Sel-sel eukariotik organisme hidup terus-menerus melakukan sejumlah besar reaksi kimia untuk hidup, tumbuh, berkembang biak dan melawan penyakit. Semua proses ini membutuhkan energi di tingkat sel. Setiap sel yang terlibat dalam aktivitas ini mendapatkan energinya dari mitokondria, organel kecil yang bertindak sebagai pembangkit tenaga sel. Singular mitokondria adalah mitokondria.
Pada manusia, sel-sel seperti sel darah merah tidak memiliki organel kecil ini, tetapi sebagian besar sel lain memiliki jumlah besar mitokondria. Sel otot, misalnya, mungkin memiliki ratusan atau bahkan ribuan untuk memenuhi kebutuhan energi mereka. Hampir setiap makhluk hidup yang bergerak, tumbuh atau berpikir memiliki mitokondria di latar belakang, menghasilkan energi kimia yang diperlukan.
Struktur Mitokondria
Mitokondria adalah organel yang terikat membran yang dikelilingi oleh membran ganda. Mereka memiliki membran luar yang halus yang menutupi organel dan membran dalam yang terlipat. Lipatan-lipatan membran dalam disebut krista, yang singular di antaranya adalah krista, dan lipatan-lipatannya adalah tempat terjadinya reaksi yang menciptakan energi mitokondria.
Membran bagian dalam berisi cairan yang disebut matriks sedangkan ruang antar-membran yang terletak di antara dua membran juga diisi dengan cairan. Karena struktur sel yang relatif sederhana ini, mitokondria hanya memiliki dua volume operasi yang terpisah: matriks di dalam membran dalam dan ruang antarmembran. Mereka mengandalkan transfer antara dua volume untuk pembangkit energi.
Untuk meningkatkan efisiensi dan memaksimalkan potensi penciptaan energi, lipatan membran bagian dalam menembus jauh ke dalam matriks. Akibatnya, membran bagian dalam memiliki area permukaan yang besar, dan tidak ada bagian dari matriks yang jauh dari lipatan membran bagian dalam. Lipatan dan area permukaan yang besar membantu fungsi mitokondria, meningkatkan laju transfer potensial antara matriks dan ruang antar membran melintasi membran bagian dalam.
Peranan Mitokondria
Sementara sel tunggal awalnya berevolusi tanpa mitokondria atau organel terikat membran lainnya, organisme multiseluler kompleks dan hewan berdarah panas seperti mamalia mendapatkan energi mereka dari respirasi seluler berdasarkan fungsi mitokondria.
Fungsi energi tinggi seperti otot-otot jantung atau sayap burung memiliki mitokondria konsentrasi tinggi yang memasok energi yang dibutuhkan.
Melalui fungsi sintesis ATP mereka, mitokondria pada otot dan sel-sel lain menghasilkan panas tubuh untuk menjaga hewan berdarah panas pada suhu yang stabil. Kemampuan produksi energi terkonsentrasi dari mitokondria inilah yang memungkinkan kegiatan berenergi tinggi dan menghasilkan panas pada hewan yang lebih tinggi.
Mitokondria, kondriosom (bahasa Inggris: chondriosome, mitochondrion, plural:mitochondria) yaitu organel tempat berlangsungnya fungsi respirasi sel makhluk hidup, selain fungsi seluler lain, seperti metabolisme asam lemak, biosintesis pirimidina, homeostasis kalsium, transduksi sinyal seluler dan penghasil energi berupa adenosina trifosfat pada lintasan katabolisme.
Mitokondria mempunyai dua lapisan membran, yaitu lapisan membran luar dan lapisan membran dalam. Lapisan membran dalam ada dalam bentuk lipatan-lipatan yang sering disebut dengan cristae. Di dalam mitokondria terdapat ‘ruangan’ yang disebut matriks, di mana beberapa mineral dapat ditemukan. Sel yang mempunyai banyak mitokondria dapat dijumpai di jantung, hati, dan otot.
Fungsi Mitokondria
Siklus produksi energi di mitokondria bergantung pada rantai transpor elektron bersama dengan siklus asam sitrat atau Krebs. Proses memecah karbohidrat seperti glukosa untuk membuat ATP disebut katabolisme. Elektron dari oksidasi glukosa diteruskan melalui rantai reaksi kimia yang mencakup siklus asam sitrat.
Energi dari reaksi reduksi-oksidasi, atau redoks, digunakan untuk mentransfer proton keluar dari matriks tempat reaksi berlangsung. Reaksi terakhir dalam rantai fungsi mitokondria adalah reaksi di mana oksigen dari respirasi seluler mengalami reduksi membentuk air. Produk akhir dari reaksi adalah air dan ATP.
Enzim kunci yang bertanggung jawab untuk produksi energi mitokondria adalah nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP), nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), adenosin difosfat (ADP) dan flavin adenine dinucleotide (FAD).
Mereka bekerja bersama untuk membantu mentransfer proton dari molekul hidrogen dalam matriks melintasi membran mitokondria bagian dalam. Ini menciptakan potensi kimia dan listrik melintasi membran dengan proton kembali ke matriks melalui enzim ATP synthase, menghasilkan fosforilasi dan produksi adenosin trifosfat (ATP).
Sintesis ATP dan molekul ATP adalah pembawa utama energi dalam sel dan dapat digunakan oleh sel untuk produksi bahan kimia yang diperlukan untuk organisme hidup.
Selain sebagai produsen energi, mitokondria dapat membantu pensinyalan sel-ke-sel melalui pelepasan kalsium.
Mitokondria memiliki kemampuan untuk menyimpan kalsium dalam matriks dan dapat melepaskannya ketika enzim atau hormon tertentu ada. Akibatnya, sel-sel yang memproduksi bahan kimia pemicu tersebut dapat melihat sinyal peningkatan kalsium dari pelepasan oleh mitokondria.
Secara keseluruhan, mitokondria adalah komponen vital sel hidup, membantu interaksi sel, mendistribusikan bahan kimia kompleks dan memproduksi ATP yang membentuk basis energi untuk semua kehidupan.
- Mitokondria memiliki fungsi yang sangat penting yaitu untuk menghasilkan energi. Makanan yang kita konsumsi akan dipecah dalam bentuk molekul yang sederhana seperti karbohidrat, lemak, dan sebagainya. Hal tersebut akan dikirim ke mitokondria di mana mereka akan memproses menjadi lebih lanjut untuk dapat menghasilkan molekul bermuatan yang akan bergabung dengan oksigen serta akan menghasilkan molekul ATP. Seluruh proses tersebut dikenal dengan fosforilasi oksidatif.
- Mitokondria memiliki peran yang sangat penting dalam menjaga konsentrasi ion kalsium yang tepat dan cukup dalam berbagai kompartemen sel. Mitokondria dapat membantu sel-sel untuk mencapai tujuan tersebut dengan melayani sebagai sebuah tangki penyimpanan yang dapat menyimpan ion kalsium.
- Mitokondria juga berperan dalam membangun bagian-bagian tertentu dari darah serta hormon seperti testosteron dan estrogen.
- Mitokondria yang terdapat dalam sel-sel hati mempunyai enzim yang dapat mendetoksifikasi amonia.
- Mitokondria berperan dalam proses kematian sel terprogram, yaitu sel yang tidak diinginkan serta jumlah yang terlalu banyak sehingga akan dipangkas selama perkembangan organisme. Proses tersebut disebut apoptosis. Kematian sel yang abnormal dikarenakan disfungsi mitokondria akan berdampak dalam mempengaruhi fungsi organ.
Siklus Hidup 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
Membran Mitokondria Dalam dan Luar
Membran ganda mitokondria memiliki fungsi berbeda untuk membran dalam dan luar dan dua membran dan terdiri dari zat yang berbeda.
Membran luar mitokondria membungkus cairan ruang antarmembran, tetapi harus memungkinkan bahan kimia yang diperlukan mitokondria untuk melewatinya. Molekul penyimpan energi yang diproduksi oleh mitokondria harus dapat meninggalkan organel dan mengirimkan energi ke seluruh sel.
Untuk memungkinkan transfer semacam itu, membran luar terdiri dari fosfolipid dan struktur protein yang disebut porins yang meninggalkan lubang kecil atau pori-pori di permukaan membran.
Ruang intermembran mengandung cairan yang memiliki komposisi mirip dengan sitosol yang membentuk cairan sel di sekitarnya.
Molekul kecil, ion, nutrisi dan molekul ATP pembawa energi yang dihasilkan oleh sintesis ATP dapat menembus membran luar dan transisi antara cairan ruang intermembran dan sitosol.
Membran bagian dalam memiliki struktur kompleks dengan enzim, protein, dan lemak yang hanya memungkinkan air, karbon dioksida, dan oksigen melewati membran dengan bebas.
Molekul lain, termasuk protein besar, dapat menembus membran tetapi hanya melalui protein transpor khusus yang membatasi bagiannya. Area permukaan besar dari membran bagian dalam, yang dihasilkan dari lipatan krista, memberikan ruang bagi semua protein kompleks dan struktur kimia ini.
Jumlah mereka yang besar memungkinkan aktivitas kimia tingkat tinggi dan produksi energi yang efisien.
Proses dimana energi dihasilkan melalui transfer kimia melintasi membran bagian dalam disebut fosforilasi oksidatif.
Selama proses ini, oksidasi karbohidrat dalam mitokondria memompa proton melintasi membran bagian dalam dari matriks ke ruang antarmembran. Ketidakseimbangan proton menyebabkan proton berdifusi kembali melintasi membran bagian dalam ke dalam matriks melalui kompleks enzim yang merupakan bentuk prekursor ATP dan disebut ATP sintase.
Aliran proton melalui ATP synthase pada gilirannya adalah dasar untuk sintesis ATP dan menghasilkan molekul ATP, mekanisme penyimpanan energi utama dalam sel.