Mitokondria – Pengertian, asal, struktur dan fungsi

Mitokondria adalah organel terikat-membran yang ditemukan dalam sitoplasma sel eukariotik. Ini adalah rumah kekuatan sel; ia bertanggung jawab untuk respirasi seluler dan produksi (sebagian besar) ATP dalam sel. Setiap sel dapat memiliki dari satu hingga ribuan mitokondria. Mitokondria juga mengandung DNA ekstranuklear yang mengkodekan sejumlah rRNA, tRNA, dan protein.

Asal Mitokondria

Teori saat ini tentang asal sel eukariotik adalah endosimbiosis. Diyakini bahwa mitokondria (dan kloroplas) dimulai sebagai organisme prokariotik yang hidup di dalam sel yang lebih besar. Sangat mungkin bahwa organisme prokariotik ini ditelan oleh sel yang lebih besar, baik sebagai makanan atau parasit. Di beberapa titik hubungan menjadi saling menguntungkan dan mitokondria dan kloroplas menjadi fitur permanen dalam sel. Mereka tertutup selaput dan membentuk mesin seluler.

Sel eukariotik (hewan)
Sel eukariotik (hewan). Gambar tersebut menggambarkan struktur umum sel hewan yang umum. Organel diberi label.

Struktur Mitokondria

Mitokondria adalah organel kecil yang terikat membran yang biasanya sekitar 1 – 10 mikron panjangnya. Mereka bisa berbentuk bulat atau berbentuk batang. Mitokondria dikelilingi oleh dua membran yang memisahkannya dari sitosol dan komponen sel lainnya. Membran adalah lapisan ganda lipid dengan protein yang tertanam di dalam lapisan. Membran bagian dalam dilipat yang membentuk krista; ini meningkatkan luas permukaan membran dan memaksimalkan keluaran respirasi seluler. Wilayah antara dua membran adalah ruang intermembran. Di dalam membran bagian dalam adalah matriks mitokondria, dan di dalam matriks ada ribosom, enzim lain, dan DNA mitokondria. Mitokondria mampu mereproduksi dan mensintesis protein secara mandiri. Ini berisi enzim yang diperlukan untuk transkripsi, serta transfer RNA dan ribosom yang diperlukan untuk terjemahan dan pembentukan protein.

mitokondria
gambar tersebut menunjukkan potongan dari mitokondria hewan. Komponen utama diberi label.

DNA mitokondria

DNA mitokondria (mtDNA) adalah molekul DNA sirkuler ganda untai kecil yang mengkodekan sejumlah protein dan RNA yang terlibat terutama dalam respirasi sel dan reproduksi sel. Pada beberapa protista dan jamur, mtDNA bisa linier. DNA mitokondria terkonservasi dengan baik dalam taksa. Sebagai contoh, banyak burung atau mamalia memiliki urutan gen yang sama. DNA mitokondria hewan mengkode dua RNA ribosom, 22 RNA transfer, dan 13 gen pengkode protein (subunit NADH, ATPase, dan sitokrom). Ini juga terdiri dari daerah kontrol non-coding, atau D-loop, yang terlibat dalam regulasi replikasi DNA.

Tidak seperti DNA nukleus, yang diturunkan dari kedua orang tua, DNA mitokondria umumnya diturunkan secara uniparental (dengan beberapa pengecualian). Pada hewan mtDNA diturunkan secara maternal melalui sel telur, kecuali pada moluska bivalvia di mana pewarisan biparental ditemukan. Pada tanaman, mtDNA dapat diturunkan secara maternal, paternally, atau biparentally. Ada juga bukti kebocoran ayah mtDNA, di mana keturunan mewarisi sebagian besar mtDNA mereka dari ibu mereka, tetapi juga menerima sejumlah kecil dari ayah mereka.

Mutasi pada DNA mitokondria dapat menyebabkan sejumlah penyakit genetik manusia, terutama yang melibatkan konsumsi energi dalam sistem otot dan saraf. Contohnya termasuk diabetes, penyakit jantung, epilepsi mioklonik, sindrom neuromuskuler Kearns-Sayre, dan Alzheimer. Ini juga terlibat dalam penyakit degeneratif dan penuaan.

Dibandingkan dengan gen kode nukleus, DNA mitokondria hewan berevolusi sekitar 10 kali lebih cepat, memungkinkan perubahan terlihat dalam kerangka waktu yang relatif singkat. Ini juga bermutasi dalam cara yang relatif seperti jam (dengan beberapa pengecualian). Untuk alasan ini DNA mitokondria umumnya digunakan untuk mempelajari hubungan evolusi dan genetika populasi pada hewan; itu adalah kekuatan pendorong di belakang hipotesis tentang evolusi manusia, serta hubungan evolusi antara manusia dan kera. mtDNA tumbuhan berkembang cukup lambat, dan kurang umum digunakan dalam studi evolusi.

DNA mitokondria
Gambar tersebut menunjukkan molekul DNA sirkular kecil di dalam organel.

Fungsi Mitokondria

Mitokondria terlibat dalam memecah gula dan lemak menjadi energi melalui respirasi aerobik (respirasi sel). Proses metabolisme ini menciptakan ATP, sumber energi sel, melalui serangkaian langkah yang membutuhkan oksigen. Respirasi seluler melibatkan tiga tahap utama.

Respirasi sel
Gambar tersebut menunjukkan gambaran respirasi seluler. Glikolisis terjadi di sitosol sementara siklus Krebs dan fosforilasi oksidatif terjadi di mitokondria.

Glikolisis

Glikolisis terjadi dalam sitosol, membelah glukosa menjadi dua gula yang lebih kecil yang kemudian dioksidasi untuk membentuk piruvat. Glikolisis dapat berupa anaerob atau aerob, dan karena itu secara teknis bukan bagian dari respirasi seluler, meskipun sering dimasukkan. Ini menghasilkan sejumlah kecil ATP.

Selama glikolisis, molekul glukosa awal difosforilasi (menggunakan satu molekul ATP), membentuk glukosa-6-fosfat, yang kemudian disusun kembali menjadi isomer fruktosa-6-fosfatnya. Molekul itu lagi terfosforilasi (menggunakan molekul ATP kedua), kali ini membentuk fruktosa-1,6-bifosfat. Fruktosa-1,6-bifosfat kemudian dipecah menjadi dua gula 3-karbon yang dikonversi menjadi molekul piruvat melalui reaksi redoks, yang menghasilkan dua molekul NADH, dan fosforilasi tingkat-substrat, yang melepaskan empat molekul ATP. Glikolisis menghasilkan dua molekul ATP bersih.

Siklus Asam Sitrat

Di hadapan oksigen, molekul piruvat yang diproduksi dalam glikolisis memasuki mitokondria. Siklus asam sitrat, atau siklus Krebs, terjadi dalam matriks mitokondria. Proses ini memecah piruvat menjadi karbon dioksida dalam reaksi oksidasi. Siklus asam sitrat menghasilkan pembentukan NADH (dari NAD +) yang mengangkut elektron ke tahap akhir respirasi seluler. Siklus asam sitrat menghasilkan dua molekul ATP.

Piruvat memasuki mitokondria dan diubah menjadi asetil koenzim A. Konversi ini dikatalisis oleh enzim, menghasilkan NADH, dan melepaskan CO2. Kelompok asetil kemudian memasuki siklus asam sitrat, serangkaian delapan langkah yang dikatalisis oleh enzim yang dimulai dengan sitrat dan berakhir pada oksaloasetat. Penambahan gugus asetil ke dalam bentuk oksaloasetat sitrat dan siklus berulang. Pemecahan sitrat menjadi oksaloasetat melepaskan lebih lanjut dua molekul CO2 dan satu molekul ATP (melalui fosforilasi tingkat-substrat). Mayoritas energi ada di dalam koenzim tereduksi NADH dan FADH2. Molekul-molekul ini kemudian diangkut ke rantai transpor elektron.

Siklus Krebs
Gambar ini menunjukkan konversi piruvat menjadi asetil koenzim A dan perkembangannya melalui siklus asam sitrat.

Fosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif terdiri dari dua bagian: rantai transpor elektron dan kemiosmosis. Tahap akhir inilah yang menghasilkan sebagian besar ATP dalam proses respirasi. Rantai transpor elektron menggunakan elektron yang dibawa maju dari dua langkah sebelumnya (seperti NADH dan FADH2) untuk membentuk molekul air melalui kombinasi dengan oksigen dan ion hidrogen. Fosforilasi oksidatif terjadi di membran dalam mitokondria.

Rantai transpor elektron terdiri dari lima kompleks multi-protein (I hingga IV) yang diulang ratusan hingga ribuan kali dalam krista membran bagian dalam. Kompleks terdiri dari pembawa elektron yang mengangkut elektron yang dilepaskan dari NADH dan FADH2 melalui serangkaian reaksi redoks. Banyak protein yang ditemukan dalam rantai transpor elektron adalah sitokrom, protein yang dikodekan sebagian oleh DNA mitokondria. Ketika elektron bergerak di sepanjang rantai mereka dilewatkan ke molekul yang semakin elektronegatif. Langkah terakhir adalah transfer elektron ke atom oksigen yang bergabung dengan dua ion hidrogen untuk membentuk molekul air. Rantai transpor elektron itu sendiri tidak menghasilkan ATP.

ATP diproduksi melalui kemiosmosis, suatu proses yang juga terjadi pada membran dalam mitokondria. Kemiosmosis melibatkan protein ATP sintase transmembran yang menghasilkan ATP dari ADP dan fosfat anorganik. ATP sintase menggunakan gradien konsentrasi ion hidrogen untuk mendorong pembentukan ATP. Ketika elektron bergerak melalui rantai transpor elektron, ion hidrogen didorong keluar ke ruang antarmembran, menghasilkan konsentrasi H + yang lebih tinggi di luar membran. Konsumsi H + melalui penggabungan ke dalam molekul air semakin meningkatkan gradien konsentrasi. Ion hidrogen kemudian mencoba masuk kembali ke matriks mitokondria untuk menyamakan konsentrasi; satu-satunya tempat mereka dapat melewati membran adalah melalui ATP synthase. Aliran H + melalui enzim menghasilkan perubahan konformasi yang menyediakan situs aktif katalitik untuk ADP dan fosfat anorganik. Ketika dua molekul ini berikatan dengan ATP sinthase, mereka terhubung dan dikatalisis untuk membentuk ATP.

Fosforilasi oksidatif menghasilkan antara 32 dan 34 molekul ATP dari setiap molekul glukosa awal, menyumbang ~ 89% dari energi yang dihasilkan dalam respirasi seluler.

Leave a Comment

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *