Struktur dan fungsi Mitokondria

Setiap makhluk hidup terbuat dari sel-sel: kompartemen kecil yang dikandung oleh membran. Sel adalah hal-hal terkecil yang dapat memperbanyak diri. Ketika kita melihat ke dalam sel-sel, kita melihat bahwa mereka memiliki sub-kompartemen yang lebih kecil lagi, yang dikenal sebagai "Organel" yang melakukan fungsi yang berbeda yang penting untuk sel untuk hidup.
Advertisement

Mitokondria banyak ditemukan pada sel-sel eukariotik. Mitokondria dapat ditemukan dalam keadaan tunggal berupa satu mitokondria berukuran besar. Akan tetapi, pada beberapa sel lainnya dapat memiliki ratusan hingga ribuan mitokondria. Jumlah tersebut bergantung pada aktivitas metabolik sel. Pada umumnya, mitokondria berbentuk seperti sosis meskipun beberapa diantaranya sering berubah karena aliran sitoplasma. Panjang mitokondria berkisar antara 2 sampai 5 mm dan berdiameter 0,5 sampai 1,0 mm.

Untuk menghasilkan semua energi itu, mitokondria memerlukan oksigen. Mitokondria efektif membakar makanan dengan cara yang terkontrol hati-hati untuk menghasilkan energi kimia dengan proses yang disebut “fosforilasi oksidatif”. Dan seperti api akan padam tanpa oksigen, jika mitokondria kekurangan oksigen, mereka juga berhenti bekerja => Tidak ada energi; Tidak hidup!

Selama serangan jantung, atau stroke, darah berhenti memberikan oksigen ke jantung dan otak. Kedua organ ini melakukan banyak pekerjaan dan membutuhkan banyak energi. Tanpa oksigen, mitokondria berhenti bekerja, dan sel-sel di otak atau jantung yang rusak atau bahkan mati. Anehnya, jika oksigen tidak kembali, maka mitokondria menjadi kewalahan dan menghasilkan banyak “radikal bebas”. Ini adalah bahan kimia yang sangat reaktif yang menyebabkan banyak kerusakan.

Advertisement

Mitokondria merupakan organel sel bermembran ganda. Membran luar memiliki struktur halus dan berfungsi membatasi bagian dalam mitokondria dengan sitoplasma. Membran dalam memiliki struktur berupa lipatan-lipatan yang disebut krista. Di antara krista terdapat ruang antar krista berisi suatu cairan yang disebut matriks. Matriks terdiri atas ribosom, ADN, dan material lainnya. Adanya krista menyebabkan permukaan membran mitokondria semakin luas sehingga proses respirasi yang menghasilkan ATP semakin efektif. Sehubungan dengan kemampuannya untuk menghasilkan energi, mitokondria sering disebut sebagai unit pembangkit tenaga dari suatu sel.

Struktur Mitokondria

Pada tahun 1981 review sejarah mitokondria dalam Journal of Cell Biology, penulis Lars Ernster dan Gottfried Schatz mencatat bahwa pengamatan pertama tentang mitokondria adalah oleh Richard Altmann pada tahun 1890. Sementara Altmann memanggil mereka “bioblasts,” saat mereka mendeskripsikan tampilan yang mereka lihat. Nama itu diberikan oleh Carl Benda pada tahun 1898, berdasarkan pengamatannya mengembangkan sperma. “Mitokondria” berasal dari dua kata Yunani: “mitos” yang berarti benang, dan “Chondros” yang berarti granul. Seperti dijelaskan oleh Karen Hales, seorang profesor biologi di Davidson College, organel ini dinamis, dan terus-menerus menyatu bersama untuk membentuk rantai, dan kemudian pecah.

Mitokondria individu berbentuk kapsul, dengan membran luar dan membran dalam bergelombang, yang menyerupai jari yang menonjol. Lipatan membran ini yang disebut krista, dan berfungsi untuk meningkatkan luas permukaan keseluruhan membran. Bila dibandingkan dengan krista, membran luar lebih berpori dan kurang selektif terhadap bahan yang mungkin akan masuk ke dalam. Matriks adalah bagian tengah dari organel dan dikelilingi oleh krista. Matriks berisi enzim dan DNA. Mitokondria adalah organel tidak seperti kebanyakan yang lain (dengan pengecualian dari kloroplas tanaman) dalam hal bahwa mereka memiliki set DNA mereka sendiri dan gen yang mengkode protein.

Gambar mitokondria
Gambar mitokondria. (a): mikrograf Elektron dari mitokondrion tunggal, di mana Anda dapat melihat banyak krista. Mitokondria ukurannya berkisar dari 1 sampai 10 m. (b): Model mitokondrion yang menunjukkan susunan terorganisir membran dalam dan luar, matriks protein, dan membran mitokondria yang dilipat.

Mitokondria tanaman yang pertama kali terlihat oleh Friedrich Meves pada tahun 1904, seperti yang disebutkan oleh Ernster dan Schatz (Journal of Cell Biology, 1981). Sementara tanaman dan hewan memiliki mitokondria tidak berbeda dalam struktur dasar mereka, Dan Sloan, asisten profesor di University of Colorado mengatakan, genom mereka sangat berbeda. Mereka bervariasi dalam ukuran dan struktur.

Menurut Sloan, genom pada kebanyakan tanaman berbunga sekitar 100.000 pasangan basa dalam ukuran, dan sebagai besar dapat mencapai 10 juta pasangan basa. Sebaliknya, genom mamalia sekitar 15.000 sampai 16.000 pasangan basa dalam ukuran. Selain itu, sementara genom mitokondria hewan memiliki konfigurasi melingkar sederhana, Sloan mengatakan bahwa genom mitokondria tanaman, meskipun digambarkan sebagai lingkaran, bisa mengambil bentuk-bentuk alternatif. “Struktur yang sebenarnya mereka in vivo tidak dipahami dengan baik. Mereka mungkin molekul bercabang kompleks, “katanya.

Fungsi Mitokondria

Fungsi utama mitokondria adalah untuk memetabolisme atau memecah karbohidrat dan asam lemak untuk menghasilkan energi. Sel eukariotik menggunakan energi dalam bentuk molekul kimia yang disebut ATP (adenosin trifosfat).

Generasi ATP terjadi dalam matriks mitokondria, meskipun langkah-langkah awal dari metabolisme karbohidrat (glukosa) terjadi di luar organel. Menurut Geoffrey Cooper di “Sel: Sebuah Pendekatan Molekuler edisi ke 2″ (Sinauer Associates, 2000), glukosa pertama diubah menjadi piruvat dan kemudian diangkut ke dalam matriks.

ATP dihasilkan melalui program tiga langkah terkait. Pertama, menggunakan enzim yang terdapat di dalam matriks, piruvat dan asam lemak diubah menjadi molekul yang dikenal sebagai asetil-CoA. Hal ini kemudian menjadi bahan awal untuk reaksi kimia kedua dikenal sebagai siklus asam sitrat atau siklus Krebs. Langkah ini menghasilkan banyak karbon dioksida dan dua molekul tambahan, NADH dan FADH2, yang kaya elektron. Dua molekul bergerak ke membran mitokondria bagian dalam dan mulai langkah ketiga: fosforilasi oksidatif. Dalam reaksi kimia terakhir ini, NADH dan FADH2 menyumbangkan elektron mereka untuk oksigen, yang mengarah ke kondisi yang cocok untuk pembentukan ATP.

Sebuah fungsi sekunder mitokondria adalah untuk mensintesis protein untuk mereka gunakan sendiri. Mereka bekerja secara independen, dan melaksanakan transkripsi DNA ke RNA, dan translasi dari RNA menjadi asam amino (bahan penyusun protein), tanpa menggunakan komponen sel. Namun, di sini juga, ada perbedaan dalam eukariota. Urutan tiga nukleotida DNA UAG (urasil-adenin-guanin) adalah instruksi untuk translasi untuk berhenti di inti eukariotik.

Menurut penulis dari ” Biologi Sel Molekuler edisi ke 4″ (WH Freeman, 2000), sedangkan urutan ini juga menhentikan translasi dalam mitokondria tanaman, itu mengkodekan asam amino triptofan dalam mitokondria mamalia, lalat buah dan ragi. Selain itu, transkrip RNA yang muncul dari gen mitokondria diproses secara berbeda dalam tanaman dari pada hewan. “Banyak modifikasi harus terjadi pada mitokondria tanaman untuk gen-gen supaya menjadi fungsional,” kata Sloan. Misalnya, pada tanaman, nukleotida individu mentranskrip RNA yang diedit sebelum translasi atau sintesis protein berlangsung. Juga, intron, atau bagian dari RNA mitokondria yang tidak membawa instruksi untuk sintesis protein, yang disambung keluar.

Asal mula mitokondria: Teori endosimbion

Dalam makalahnya tahun 1967, ” On the Origins of Mitosing Cells” diterbitkan dalam Journal of Theoretical Biology, ilmuwan Lynn Margulis mengusulkan teori untuk menjelaskan bagaimana sel-sel eukariotik bersama dengan organel mereka terbentuk. Dia menyarankan bahwa mitokondria dan kloroplas tanaman dulunya sel prokariotik yang hidup bebas yang ditelan oleh sel inang eukariotik primitif.

“Teori endosimbion” hipotesis Margulis ‘sekarang dikenal sebagai Dennis Searcy, profesor emeritus di University of Massachusetts Amherst, menjelaskan sebagai berikut: “Dua sel mulai hidup bersama, bertukar semacam substrat atau metabolit [produk metabolisme, seperti ATP]. Asosiasi menjadi obligat, sehingga sekarang, sel inang tidak bisa hidup secara terpisah. ”

Bahkan pada waktu itu Margulis mengusulakan itu, versi teori endosimbion yang sudah ada, sekitar tahun 1910 dan 1915. “Meskipun ide-ide ini tidak baru, dalam makalah ini mereka telah disintesis sedemikian rupa untuk konsisten dengan data baru pada biokimia dan sitologi organel subselular, “tulisnya dalam makalahnya. Menurut sebuah artikel 2012 tentang evolusi mitokondria oleh Michael Gray dalam jurnal Cold Spring Harbor Perspektif Biologi, Margulis berdasarkan hipotesis nya pada dua bukti kunci. Pertama, mitokondria memiliki DNA sendiri. Kedua, organel mampu menerjemahkan pesan yang dikodekan dalam gen mereka menjadi protein, tanpa menggunakan sumber daya dari sel eukariotik.

Sekuensing genom dan analisis DNA mitokondria telah menetapkan bahwa Margulis benar tentang asal-usul mitokondria. Silsilah organel telah ditelusuri kembali ke nenek moyang bakteri primitif yang dikenal sebagai alphaproteobacteria (α-Proteobacteria).

Meskipun konfirmasi warisan bakteri mitokondria itu, teori endosimbion terus diteliti. “Salah satu pertanyaan terbesar sekarang adalah, ‘Siapakah sel inang?'”. Seperti Gray mencatat dalam artikelnya, pertanyaan-pertanyaan seperti, apakah mitokondria berasal setelah sel eukariotik muncul (seperti hipotesis dalam teori endosimbion) atau apakah mitokondria dan sel inang muncul bersama-sama, pada waktu yang sama.

Advertisement

Facebook Twitter

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *