Mitokondria [PDF]

Citation preview

Mitokondria Mito artinya thread atau benang, chodrion artinya granular. Mitokondria merupakan organel sitoplasma yang berbentuk granular atau filamen. Mitokondria adalah organel yang digunakan untuk memproduksi energi dalam bentuk ATP untuk kelangsungan hidup sel. Mitokondria adalah tempat dimana fungsi respirasi pada makhluk hidup berlangsung (Purnobasuki, 2011).



Mitokondria, disebut sebagai "gudang energi" ("powerhouse") sel. Tanpa mitokondria, sel tidak akan dapat memperoleh energi yang cukup dari zat gizi, dan semua fungsi sel akan berhenti. Mitokondria terdapat di semua bagian sitoplasma setiap sel, tetapi jumlah total per sel sangat bervariasi, mulai dari kurang dari seratus sampai beberapa ribu, tergantung jumlah energi yang dibutuhkan oleh masing-masing sel. Selanjutnya, mitokondria terkonsentrasi di bagian sel yang berperan besar terhadap metabolisme energi sel. Ukuran dan bentuknya juga bervariasi. Beberapa mitokondria berdiameter hanya beberapa ratus nanometer dan berbentuk globulus, sedangkan mitokondria lain bentuknya memanjang-berdiameter 1 mikrometer dengan panjang 7 mikrometer; sisanya bercabang-cabang dan berbentuk filamen. Struktur dasar mitokondria tersusun atas dua lapisan lipid ganda membran protein: sebuah membran luar dan sebuah membran dalam. Banyak lipatan membran dalam yang membentuk rak-rak, yang merupakan tempat perlekatan enzim oksidatif. Selain itu, rongga bagian dalam mitokondria juga dipenuhi dengan matriks yang mengandung sejumlah besar enzim terlarut, yang dibutuhkan untuk mendapatkan energi dari zat gizi. Enzim-enzim ini bekerja sama dengan enzim-enzim oksidatif yang berada pada rak untuk mengoksidasi zat gizi, dengan demikian membentuk karbon dioksida dan air serta pelepasan energi pada saat yang sama. Energi yang dilepaskan tersebut digunakan untuk sintesis suatu zat "berenergi tinggi" yang disebut adenosin



trifosfat (ATP). ATP kemudian diangkut keluar dari mitokondria, dan berdifusi ke seluruh bagian sel untuk memberikan energinya di mana saja energi tersebut dibutuhkan untuk menjalankan fungsi sel. Mitokondria memiliki dua membran, masing-masing tersusun oleh fosfolipid bilayer. Kedua membran tersebut memiliki perbedaaan pada wujud serta sifat fisis dan kimiawinya. Hal inilah yang membedakan fungsi masing-masing membran tersebut pada mitokondria. Membran luar mengelilingi struktur mitokondria secara keseluruhan. Membran dalam mengelilingi matriks yang berisi cairan dan membentuk lekukanlekukan ke dalam matriks yang disebut krista (cristae, tunggal: crista). Krista-krista tersebut dapat memperbesar permukaan membran dalam sehingga terbentuk daerah antara membran luar dan membran dalam, ruang intermembran. Membran dalam memegang peranan penting mitokondria yaitu fosforilasi oksidatif. Mitokondria dapat mereplikasi diri, yang berarti satu mitokondria dapat membentuk mitokondria kedua, ketiga, dan seterusnya, bilamana sel perlu untuk menambah jumlah ATP. Mitokondria memang memiliki DNA yang mirip dengan DNA yang ditemukan dalam nukleus. DNA merupakan bahan kimia dasar nukleus yang mengatur replikasi sel. DNA mitokondria memainkan peran serupa, yang mengatur replikasi mitokondria. Sitoplasma yang terdapat di dalam hampir semua sel-sel eukariotik memiliki mitokondria, meskipun terdapat pengecualian, yakni pada protista Chaos (Pelomyxa) carolinensis. Mitokondria secara khusus banyak terdapat di dalam sel dan bagianbagian sel yang berkaitan dengan proses-proses aktif. Sebagai contoh, dalam protozoa berflagel atau di dalam sperma mamalia, mitokondria terkonsentrasi di dasar flagelum atau flagela. Pada otot jantung, mitokondria mengelilingi bagian-bagian otot yang berkontraksi. Dengan demikian, berdasarkan persebarannya, dapat diketahui bahwa mitokondria ikut terlibat dalam produksi energi dalam tubuh. Mitokondria memiliki diameter sekitar 0.5-1 µm hingga 7 µm. Bentuk dan jumlah mitokondria yang ada dalam sebuah sel bergantung pada jaringan tertentu. Mitokondria dapat berbentuk seperti lingkaran, batang maupun badan berserabut. Namun struktur umumnya tetaplah sama. Jumlah mitokondria dalam tiap sel bervariasi bergantung pada energi yang dibutuhkan. Jaringan-jaringan yang melakukan fungsi metabolisme aerob seperti otot rangka dan otot lambung memiliki jumlah mitokondria lebih banyak daripada jaringan lainnya.



Membran luar mitokondria memiliki protein integral pada membran, disebut porin, yang membentuk saluran permeabel untuk memfasilitasi berbagai macam molekul keluar masuk mitokondria. Molekul-molekul sebesar 10 kilodalton bahkan kurang dari itu, seperti ion, molekul nutrisi, ATP, dan ADP dapat dengan mudah melewati membran luar. Membran dalam dan membran luar tersusun atas komposisi fosfolipid dan perbandingan protein terhadap lemak yang berbeda. Untuk membran luar, perbandingan protein-lemak adalah 50:50, dan protein yang ada memiliki sedikit fungsi enzimatik atau transport. Sedangkan pada membran dalam, perbandingannya adalah 80:20. Membran dalam mengandung 5 kelompok protein integral membran, yaitu: 1. 2. 3. 4. 5.



NADH dehidrogenase, Suksinat dehidrogenase, Sitokrom c reduktase (juga dikenal sebagai sitrokom b-c), sitokrom c oksidase, ATP sintase.



Membran dalam mitokondria tidak terlalu permeabel dibandingkan dengan membran luar, karena itu membran dalam dapat mendegradasi molekul-molekul yang masuk melalui pemisahan matriks dari lingkungan sitosolik. Terdapat beberapa sistem antiport pada membran dalam yang menyebabkan pertukaran anion dengan sitosol dan matriks mitokondria. Beberapa contohnya adalah phospate-OH– exchanger, the adenine nucleotide translocase, mono-, di- and tricarboxylate carriers, dan the aspartate-glutamate shuttle. Bentuk dan Ukuran Mitokondria Bentuk mitokondria bervariasi tergantung jenis jaringan dan kondisi fisiologi mitokondria tetapi bentuk yang paling umum dijumpai adalah bentuk benang dan granula sesuai dengan arti kata mitokondria (mitos = benang, chondrion = granula). Bentuk-bentuk yang lain misalnya bentuk bola, halter, raket, atau bentuk oval.Ukuran



mitokondria juga bervariasi tetapi rata-rata ukuran panjangnya maksimal 7 µm dan lebarnya 0,5 µm. Mitokondria hati umumnya mempunyai lebar kira-kira 0,5-1,0µm dan panjang kira-kira 3,0 µm. ukuran ini khas bagi tipe mitokondria yang bebas dalam sitoplasma seperti pada hati, ginjal dan pankreas. Dalam jaringan yang kebebasan mitokondria lebih terbatas, terdapat bentuk dan ukuran yang lebih bervariasi. Letak dan Distribusi Mitokondria Pada umumnya mitokondria tersebar acak di dalam sel dan cenderung berkumpul di bagian sel yang memerlukan banyak energy, misalnya disekitar gelendong pembelahan (benang spindle) pada sel yang sedang membelah atau di dekat membrane sel yang sedang melakukan endositosis. Pada beberapa sel tertentu letak mitokondria tidak berpindah-pindah, misalnya terlentak diantara pita gelap dan terang pada sel otot lurik di dalam flagel sel spermatozoa, sel basilus dan conus retina, dan pada sel tubuh ginjal (Saefudin, 2010). Jumlah mitokondria di dalam sel bervariasi tergantung jenis organism, jenis sel dan keadaan fisiologi sel. Variasi jumlah berkisar antara satu sampai dengan ratusan ribu mitokondria per sel. Pada Chromulina jumlahnya hanya satu per se, pada sel hati rata-rata 800 per sel, sedangkan pada ovum beberapa landak laut dan juga pada sel amuba Chaos chaos dapat mencapai 500.000 mitokondria per sel. Secara umum sel hewan mengandung lebih banyak mitokondria dari pada sel tumbuhan, karena energi pada sel tumbuhan tidak hanya dihasilkan mitokondria tetapi juga oleh kloroplas. Beberapa jenis organism tidak memiliki mitokondria di dalam selnya, mislanya Leucothrix dan Vitreoscilla. Kondisi fisiologi sel (kebutuhan energy sel) juga mempengaruhi jumlah mitokondria di dalam sel. Sel yang sedang aktif melakukan metabolism (misalnya sel-sel embrional) memiliki mitokondria yang lebih banyak dibandingkan sel-sel yang kurang aktif. Kelenturan (plastisitas) dan Gerak Mitokondria Mitokondria memiliki kelenturan yang tinggi sehingga bentuknya dapat berubahubah dari waktu ke waktu, terutama mitokondria yang letaknya acak di sitoplasma. Selain itu mitokondria juga dapat bergerak (berpindah) dari satu tempat ke tempat lain di dalam sel. Gerak selain disebabkan oleh siklosis juga karena aktifitas memanjang dan memendek dari mitokondria itu sendiri. Mitokondria berputar dan berubah bentuk menjadi bermacam-macam konformasi. Satu mitokondria dapat menunjukkan perubahan bentuk dalam perjalanan waktu. Pada otot lurik dan sel-sel lain yang mitokondrianya tidak terdapat bebas dalam sitosol plastisitas strukturnya berkurang. Plastisitas dan gerak mitokondria dalam sel menjamin penyebarluasan ATP di seluruh sel yaitu di tempat-tempat yang memerlukan ATP (Saefudin, 2010). Siklus Hidup Mitokondria



Mitokondria bisa melakukan replikasi secara mandiri, sama seperti sel bakteri. Replikasi terjadi jika mitokondria ini berubah menjadi lebih besar sehingga melakukan pemecahan. Pada awal sebelum mitokondria berreplikasi, terlebih dahulu dilakukan replikasi DNA nitokondria. Proses tersebut diawali dari pembelahan pada bagian dalam lalu diikuto dengan pembelahan bagian luar. DNA mitokondria Mitokondria mempunyai DNA tersendiri, yang dikenal dengan mtDNA. mtDNA berpilin ganda, sirkuler, serta tidak terlindungi membran. Karena mempunyai ciri seperti DNA bakteri. Berkembang teori yang luas yang diambil, dan menyatakan bahwa mitokondria awalnya makhluk hidup independen lalu bersimbiosis dengan organisme eukariotik. Fungsi Mitokondria 1. Menjaga konsentrasi ion kalsium yang tepat dalam berbagai kompartemen sel. Mitokondria membantu sel-sel untuk mencapai tujuan ini dengan melayani sebagai tangki penyimpanan ion kalsium. 2. Membantu dalam membangun bagian-bagian tertentu dari darah, dan hormon seperti testosteron dan estrogen. 3. Mitokondria dalam sel-sel hati memiliki enzim yang mendetoksifikasi amonia. 4. Berperan dalam proses kematian sel terprogram. Sel yang tidak diinginkan dan kelebihan dipangkas selama perkembangan organisme. Proses ini dikenal sebagai apoptosis. Kematian sel abnormal akibat disfungsi mitokondria dapat mempengaruhi fungsi organ 5. pengubahan energi potensial dalam bentuk makanan menjadi ATP, Kegunaan ATP yaitu sebagai energi yang digunakan untuk mengganti sel-sel yang rusak, memompa jantung, dan lainnya. Mitokondria banyak terdapat pada bagian tubuh antara lain otot, hati, jantung, ginjal, karena bagian tubuh tersebut paling aktif melakukan kerja dan menghasilkan energi. 6. Tempat terjadinya metabolisme oksidatif —> respirasi seluler



Gangguan Fungsi Mitikondria Disfungsi mitokondria dapat mempengaruhi produksi produk sel-spesifik yang penting untuk fungsi sel yang tepat dan produksi energi. Hal ini dapat menyebabkan kematian sel dan kegagalan sistem organ. Ketika kemampuan mitokondria untuk menghasilkan energi berkurang karena cacat tertentu (mutasi genetik baik dalam DNA mitokondria atau DNA inti), kondisi ini digambarkan sebagai “penyakit mitokondria”. Mengurangi produksi energi dapat menyebabkan disfungsi otak, gangguan penglihatan, lemah otot, gerakan terbatas anggota badan, dan lain-lain. Penyakit mitokondria dapat



menghancurkan kesehatan dari setiap sistem atau organ tubuh. Hal ini dapat merusak kesehatan jantung dan kesehatan pencernaan orang tersebut (Sridianti, 2014) Gejala penyakit mitokondria dapat bervariasi dari orang ke orang, dan sering bersifat progresif. Beberapa gejala adalah infeksi berulang (sistem kekebalan tubuh yang lemah), mengurangi kapasitas jantung, stroke, kejang, kelelahan otot, masalah pencernaan, masalah hati, diabetes, obesitas, kebutaan dan tuli. Berbagai faktor lingkungan atau obat-obatan tertentu dapat mempengaruhi fungsi mitokondria negatif. Studi menunjukkan bahwa disfungsi mitokondria adalah penyebab akar dari banyak penyakit umum. Beberapa kondisi kronis dewasa juga berasal dari dalam disfungsi mitokondria, misalnya, penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, diabetes, hipertensi, penyakit jantung, osteoporosis, kanker, penyakit autoimun seperti multiple sclerosis, lupus dan rheumatoid arthritis, dan lain-lain. Disfungsi mitokondria berperan penting dalam gejala penuaan dini (Sridianti, 2014).



Daftar Pustaka Campbell, N., Reece, J., Urry, L., Cain, M., Wasserman, S., Minorsky, P., Jackson, R. 2008. Biologi. Erlangga : Jakarta. Guyton, A. C., Hall, J. E., 2014. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran. Edisi 12. Jakarta: EGC, 1022 Purnobasuki, Heri. 2011. Struktur dan Fungsi Sel. Sridianti. 2014. Pengertian Mitokondria dan Bagian-bagian Mitokondria.