Sunday, May 25, 2014

MITOKONDRIA Tujuan Intruksional 1. Umum Setelah menyelesaikan kuliah ini mahasiswa dapat menjelaskan tentang struktur dan fungsi mitokondria. 2. Khusus Setelah mengikuti materi kuliah ini, mahasiswa mampu : 2.1. Menjelaskan struktur mitokondria. 2.2. Menjelaskan fungsi mitokondria. 2.3. Menjelaskan mitokondria sebagai organel semiautonom. Mito artinya thread atau benang, chodrion artinya granular. Mitokondria merupakan organel sitoplasma yang berbentuk granular atau filamen. Berada dalam sitoplasma pada kebanyakan sel dengan ukuran cukup besar, strukturnya berbentuk bulat atau seperti batang.(rod–like).

 Ditemukan secara tunggal atau dalam bentuk kelompok dan ukurannya bervariasi pada setiap sel. Mitokondria diselaputi oleh membran yang terdiri dari lipo protein, struktur atau frame work dari mitokondria menunjukkan bahwa membrannya terdiri dari lipoprotein dan mengandung banyak enzim dan coenzim untuk metabolisme yang menghasilkan energi. Membran luar atau outer membran berbentuk kantong (sac) dan membran dalam atau inner membran berbentuk lipatan yang membentuk rongga dari mitokondria, lipatan tersebut disebut sebagai krista. Fungsi dari krista adalah memperluas permukaan dalam dari mitokondria. Rongga antara membran luar dan dalam dari mitokondria diisi oleh maktrik mitokondria. Maktrik, outer dan inner membran mengandung enzim oksidasi dan coenzim. Fungsi dari mitokondria adalah dalam respirasi, oksidasi dan metabolisme energi yaitu produksi ATP. Mitokondria ternyata juga mengandung molekul DNA khusus yang sirkular dan sejumlah ribosom yang mampu melakukan sintesis protein. Mitokondria dapat ditemukan pada sel yang aerob baik pada hewan ataupun pada tanaman tingkat tinggi dan juga pada beberapa organisme termasuk jamur, algae dan protozoa. Mitokondria tidak ditemukan pada sel bakteri. Gambar 27. Gambaran umum sebuah mitokondria dalam sel eukariotik Pada sitoplasma penyebaran dan posisi dari mitokondria dalam sitoplasma bebas dan dapat bergerak secara autonom, tetapi terkadang tampak nyata berada pada suatu tempat. Pada beberapa sel mitokondria terkonsentrasi pada pinggir sitoplasmanya dan pada sel lain mungkin berada disekeliling sitoplasma. Jumlah mitokondria pada tiap sel bervariasi tergantung fungsi dan tipe sel dan juga spesies. Jumlah mitokondria pada amuba adalah 50.00, pada oocyte dari amfibia 300.000 dan pada sel hati tikus adalah 500- 1600. Ukuran mitokondria bervariasi pada setiap sel dan ternyata ukuran mitokondria sel tanaman lebih kecil dari mitokondria sel hewan. Pada tanaman sebagian fungsi dari mitokondria diganti oleh kloroplas. Khusus pada algae ditemukan hanya satu mitokondria. Kajian lanjutan tentang membran dari mitokondria menunjukkan bahwa membran dari mitokondria adalah double membran dan trilaminar dan membran ini berfungsi sebagai penyokong / penguat, menstabilkan, dan bersifat elastis. Membran mitokondria terdiri dari membran luar atau outer membran yang disebut sebagai C- face (menghadap kearah sitoplasma) dan membran dalam (inner membran ) yang disebut sebagai M-face (menghadap maktrik mitokondria ). Rongga antara outer dan inner membran disebut sebagai outer compartmentdan memiliki sejumlah pit (pori). Bagian inner membran diisi oleh maktrik yang terdiri dari lipid, protein, molekul dna yang sikular, ribosom 70 S, dan sejumlah granul yang berperan dalam akumulasi ion. Inner membran mitokondria memiliki krista (crest) yang berfungsi memperluas permukaan dalam mitokondria dan disebut sebagai mitochondrial crest. Inner membran juga memiliki partikel yang cukup banyak yang disebut sebagai elementary partike (F1 partikel) yang mengandung enzim ATP ase . Fungsi dari partikel ini adalah dalam proses oksidasi dan phosforilasi. Gambar 28. Potongan mitokondria dan ultrastruktur krista (http://fig.cox.miami.edu/Faculty/Dana/mitochondrion.jpg) (http://sps.k12.ar.us/massengale/images/mitochondria5.gif) Adanya variasi struktur mitokondria yang ditemukan pada protozoa, mamalia, alga dan angiospermae adalah tergantung pada jumlah , bentuk, ukuran dan susunan dari krista, karena itu ada pengelompokan mitokondria yaitu : a. Variasi disebabkan karena jumlah krista. b. Variasi karena struktur dan susunan dari krista. (bentuk mitokondria yang normal adalah perpendicular yaitu krista yang ada berada dalam posisi selang seling). Contohnya dinyatakan sebagai berikut : 1. Mitokondria dengan Krista yang panjang dan paralel ditemukan pada neuron 2. Mitokondria dengan krista konsentris ditemukan pada spermatogonia dari opossum 3. Mitokondria dengan krista yang kecil, bercabang ditemukan pada leucosit manusia dan sel kelenjar paratiroid 4. Mitokondria dengan krista yang tak beraturan ditemukan pada amuba yang multinukleus 5. Mitokondria dengan krista yang teratur ditemukan pada protozoa sel adrenal 6. Mitokondria dengan krista yang spherical ditemukan pada spermatocyt. 7. Mitokondria dengan krista yang tereduksi dengan bentuk irregular ditemukan pada sel intertinal dari testis opossum 8. Mitokondria dengan krista yang bervariasi karena fusi ditemukan pada spermatid dari serangga tertentu. Berdasarkan komposisi kimia yang menyusun mitokondria ternyata ada perbedaan mitokondria yang ditemukan pada sel hewan dan tumbuhan. Tetapi secara umum mitokondria sel tanaman dan hewan mengandung 65-70% protein , 25–30% phospolipid, 0.5 % RNA dan sedikit DNA. Sistem enzim pada mitokondria menunjukkan bahwa ada lebih kurang 70 macam enzim dan coenzim yang ditemukan. Enzim terdistribusi pada matrik, outer dan inner membrane. Pada outer membrane antara lain ditemukan monoamin oksidase, Co- A ligase, sitokrom C- reduktase dan lain-lain. Pada chamber mitokondria ditemukan antara lain adenilat kinase, nucleosida diphospokinase. Pada inner membrane ditemukan antara lain: NAD, FAD, DPN, empat macam sitokrom, ATP sintetase. Pada matrik enzim-enzim yang dapat ditemukan antara lain adalah malat dehidrogenase, Isositrat dehidrogenase, fumarase dan lain-lain. Fungsi Mitokondria Adapun fungsi dari mitokondria adalah dalam proses oksidasi, dehidrogenasi, oksidasi phosphorilasi dan rantai respirasi pada sel. Berdasarkan aktivitas Mitokondria dalam menghasilkan energi maka dapat dikatakan bahwa mitokondria adalah power house karena dari proses tersebut di hasilkan sejumlah besar energi dalam bentuk ATP. Ada beberapa oksidasi senyawa penghasil energi yang melibatkan mitokondria diantaranya adalah : A. Oksidasi Karbohidrat Karbohidrat dalam bentuk monosacharida yaitu glukosa oleh sejumlah enzim dalam daur glikolisis akan diubah menjadi dua senyawa dengan tiga atom C yang dikenal sebagai asam piruvat. Selanjutnya asam piruvat masuk mitokondria dan diuraikan secara komplek dengan bantuan enzim dan menghasilkan CO2 dan H2O Metabolisme glukosa menjadi CO2 dan H2O dilakukan secara berurutan adalah sebagai berikut : 1.Glikolisis, glico berarti gula, lisis berarti urai, dalam proses ini glukosa dirubah menjadi asam. piruvat. 2.Oksidasi dekarbosilasi, pada saat ini ada perubahan dari asam piruvat menjadi asetil Co-A. Tahap ketiga adalah siklus Kreb yang terjadi pada maktrik mitokondria yang melibatkan partikel- partikel F1 pada inner membran yang mengandung enzyme ATP ase dan coupling faktor dalam sintesis ATP. Siklus ini dikenal juga sebagai siklus asam sitrat atau juga siklus trikarboksilat. 3.Oksidasi karbohidrat adalah rantai respirasi yang melibatkan beberapa ko-enzim seperti NAD,FAD, protein Fe non haeme,beberapa sitokrom dan ubiquinon atau Co enzim Q10 dan dalam phosporilasi oksidasi ini di hasilkan sejumlah ATP. Gambar 29. Proses respirasi dalam mitokondria (http://library.thinkquest.org/C004535/media/catabolism.gif) Gambar 30. Glikolisis (http://www.impactmalaria.com/FR/EPS/Formations_et_cours_internationaux/Formation_de_la_Liverpool_School_LSTMH/cours_liverpool/Unit_6/images/glycolysis.gif) Gambar 31. Asam piruvat menjadi asetil co-A (http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%205/acetyl-CoA.jpg) Gambar 32. Siklus Krebs (http://www.techedlab.com/temp/krebs.jpg) Gambar 33. Aliran electron pada rantai respirasi (http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%205/Electron%20Flow.html) (http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%205/electron%20trans%20detail.gif) B. Oksidasi lemak Mitokondria juga terlibat dalam dalam oksidasi lemak atau lipid dalam upaya mendapatkan energi dalam bentuk ATP. Dengan bantuan enzim lipase lemak yang ada akan diubah menjadi asam asam lemak dan glycerol. Oksidasi lemak berhubungan dengan asetil Co-A yang kemudian masuk mitokondria (siklus Krebs) dan akhirnya akan dioksidasi dan menghasilkan sejumlah energi. Gambar 34. Oksidasi lemak (http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%205/beta%20oxidation.html) C. Oksidasi protein Seperti juga lemak protein juga harus di sederhanakan menjadi asam amino terlebih dahulu oleh enzim protease. Pada hewan atau manusia kemudian asam amino ditransfer ke sel oleh darah dan selanjutnya dioksidasi untuk menghasilkan molekul ATP. Asam amino tersebut awalnya akan diubah menjadi asam-asam keto seperti asam oksalo asetik (OAA) dan asam ini dapat diubah menjadi asam alpa - keto glutarat, dan kedua asam keto ini selanjutnya akan masuk kedalam daur Kreb. Gambar 35. Oksidasi protein (http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%205/proteolysis.jpg) Material Genetik pada Mitokondria Mitokondria merupakan organel yang memiliki DNA seperti inti atau kloroplas dan ditemukan 1-2 DNA dan hal ini tergantung ukuran pada ukuran mitokondrianya. DNA yang ada melingkar (sirkular), double strand, lebih pendek dari DNA inti dan membawa sedikit kode informasi. DNA mitokondria dapat melakukan duplikasi, mempunyai enzyme DNA polymerase yang membantu dalam duplikasi. Salah satu tujuan duplikasi adalah untuk self reproduction dan mampu membawa informasi genetik. Sebagai organel yang mampu melakukan self reproduksi, mitokondria juga memiliki ribosom yaitu mikro organel yang berperan pentinG dalam sintesa protein. Ribosom mitokondria memiliki ukuran 55 S dan terdapat pada matriknya. Berperan dalam sintesis protein seperti sitochrome C, malat dehodrogenase dan ATP ase. Gambar 36. DNA mitokondria (http://www.ggause.com/images/mtdna04.jpg) Biogenesis Mitokondria Ada beberapa pendapat tentang asal usul dari mitokondria diantaranya adalah : 1. De-novo yaitu terbentuk secara sederhana dari “ building block” asam amino dan lipid. 2. Mitokondria berasal dari endoplasmic retikulum yang berkaitan dengan sistem membran. 3. Mitokondria terbentuk sebagai hasil pembelahan dari mitokondria sendiri yaitu membentuk dua sel anak setelah mengalami perpanjangan. 4. mitokondria adalah prokariat lain sama seperti dugaan terhadap kloroplast yang juga dianggap suatu prokariot lainnya dan disebutkan bahwa kedua organel ini melakukan simbiosis dengan sel. Gambar 37. Pembelahan mitokondria (http://commonweb.unifr.ch/biol/pub/zoology/Homepage/Trypanos/projects/mitodiv.jpg) Gambar 38. Asal gen yang dilokalisasi pada mitokondria (http://commonweb.unifr.ch/biol/pub/zoology/Homepage/Trypanos/projects/mitodiv.jpg) Gambar 39. Biogenesis mitokondria (http://www.csu.edu.au/faculty/health/biomed/subjects/molbol/images/1_12.jpg) Beberapa bukti bahwa mitokondria itu dianggap sebagai prokariot yaitu : a. Dinding atau membrane dalam mitokondria memiliki enzim respirasi sama dengan membrane bakteri. b. Membrane bakteri memiliki mesosom yang berperan dalam respirasi, membran dalam mitokondria mempunyai crest yang fungsinya juga sama untuk respirasi. Membrane outer mitokondria sama dengan membrane plasma. c. Memiliki molekul DNA yang sama-sama pendek dan sirkular. d. Keduanya memiliki molekul ribosom dengan ukuran yang sama. e. Sintesis protein sama–sama dapat dihambat oleh inhibitor seperti chlorampenicol. Evaluasi 1. Terangkan struktur, fungsi dari mitokondria? 2. Mengapa mitokondria disebut sebagai power house of cell? 3. Jelaskan tentang bentuk-bentuk mitokondria berdasarkan aktivitas dan jumlah kristaenya? 4. Terangkan mengapa ada pernyataan bahwa mitokondria adalah suatu prokariot?