Struktur dan Fungsi Organel Mitokondria ( Artikel Lengkap )
Wednesday, 22 August 2018
Add Comment
A. 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.
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.
![]() |
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 |
.
B. 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.
C. 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.
D. Kompartementasi Enzim
Berbagai macam enzim terdapat di dalam mitokondria dengan lokasi tertentu. Antara lain
- Selaput luar. Terdapat enzim monoamin oksidase, tiokinese asam lemak, kinurenin hidroksilase, sitokrom c reduktase yang rotenon-insensitif.
- Ruang antar membran. Terdapat enzim adenilat kinase, nukleosida difosfokinase.
- 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.
- 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.
E. 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.
F. 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 |
G. 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:
Referensi:
- Alberts, B., et al. 2007. Molecular Biology of The Cell.
- Budiono, Joko. 2007. Mitokondria dan Kloroplas.
- Juwono dan Achmad Zulfa Juniarto. 2000. Biologi Sel.
- Page, R.D.M. dan E.C.Holmes 1998. Molecular Evolution. A Phylogenetic Approach.
- S. M Issoegianti. 2007. Biologi Sel.
- http://www.generasibiologi.com/2016/10/struktur-dan-fungsi-organel-mitokondria.html
0 Response to "Struktur dan Fungsi Organel Mitokondria ( Artikel Lengkap )"
Post a Comment