dalam memproduksi ATP.

2. Kompartemen

Kompartemen merupakan suatu ruang yang terdapat pada membran. Berikut adalah penjelasan dari bagian kompartemen :

a. Matriks

Matriks diselubungi oleh membran dalam dan merupakan hasil dari campuran enzim yang digunakan untuk sintesis molekul dalam produksi ATP. Bukan hanya itu, di dalam matriks terdapat DNA, RNA, serta ribosom dan beberapa media yang digunakan dalam proses daur ulang seperti oksigen.

b. Ruang antar membran

Seperti namanya, ruang antar membran terletak di antara membran luar dan membran dalam. Ruang ini memiliki fungsi untuk berlangsungnya siklus Krebs, oksidasi asam amino, serta reaksi beta-oksidasi asam lemak.

Fungsi Mitokondria

Mitokondria disebut sebagai sumber penghasil energi pada sel. Energi yang dihasilkan adalah ATP. Selain itu seperti yang sudah dijelaskan, adanya aktivitas dalam bagian-bagian mitokondria juga memberikan fungsi tertentu seperti tempat terjadinya reaksi oksidasi, reaksi β-oksidasi dan siklus Krebs.

Secara rinci, siklus yang terjadi di dalam mitokondria adalah sebagai berikut :

Di bagian membran luar, terjadi biosintesis lipid ke matriks. Asam lemak hasil degradasi lipid di sitosol akan dioksidasi menjadi asetil CoA melalui reaksi β- oksidasi dalam matriks mitokondria. Asam lemak di sitosol harus berikatan terlebih dahulu dengan CoA, membentuk asil CoA dengan bantuan asil CoA sintetase yang terdapat pada membran luar. Setelah masuk ke ruang antar membran, asam lemak tersebut akan terlepas dari CoA, kemudian berikatan dengan karnitin dengan membentuk karnitin-asil, dengan bantuan enzim karnitin-asil transferase I agar dapat masuk ke dalam matriks mitokondria. Selanjutnya asam lemak akan mengalami proses β-oksidasi menghasilkan asetil CoA yang kemudian akan masuk ke siklus Krebs.
Asam amino hasil degradasi protein akan masuk ke siklus Krebs melalui proses konversi menjadi salah satu intermediet siklus Krebs. Aspartat dan asparagin akan dikonversi menjadi oksaloasetat, fenil alanin dan tirosin menjadi fumarat, isoleusin, metionin dan valin menjadi suksinil CoA, arginin, histidin, glutamin dan prolin diubah dahulu menjadi glutamat sebelum masuk ke siklus Krebs melalui α- ketoglutarat; alanin, glisin, serin, dan sistein mengalami dua macam konversi menjadi piruvat dan dari piruvat menjadi asetil CoA sebelum akhirnya sitrat yang merupakan intermediet siklus Krebs, begitu juga dengan leusin, lisin dan triptofan yang akan diubah menjadi asetoasetil CoA dan kemudian asetil CoA sebelum menjadi sitrat.
Glikolisis yang merupakan tahapan dalam metabolisme karbohidrat menghasilkan piruvat di sitosol yang akan di transport menuju matriks mitokondria. Piruvat ini akan di ubah menjadi asetil CoA dan selanjutnya masuk ke dalam siklus Krebs. Reaksi-reaksi yang berlangsung dalam siklus Krebs akan menghasilkan molekul berenergi tinggi NADH dan FADH2. Selain dihasilkan dalam matriks mitokondria melalui reaksi siklus Krebs, NADH juga dihasilkan di sitosol melalui proses glikolisis. NADH di sitosol ini akan ditransport ke dalam matriks mitokondria melalui malat-aspartate shuttle.

Proses Dalam Mitokondria

Dalam menyempurnakan organel sel yang ada pada tumbuhan, hewan, jamur dan protista, mitokondria melewati beberapa proses untuk penyempurnaan sel yang melalui beberapa tahap yaitu :

1. Pemecahan molekul makanan

Stadium 1 – pembentukan makromolekul sebagai sub unit sederhana oleh enzim-enzim pencernaan. Protein menjadi asam amino, polisakarida menjadi gula, lemak menjadi asam lemak & gliserol
Stadium 2 – subunit sederhana dibentuk menjadi asetil CoA. Subunit sederhana tersebut diuraikan menjadi piruvat dan kemudian dibentuk menjadi sitoplasma sel kemudian didistribusikan ke dalam mitokondria, lalu menghasilkan sejumlah kecil ATP dan NADH
Stadium 3 – terjadi oksidasi asetil CoA menjadi H2O dan O2 sehingga menghasilkan sejumlah besar ATP dalam fosforilasi oksidatif.

2. Respirasi seluler

Respirasi seluler merupakan proses oksidasi molekul makanan, misalnya glukosa, menjadi CO2 dan H2O, itu berarti merupakan proses pembentukan energi ke dalam bentuk ATP. Pembentukan ATP tersebut adalah untuk memberi dukungan terhadap aktivitas sel.

Persamaan umum respirasi adalah :

C6H2O6 + 6 O2 –> 6 CO2 + 6 H2O + E

Respirasi berlangsung dalam dua tahap, yaitu :

Glikolisis

Glikolisis merupakan proses katabolisme glukosa terjadi pada setiap jenis sel. Proses ini terjadi di dalam sitosol, dan menyebabkan degradasi 1 molekul gula menjadi 2 molekul piruvat yang terjadi melalui suatu urutan reaksi & menggunakan enzim-enzim

Persamaan reaksi :

C6H12O6 + 2NAD+  2C3H4O3 + 2 NADH + 2H+

Pada glikolisis terdapat 9 reaksi yang masing-masing dibantu oleh enzim yang spesifik.

Pada tahap 1 dan 3 ATP diubah menjadi ADP dan terjadi proses fosforilasi
Pada tahap 5 NAD diubah menjadi NADH + H +
Pada tahap 6 dan 9 ADP diubah menjadi meolekul berenergi tinggi yaitu ATP
Pada tahap 4, gula 6 – C dipecah menjadi 2 senyawa 3 – C yaitu fosfogliseraldehid (PGAL) dan dihidroksiaseton dapat diubah menjadi PGAL dengan bantuan enzim isomerase
Akhir dari proses glikolisis menghasilkan dua molekul asam piruvat (3 – C) serta 2 ATP dan 2 NADH per molekul glukosa
Pada kondisi anaerob (tanpa kehadiran oksigen), asam piruvat dapat masuk ke fermentasi alcohol dan fermentasi asam laktat.

Siklus Krebs

Siklus krebs disebut juga sebagai siklus asam sitrat, siklus ini berperan dalam respirasi aerob.

Terdapat delapan tahapan utama yang menggerakkan reaksi ini yaitu:

Penggabungan molekul asetil-KoA dengan oksaloasetat dan membentuk asam sitrat. Enzim yang digunakan dalam reaksi ini adalah enzim asam sitrat sintetase.
Tahap kedua yang disebut isomerase sitrat dibantu oleh enzim akonitase yang menghasilkan isositrat.
Enzim isositrat dehidrogenase mengubah isositrat menjadi alfa-ketoglutarat dengan bantuan NADH. Setiap satu reaksi melepaskan satu molekul karbon dioksida.
Alfa ketoglutarat diubah menjadi suksinil-CoA. Reaksi dikatalisasi oleh enzim alfa-ketoglutarat dehidrogenase.
Suksinil-CoA diubah menjadi suksinat dengan mengubah GDP + Pi menjadi GTP. GTP digunakan untuk membentuk ATP.
Suksinat yang dihasilkan dari proses sebelumnya akan didehidrogenasi menjadi fumarat dengan bantuan enzim suksinat dehidrogenase.
Terjadi hidrasi yaitu penambahan atom hidrogen pada ikatan karbon ganda (C=C) yang ada pada fumarat sehingga menghasilkan malat.Enzim malat dehidrogenase mengubah malat menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat yang dihasilkan berfungsi untuk menangkap asetil-CoA, sehingga siklus Krebs akan terus berlangsung. Pada tahap ini juga dihasilkan NADH ketiga dari NAD+.

Hasil dari siklus ini adalah dua molekul ATP, dua molekul FADH2, enam molekul NADH , serta dua molekul CO2. Pada reaksi ini, akseptor elektron terakhir adalah oksigen dan dihasilkan molekul air dari reaksi 8 molekul hidrogen oksigen. FADH2 dan NADH dikonversi menjadi ATP pada siklus transpor elektron. Setiap molekul NADH menghasilkan 3 ATP, sedangkan setiap molekul FADH2 menghasilkan 2 ATP

Menganalisa Lebih Jauh Tentang Mitokondria

Untuk penyempurnaan organel sel ini, perlu dilakukannya analisis lebih jauh mengenai mitokondria, apa saya yang terkandung di dalam mitokondria, dan penjelasan dari setiap sel yang terdapat di dalam organ makhluk hidup.

Berikut adalah penjelasannya :

1. Genom DNA Mitokondria Manusia

DNA mitokondria manusia telah ditentukan urutannya secara lengkap oleh Arderson pada tahun 1981. Urutan ini disebut Cambridge Reference Sequence (CRS), dan dijadukan rujukan standar dalam menginterpretasikan variasi urutan nukleotida terutama polimorfisme mtDNA manusia yang berhubungan dengan studi antropologi maupun penentuan mutasi yang berkaitan dengan penyakit genetika.

2. Sifat-Sifat Genetik Mitokondria

Mitokondria memiliki sifat genetik sendiri yang disebut DNA mitokondria (mtDNA) yang terletak pada matrik semi cair di bagian paling dalam mitokondria. Perlu diketahui bahwa dalam satu mitokondria dapat mengandung puluhan mtDNA. Sistem tersebut mirip dengan bakteri yang berupa molekul sirkuler seperti plasmid atau kromosom bakter. Tiga hal pokok yang mendasari perbedaan antara sistem genetik inti dengan sistem genetik mitokondria yaitu tingkat polimorfisme yang tinggi yang ditunjukkan dengan laju mutasi yang tinggi bila dibandingkan dengan laju mutasi yang terjadi pada DNA inti, pola pewarisannya yang spesifik yaitu melalui garis keturunan ibu tanpa disertai adanya rekombinasi mtDNA dari garis keturunan ayah.

3. Laju Mutasi mtDNA

Laju mutasi mtDNA memang memberikan kesan yang istimewa disbanding dengan DNA inti karena diturunkan dari garis keturunan ibu dan mempunyai laju yang lebih cepat.

4. Haplogrup

Haplogroup adalah cara pengelompokan berdasarkan perbedaan panjang pendeknya fragmen mtDNA yang dipotong oleh enzim restriksi. Haplogroup DNA mitokondria manusia dalam bentuk huruf yaitu haplogroup A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, T, U, V, W, dan X.

5. Analisis Variasi mtDNA Manusia dengan Metode RFLP

Penelitian mengenai variasi mtDNA manusia dilakukan dengan analisis restriksi menggunakan metode RFLP. RFLP suatu metode analisis urutan DNA yang di potong oleh enzim restriksi yang diketahui, dengan mengetahui perbedaan panjang fragmen yang dipotong oleh enzim restriksi tidak sama, berarti enzim restriksi memotong DNA pada lokasi yang tidak saling berhubungan. Perbedaan dan kemiripan ini dapat digunakan untuk mendiferensiasi jenis, suku bangsa dan strain antara satu individu dengan individu lain.

6. Program Mito Mutation Analyzer (MMA)

Program Mito Mutation Analyzer (MMA) adalah algoritma pemograman yang dirancang untuk menganalisis dan menampilkan jumlah, jenis dan posisi mutasi satu atau lebih sampel urutan lengkap mtDNA manusia sekaligus. Algoritma tersebut dituliskan dalam bahasa C++. Program MMA membaca urutan lengkap mtDNA dalam file berformat. txt dan .seq, kemudian menuliskan hasil analisis, berupa panjang basa urutan lengkap, jumlah, jenis, dan posisi mutasi dalam file yang sama (Yolita, 2006).

7. Basis Data

FBI telah mengumpulkan data-data urutan nukleotida DNA mitokondria manusia di dunia yang tersimpan dalam software mtDNA Population.

Itulah beberapa hal penting mengenai mitokondria. Semoga bermanfaat.