Mitokondria


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 :



Cari

Copyright Text