Mitokondria adalah organel kecil yang ditemukan di sel kita dan di hampir semua organisme eukariotik.
Fungsinya sangat penting bagi kehidupan organisme, karena merupakan penghasil sejenis bahan bakar sehingga proses metabolisme dapat dilakukan di dalam sel.
Selanjutnya kita akan melihat secara lebih mendalam apa itu organel, apa saja bagian-bagiannya, fungsinya dan hipotesis apa yang diajukan untuk menjelaskan bagaimana asal mulanya.
- Artikel terkait: ” Bagian terpenting dari sel dan organel: ringkasan “
Apa itu Mitokondria?
Mitokondria adalah organel yang ada di bagian dalam sel eukariotik yang memiliki fungsi yang sangat penting bagi kehidupan , karena mereka bertanggung jawab untuk menyediakan energi ke sel, memungkinkan untuk melakukan berbagai proses metabolisme. Bentuknya melingkar dan membentang, memiliki beberapa lapisan dan tonjolan di dalamnya, di mana protein digabungkan yang memungkinkan berbagai proses dilakukan untuk memberikan energi ini, dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat).
Organel-organel ini dapat muncul dalam jumlah yang bervariasi di lingkungan seluler, dan jumlahnya berhubungan langsung dengan kebutuhan energi sel. Itulah sebabnya tergantung pada jaringan yang membentuk sel, lebih atau kurang mitokondria dapat diharapkan. Misalnya, di hati, di mana terdapat aktivitas enzim yang tinggi, sel-sel hati sering memiliki beberapa organel ini.
Morfologi
Mitokondria, seperti yang Anda duga, adalah struktur yang sangat kecil, dengan ukuran mulai dari diameter 0,5 hingga 1 m (mikron) dan panjang hingga 8 m, memiliki bentuk hemisferis yang diregangkan, seperti sosis gemuk.
Jumlah mitokondria di dalam sel berhubungan langsung dengan kebutuhan energinya . Semakin banyak energi yang dibutuhkan, semakin banyak mitokondria yang dibutuhkan sel. Himpunan mitokondria disebut chondriome seluler.
Mitokondria dikelilingi oleh dua membran dengan fungsi yang berbeda dalam hal aktivitas enzimatik, dipisahkan menjadi tiga ruang: sitosol (atau matriks sitoplasma), ruang antarmembran, dan matriks mitokondria .
1. Membran luar
Ini adalah lapisan ganda lipid luar, permeabel terhadap ion, metabolit, dan banyak polipeptida. Ini mengandung protein pembentuk pori, yang disebut porins, yang membentuk saluran anion berpintu tegangan . Saluran ini memungkinkan lewatnya molekul besar hingga 5.000 dalton dan diameter perkiraan 20 (ångström)
Sebaliknya, membran luar melakukan beberapa fungsi enzimatik atau transportasi. Mengandung antara 60% dan 70% protein.
2. Membran dalam
Membran bagian dalam terdiri dari sekitar 80% protein, dan tidak seperti bagian luarnya, membran ini tidak memiliki pori-pori dan sangat selektif. Ini mengandung banyak kompleks enzim dan sistem transpor transmembran , yang terlibat dalam translokasi molekul, yaitu memindahkannya dari satu tempat ke tempat lain.
3. Punggungan mitokondria
Pada sebagian besar organisme eukariotik, tonjolan mitokondria muncul sebagai septa tegak lurus yang rata. Jumlah tonjolan di mitokondria diyakini sebagai cerminan aktivitas selulernya. Punggungan mewakili peningkatan yang signifikan dalam luas permukaan sehingga protein yang berguna dapat digabungkan untuk berbagai proses yang terjadi di dalam mitokondria.
Mereka terhubung ke membran dalam pada titik-titik tertentu, di mana pengangkutan metabolit antara kompartemen mitokondria yang berbeda akan difasilitasi. Di bagian mitokondria ini, fungsi yang terkait dengan metabolisme oksidatif dilakukan, seperti rantai pernapasan atau fosforilasi oksidatif. Di sini kita dapat menyoroti senyawa biokimia berikut :
- Rantai transpor elektron, terdiri dari empat kompleks enzim tetap dan dua pengangkut elektron bergerak.
- Kompleks enzim, saluran ion hidrogen dan ATP sintase, yang mengkatalisis sintesis ATP (fosforilasi oksidatif).
- Protein pengangkut, yang memungkinkan lewatnya ion dan molekul melaluinya, di antara yang paling menonjol adalah asam lemak, asam piruvat, ADP, ATP, O2, dan air; dapat disorot:
4. Ruang antar membran
Di antara kedua membran, ada ruang yang berisi cairan yang mirip dengan sitoplasma, dengan konsentrasi proton yang tinggi, karena pemompaan partikel subatomik ini oleh kompleks enzim dari rantai pernapasan.
Dalam media intramembran ini, beberapa enzim berada , yang terlibat dalam transfer ikatan energi tinggi ATP , seperti adenilat kinase atau kreatin kinase. Selain itu, karnitin dapat ditemukan, zat yang terlibat dalam pengangkutan asam lemak dari sitoplasma ke interior mitokondria, di mana mereka akan dioksidasi.
5. Matriks mitokondria
Matriks mitokondria, juga disebut mitosol, mengandung lebih sedikit molekul daripada sitosol , meskipun juga dapat mengandung ion, metabolit yang akan dioksidasi, DNA sirkular yang mirip dengan bakteri dan beberapa ribosom (mitribosom), yang mensintesis beberapa protein mitokondria dan mereka melakukannya, sebenarnya, mengandung RNA mitokondria.
Ia memiliki organel yang sama dengan organisme prokariotik yang hidup bebas, yang berbeda dari sel kita karena tidak memiliki nukleus.
Dalam matriks ini terdapat beberapa jalur metabolisme mendasar untuk kehidupan, seperti siklus Krebs dan beta-oksidasi asam lemak.
Fusi dan fisi
Mitokondria memiliki kemampuan untuk membelah dan melebur dengan relatif mudah, dan ini adalah dua tindakan yang terus-menerus terjadi di dalam sel. Ini melibatkan pencampuran dan pembagian DNA mitokondria dari masing-masing unit organel ini .
Dalam sel eukariotik tidak ada mitokondria individu, melainkan jaringan yang terhubung ke sejumlah variabel DNA mitokondria. Salah satu fungsi yang mungkin untuk fenomena ini adalah untuk berbagi produk yang disintesis oleh berbagai bagian jaringan, memperbaiki cacat lokal atau hanya berbagi DNA mereka.
Jika dua sel yang memiliki mitokondria berbeda melebur, jaringan mitokondria yang akan muncul dari penyatuan akan menjadi homogen hanya dalam waktu 8 jam. Karena mitokondria terus-menerus bergabung dan membelah, sulit untuk menentukan jumlah total organel ini dalam sel jaringan tertentu, meskipun dapat diasumsikan bahwa jaringan yang paling banyak bekerja atau membutuhkan energi paling banyak akan memiliki banyak mitokondria sebagai hasil pembelahan.
Pembelahan mitokondria dimediasi oleh protein, sangat mirip dengan dinamin , yang terlibat dalam pembentukan vesikel. Titik di mana organel-organel ini mulai membelah sangat bergantung pada interaksinya dengan retikulum endoplasma. Membran retikulum mengelilingi mitokondria, menyempitkannya dan akhirnya membelahnya menjadi dua.
- Anda mungkin tertarik: ” Jenis sel utama tubuh manusia “
Fitur
Fungsi utama mitokondria adalah produksi ATP, yang dikenal sebagai bahan bakar untuk proses seluler. Namun, mereka juga melakukan bagian dari metabolisme asam lemak melalui beta-oksidasi, selain bertindak sebagai gudang kalsium .
Selain itu, dalam penelitian beberapa tahun terakhir, organel ini telah dikaitkan dengan apoptosis, yaitu kematian sel, selain kanker dan penuaan tubuh, serta munculnya penyakit degeneratif seperti parkinson atau diabetes.
Salah satu manfaat untuk studi genetik yang ditawarkan oleh mitokondria adalah DNA-nya, yang berasal langsung dari garis ibu . Para peneliti dalam silsilah dan antropologi menggunakan DNA ini untuk membangun silsilah keluarga. DNA ini tidak mengalami rekombinasi genetik karena reproduksi seksual.
1. Sintesis ATP
Di mitokondria inilah sebagian besar ATP diproduksi untuk sel eukariotik non-fotosintetik.
Mereka memetabolisme asetil-koenzim A , melalui siklus asam sitrat enzimatik, dan menghasilkan karbon dioksida (CO2) dan NADH. NADH menyerahkan elektron ke rantai transpor elektron di membran mitokondria bagian dalam. Elektron ini bergerak sampai mencapai molekul oksigen (O2), menghasilkan molekul air (H2O).
Transpor elektron ini digabungkan dengan proton, yang berasal dari matriks dan mencapai ruang antarmembran. Ini adalah gradien proton yang memungkinkan ATP disintesis berkat aksi suatu zat, yang disebut ATP sintase, yang mengikat fosfat ke ADP, dan menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron terakhir (fosforilasi oksidatif).
Rantai transpor elektron dikenal sebagai rantai pernapasan , mengandung 40 protein.
2. Metabolisme lipid
Jumlah lipid yang baik yang ada dalam sel adalah berkat aktivitas mitokondria. Asam lisofosfatidat diproduksi di mitokondria , dari mana triasilgliserol disintesis.
Asam fosfatidat dan fosfatidilgliserol juga disintesis, yang diperlukan untuk produksi kardiolipin dan fosfatidil etanolamin.
Asal Usul Mitokondria: Sel Di Dalam Sel?
Pada tahun 1980 Lynn Margulis, salah satu wanita terpenting dalam sains, menemukan kembali teori lama tentang asal usul organel ini, merumuskannya kembali sebagai teori endosimbiosis. Menurut versinya, yang lebih mutakhir dan berdasarkan bukti ilmiah, sekitar 1.500 juta tahun yang lalu, sel prokariotik, yaitu, tanpa inti, dapat memperoleh energi dari nutrisi organik dengan menggunakan oksigen molekuler sebagai oksidan .
Selama proses tersebut, ia menyatu dengan sel prokariotik lain, atau dengan apa yang mungkin merupakan sel eukariotik pertama, difagositosis tanpa dicerna. Fenomena ini didasarkan pada kenyataan, karena bakteri telah terlihat menelan orang lain tetapi tanpa mengakhiri hidup mereka. Sel yang diserap membentuk hubungan simbiosis dengan inangnya, menyediakan energi dalam bentuk ATP , dan inang menyediakan lingkungan yang stabil dan kaya nutrisi. Saling menguntungkan yang besar ini dikonsolidasikan, akhirnya menjadi bagian darinya, dan ini akan menjadi asal mula mitokondria.
Hipotesis ini cukup logis jika kesamaan morfologi antara bakteri, organisme prokariotik yang hidup bebas, dan mitokondria diperhitungkan. Misalnya, keduanya berbentuk memanjang, memiliki lapisan yang sama, dan yang paling penting, DNA mereka melingkar. Selain itu, DNA mitokondria sangat berbeda dari inti sel, memberikan kesan bahwa itu adalah dua organisme yang berbeda.
Referensi bibliografi:
- Friedman, JR, Nunnari, J.. (2014). Bentuk dan fungsi mitokondria Alam. 505: 335-343.
- Kiefel, BR, Gilson, PR, Beech PL (2006). Biologi sel dinamika mitokondria. Tinjauan internasional sitologi. 254: 151-213.
- MacAskill, AF, Kittler, JT (2010). Kontrol transportasi mitokondria dan lokalisasi di neuron. Tren dalam biologi sel. 20: 102-112