Mitokondria adalah
salah satu dari beberapa bagian yang terdapat di dalam sel atau yang biasa
disebut sebagai organel sel. Mitokondria dalam sebuah sel memiliki jumlah yang
bervariasi tergantung pada kebutuhan energi pada sel tersebut. Pada beberapa
jenis sel, mitokondria memiliki susunan yang kompak yaitu pada bagian yang
paling banyak membutuhkan energi. Sebagai salah satu contoh, mitokondria ada
pada tubuh manusia yang terletak diantara unit-unit kontraktil pada sel otot
jantung. Mitokondria berbentuk seperti batang atau cenderung oval, memiliki
ukuran yang besar seperti bakteri. Mitokondria memiliki dua lapisan, yaitu
lapisan luar dan lapisan dalam. Lapisan luar bersifat halus dan mengelilingi
mitokondria. Sedangkan lapisan dalamnya berbentuk lipatan-lipatan yang disebut
krista. Ada bukti yang menyebutkan bahwa mitokondria merupakan turunan dari
bakteri yang menginvansi dan kemudian ditelan oleh sel primitif. Hal itu
terjadi akibat adanya hubungan simbiotik antara mitokondria dan bakteri,
sehingga menyebabkan mitokondria berkembang dan menjadi organel permanen.
Fungsi mitokondria
mengambil energi dari zat-zat gizi dalam makanan dan mengubahnya menjadi suatu
bentuk yang dapat digunakan untuk menjalankan aktivitas sel. Sehingga
mitokondria disebut juga dengan “organel energi”. Pada mitokondria terdapat
lipatan-lipatan yang mengarah ke dalam
dan menonjol ke rongga dalam yang disebut krista. Krista diisi oleh cairan yang berbentuk gel
yang dinamakan matriks. Selain itu krista juga ditempeli oleh protein-protein
transportasi elektron yang bertanggung jawab untuk mengubah sebagian besar
energi yang terkandung dalam makanan menjadi bentuk yang dapat digunakan.
Sedangkan cairan gel di dalam krista atau yang disebut matriks. Matriks
merupakan cairan yang mengandung campuran pekat ratusan enzim berbeda yang
memiliki fungsi untuk mempersiapkan molekul-molekul nutrien untuk pengambilan
akhir energi yang dapat digunakan oleh protein-protein yang terdapat di krista.
Struktur
Mitokondria banyak
terdapat pada sel yang memilki aktivitas metabolisme tinggi dan memerlukan
banyak ATP dalam jumlah banyak, misalnya sel otot jantung. Jumlah dan bentuk
mitokondria bisa berbeda-beda untuk setiap sel. Mitokondria berbentuk elips
dengan diameter 0,5 µm dan panjang 0,5 – 1,0 µm. Struktur mitokondria terdiri
dari empat bagian utama, yaitu membran luar, membran dalam, ruang antar
membran, dan matriks yang terletak di bagian dalam membran.
Membran luar terdiri
dari protein dan lipid dengan perbandingan yang sama serta mengandung protein
porin yang menyebabkan membran ini bersifat permeabel terhadap molekul-molekul
kecil yang berukuran 6000 Dalton. Dalam hal ini, membran luar mitokondria
menyerupai membran luar bakteri gram-negatif. Selain itu, membran luar juga
mengandung enzim yang terlibat dalam biosintesis lipid dan enzim yang berperan
dalam proses transpor lipid ke matriks untuk menjalani β-oksidasi menghasilkan
asetil-KoA.
Membran dalam yang
kurang permeabel dibandingkan membran luar terdiri dari 20% lipid dan 80%
protein. Membran ini merupakan tempat utama pembentukan ATP. Luas permukaan ini
meningkat sangat tinggi diakibatkan banyaknya lipatan yang menonjol ke dalam
matriks, disebut krista. Stuktur krista ini meningkatkan luas permukaan membran
dalam sehingga meningkatkan kemampuannya dalam memproduksi ATP. Membran dalam
mengandung protein yang terlibat dalam reaksi fosforilasi oksidatif, ATP
sintase yang berfungsi membentuk ATP pada matriks mitokondria, serta protein
transpor yang mengatur keluar masuknya metabolit dari matriks melewati membran
dalam.
Ruang antar membran
yang terletak di antara membran luar dan membran dalam merupakan tempat
berlangsungnya reaksi-reaksi yang penting bagi sel, seperti siklus Krebs, reaksi
oksidasi asam amino, dan reaksi β-oksidasi asam lemak. Di dalam matriks
mitokondria juga terdapat materi genetik, yang dikenal dengan DNA mitkondria
(mtDNA), ribosom, ATP, ADP, fosfat inorganik serta ion-ion seperti magnesium,
kalsium dan kalium.
Siklus
Mitokondria
Mitokondria dapat
melakukan replikasi secara mandiri (self replicating) seperti sel bakteri.
Replikasi terjadi apabila mitokondria ini menjadi terlalu besar sehingga
melakukan pemecahan (fission). Pada awalnya sebelum mitokondria bereplikasi,
terlebih dahulu dilakukan replikasi DNA mitokondria. Proses ini dimulai dari
pembelahan pada bagian dalam yang kemudian diikuti pembelahan pada bagian luar.
Proses ini melibatkan pengkerutan bagian dalam dan kemudian bagian luar membran
seperti ada yang menjepit mitokondria. Kemudian akan terjadi pemisahan dua
bagian mitokondria.
DNA
Mitokondria
Mitokondria diduga
berasal dari bakteri serupa Rickettsia yang hidup bebas, kemudian ditelan
nenek-moyang sel eukariot dan membentuk endosimbiosis satu setengah miliar
tahun lalu.
Sel inang menyediakan
nutrien kaya energi bagi mitokondria sedangkan mitokondria mengubah nutrien
menjadi energi menggunakan oksigen. Ketika komposisi atmosfer purba bergeser
dari kaya hidrogen menjadi kaya oksigen lewat fotosintesis, sistem simbiosis
ini menjadi paling efektif.
Mitokondria memiliki
perangkat genetik sendiri yang disebut DNA mitokondria (mtDNA), terletak pada
matriks semi cair di bagian paling dalam mitokondria. Satu mitokondria dapat
mengandung puluhan mtDNA. Sistem genetik mitokondria mirip dengan bakteri,
berupa molekul sirkuler yang tahan eksonuklease.
Berbeda dengan DNA inti
yang diturunkan dari kedua orang tua, mtDNA hanya diwariskan secara maternal
atau dari ibu. Keseluruhan mitokondria anak diturunkan dari ibu karena hanya
sel telur yang membawa mitokondria saat melebur dengan sperma. Sel telur
memiliki 100.000 mitokondria, sedangkan sperma hanya 50-100 di ekor sperma.
Ekor sperma merupakan
alat gerak yang membutuhkan energi tinggi dari mitokondria. Pada proses
masuknya sel sperma ke sel telur, ekor sperma akan terlepas sehingga
mitokondria tidak ikut masuk. Beberapa mitokondria ayah yang mungkin masuk
dalam sel telur akan diencerkan selama proses mitosis sehingga sangat tidak
berarti jumlahnya atau dianggap sebagai benda asing sehingga dihancurkan sistem
sel.
Keunggulan
mtDNA
Selain DNA inti, DNA
mitokondria (mtDNA) telah digunakan dalam bidang forensik dan menjadi barang
bukti di pengadilan Amerika dan Eropa. Kelebihan utama penggunaan mtDNA adalah
jumlah molekulnya yang mencapai ribuan dalam satu sel sehingga memungkinkan
dilakukan analisis dari sampel yang sangat sedikit, misalnya cairan tubuh, akar
atau batang rambut bahkan tulang dan fosil tulang.
Kelemahan penggunaan
mtDNA adalah kemungkinan menemukan kesamaan antar individu yang relatif tinggi,
terutama individu yang terkait hubungan keluarga segaris ibu. Kelemahan ini
jadi menguntungkan bila yang dilakukan adalah perunutan hubungan keluarga.
Perunutan hubungan
keluarga dengan mtDNA didasarkan pada pola pewarisan maternal yang haploid dan hipervariabilitas
daerah D-loop. Secara teknis D-loop dibagi dalam dua daerah hipervariabel yaitu
HV1 (15.971 - 16.414) dan HV2 (15 - 389). Individu yang terkait hubungan
maternal akan memiliki urutan sekuen yang sama dan yang tidak terkait hubungan
maternal ini akan berbeda.
Terdapat kemungkinan
dua individu yang tidak memiliki catatan hubungan maternal akan memiliki sekuen
dengan urutan basa yang sama. Bila silsilah keluarga hanya diketahui beberapa
generasi keatas, sementara kecepatan mutasi adalah satu titik dalam 33 generasi
maka kemungkinan terjadinya kasus homologi dua individu yang merasa tidak
memiliki hubungan maternal relatif tinggi.
Sumber :
